EP3178150A2 - Sheet metal part or sintered part for a stator or a rotor of an electrical machine and method for producing same - Google Patents

Sheet metal part or sintered part for a stator or a rotor of an electrical machine and method for producing same

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Publication number
EP3178150A2
EP3178150A2 EP15732260.3A EP15732260A EP3178150A2 EP 3178150 A2 EP3178150 A2 EP 3178150A2 EP 15732260 A EP15732260 A EP 15732260A EP 3178150 A2 EP3178150 A2 EP 3178150A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tooth
sheet
magnetizable
sheet metal
sintered part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15732260.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jürgen Fahrenbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
L Schuler GmbH
Original Assignee
L Schuler GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by L Schuler GmbH filed Critical L Schuler GmbH
Publication of EP3178150A2 publication Critical patent/EP3178150A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
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    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/022—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with salient poles or claw-shaped poles
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets

Definitions

  • the invention relates to a sheet metal or sintered part for a stator or stator or a rotor or rotor of an electrical machine, for example a Elektromo ⁇ sector.
  • This sheet metal or sintered part can also be referred to as Läufererblech or stator.
  • the invention also relates to a method for producing such a sheet metal or sintered part.
  • the rotor can rotate about a rotation axis (rotor) or, in the case of a translationally operating electric machine, move linearly along the stator or stator.
  • Each sheet or sintered part has a connecting part, from which several teeth extend away.
  • the Verbin ⁇ extension part is designed as a ring member in a circumferential direction about an axis of rotation ge ⁇ closed.
  • the teeth extend from the connecting part radially to the axis of rotation either outwardly or inwardly.
  • the connection extends part preferably rectilinear or curved, and the teeth preferably protrude at a right angle off to the direction of movement of the rotor ⁇ processing from the connection portion and are wider insbeson ⁇ aligned parallel to each other.
  • a tooth head is present, which is connected via a toothed bridge with the connecting part.
  • the tooth head has a tooth tip surface from which the Mag ⁇ netfeldlinien emerge from the sheet metal or sintered part.
  • DE 10 2012 213 239 AI proposes to use two different types of sheet metal or sintered parts and to stack these sheet metal parts in the laminated core alternately to each other.
  • the different sheet metal parts are made of different materials.
  • One sheet metal part may consist of a nickel-iron alloy and the other sheet metal part of an iron-cobalt alloy.
  • This sheet metal parts are to be combined with a low loss ⁇ on the other hand, and on the other hand with high saturation flux density to a laminated core.
  • the rotor should have a means for setting a magnetic field strength or a flux density of the stator portion of the exciting field generated by the rotor.
  • the magnetic resistance within the rotor can be changed by a recess or an insertion element inserted into the recess.
  • the vorlie ⁇ constricting invention has for its object to provide a sheet metal or a sintered part, which can be manufactured in an improved electrical ⁇ specific machine.
  • the object is achieved by providing a sheet metal or sintered compact for a stator or a rotor of an electrical machine having the features of Patentanspru ⁇ ches. 1
  • An inventive method for the manufacture ⁇ ment of such a sheet metal or sintered part is specified in claim 16.
  • the sheet or sintered part is used to create a package or laminated core of a stator or a rotor.
  • An electric machine can thus have in the rotor and / or in the stator a package or laminated core of a plurality of sheet metal or sintered parts according to the invention.
  • the sheet-metal or sintered part has, for a rotary electric machine, a connecting part which is annularly closed around a rotation axis in a circumferential direction. From the connecting part several teeth protrude. The teeth are arranged distributed in the circumferential direction about the rotation ⁇ axis with equal intervals.
  • the sheet metal or sintered part has a translato ⁇ driven working electrical machine in a straight line or curved along the path of movement of a runner extending connecting part (for example, linear drive), from which it ⁇ straighten teeth with preferably equal distances away.
  • a translato ⁇ driven working electrical machine in a straight line or curved along the path of movement of a runner extending connecting part (for example, linear drive), from which it ⁇ straighten teeth with preferably equal distances away.
  • the teeth have a toothed ridge which is connected to the connecting part.
  • a tooth tip vor ⁇ present At the connection part entge ⁇ gennewen free end of each tooth is a tooth tip vor ⁇ present .
  • the tooth head ⁇ surface facing away at a sheet metal or a sintered part for a translatory motion machine from the connecting part and has an extension component in the direction of movement of the rotor and another extension component quite ⁇ angularly thereto.
  • each tooth consists of at least two different magnetizable materials.
  • Each tooth has at least a first toothed segment of a magnetisierba ⁇ ren first material and at least one second toothed segment of a magnetizable second material.
  • the two magnetizable materials differ from each other.
  • other magnetizable materials are mechanically stable enough and / or have a high magnetic permeability, but in turn have a low poletti ⁇ tion magnetization.
  • inventively ⁇ staltung of teeth each having at least a first toothed segment and at least a second toothed segment of different materials the materials can be used specifically in terms of their magnetic and / or mechanical and / or physical properties in the spatial segment of the tooth, to a total of to obtain the Hin ⁇ view of the magnetic and / or physical and / or mechanical properties of an improved sheet metal or sintered part.
  • a Eisenle ⁇ tion can be used with a share of at least 45% or at least 50% cobalt.
  • Iron alloys containing nickel and / or molybdenum can also be used.
  • the second material for the second sector gear so-called “mu-metals” or iron alloys having nickel components and / or silicon components are preferably used.
  • the connecting part of the sheet metal or sintered part may be made of the same material as the second toothed segment. Both in the first material, and in which two ⁇ th material is preferably a weichmag ⁇ netic material. In particular, the entire sheet metal or the sintered part is made of two or more soft magnetic materials.
  • the first material has a greater saturation magnetization than the second material.
  • the saturation magnetization of the first material may be, for example, at least 2.0 T or 2.3 T or 2.5 T or 3.0 T.
  • the saturation magnetization of the second material is preferably at most 1.0 t.
  • the re lative ⁇ permeability of the first material is smaller than that of the second material.
  • the first Materi ⁇ al has a relative permeability of at most 20,000.
  • the relative permeability of the second material may be at least 30,000 and, in one embodiment, in the range of 100,000 to 200,000.
  • the volume fraction of the first Materi ⁇ than a tooth is smaller than the volume fraction of the second material of the same tooth.
  • the first toothed segment forms in aforementionedsbei ⁇ play at least a portion of the tooth head.
  • an off ⁇ guide for the entire tooth head may be formed by the first toothed segment.
  • the tooth head may have a toothed segment having at least a portion of the Zahnkopf Design, from which the magnetic field lines during operation of the electric machine exit or enter.
  • the tooth head may have two opposite end portions. At least one of these end portions may be formed by a first Zahnseg ⁇ ment and thus are of a first material be ⁇ . In the area of these end sections, when the rotor rotates relative to the stator, a magnetic flux density which is large in magnitude can be formed. It is therefore advantageous ⁇ to provide in at least one of these end portion a first toothed segment, which consists of a material having a large saturation magnetization.
  • both directions of movement or rotation should equally have a high drive or torque, it is advantageous to form both Endab ⁇ sections of the tooth head by a respective first Zahnseg ⁇ ment.
  • electric machines which are operated with a large torque only or mainly in a drive or rotational direction, it may be sufficient to form only one end portion of the tooth tip through a first toothed segment.
  • the longitudinal center plane is formed by a radial plane which extends centrally through the tooth or tooth bridge.
  • the teeth can thereby be carried out asymmetrically to the longitudinal central plane, that said first sector gear is not arranged symmetrically to the longitudinal center plane.
  • the tooth may be symmetrical or asymmetrical to the longitudinal center plane.
  • An unsymmetrical configuration with two first toothed segment is, for example, be achieved if the two are arranged on opposite sides of the longitudinal center plane of the first tooth segments have an un ⁇ ter Kunststoffliche shape and / or size.
  • the second toothed segment forms at least a part of the toothed web.
  • at least a portion between the connecting part and the tooth tip of the toothed bar is formed by the second toothed segment.
  • the connecting portion and the second toothed segment and / or the tooth ridge of the same Ma ⁇ TERIAL exist. This makes it possible to produce the tooth webs of the teeth and the connecting part during manufacture of the sheet ⁇ or sintered part at the same time, for example, by separating it from an output sheet. It is also possible that a central portion of the tooth head viewed in the circumferential direction about the axis of rotation or in the direction of movement of the rotor consists of the same material as the toothed bar and / or the connecting part.
  • the connecting part consists of a magnetizable third material, which differs from the first and the second material.
  • the sheet metal or sintered part can be further optimized with regard to its magnetic and / or mechanical and / or physical properties.
  • the second material and / or the third material has a higher mechanical stability ⁇ has, as the first material.
  • ⁇ formality tensile strength and / or the Elastizi ⁇ trelismodul and / or the hardness is to be understood.
  • the tooth tip surface penetrating groove before ⁇ hands can be.
  • Such a groove serves to reduce the radial forces during operation of the electric machine.
  • the at least one first toothed segment and the Wenig ⁇ least a second toothed segment are positively and / or cohesively and / or non-positively connected to the cross each terminate at ⁇ part of the sheet metal or sintered part.
  • the metallurgical joint for example, be prepared by Kle ⁇ ben, welding, or laser welding stamped packetization. Additionally or alternatively, undercut contours may be formed in the regions to be connected in order to produce a positive engagement.
  • the at least one first toothed segment and the at least one second toothed segment are produced.
  • the tooth segments can be cut out of a respective starting sheet, by cutting, stamping, laser cutting, water jet cutting or the like.
  • the toothed segments produced are materially and / or positively and / or kraftschlüs ⁇ sig connected to each other.
  • the second tooth segments of the teeth may be integral, be made without seam and joint together with the connecting part, for example, be separated simultaneously from the Ver ⁇ binding part of an output sheet. If the connecting part and the second toothed segments of sheet metal or sintered part are made of different materials, the second toothed segments are before or after connection to the respective at least one supplied ⁇ associated first toothed segment with the connecting part verbun ⁇ .
  • FIG. 1 shows a schematic partial representation of a sheet metal or sintered part for a rotor in side view
  • FIG. 2 shows a schematic partial view of a sheet metal or sintered part for a stator in side view
  • Figures 3 to 6 are each an embodiment of a tooth with a plurality of tooth segments, which is part of a sheet metal or sintered part according to Figure 1 or 2, and
  • Figure 7 is a schematic diagram of a portion of the magnetic field between a tooth of a rotor and a tooth of a stator.
  • FIG. 1 shows in a schematic partial view of a sheet metal part 10 is veran for a rotor of an electric motor illustrating ⁇ . From a plurality of such sheet metal parts 10, a laminated core is created for the rotor. The sheet metal parts 10 are connected, for example by gluing, stamping package or other means to a laminated core.
  • a sheet metal part 10 is illustrated schematically, which is used in a stator of an electric motor. As in the case of the rotor, a plurality of such sheet metal parts 10 are also stacked or stacked and connected to a laminated core in the stator.
  • sintered parts made of a sintered material could alternatively be used.
  • the sheet metal parts 10 according to Figures 1 and 2 have a shape for the construction of an external rotor motor.
  • the rotor includes at ⁇ while the radially inner stator disposed. It is understood that other embodiments with a radially outer stator and a radially inner rotor (inner rotor motor) are executable.
  • the sheet-metal part 10 has a connecting part 11, which is closed annularly in a circumferential direction U about a rotation axis D.
  • Several teeth 12 protrude from the connecting part 11.
  • the number of teeth 12 varies and depends on the design of the stator or rotor. Also, the dimensioning of the teeth 12 and their contour may vary.
  • the teeth 12 extend radially to the axis of rotation D.
  • the teeth 12 of the sheet metal part 10 can as shown in Figure 1 illustrate starting from the connecting part 11 radially inwardly or as shown in Figure 2, starting from the connecting part 11 ra ⁇ dial extend outward. In the figures 1 and 2, only a part of the sheet metal part 10 is shown in each case in the circumferential direction U illustrated.
  • the sheet-metal parts 10 are completely closed in the circumferential direction U, the teeth 12 being distributed in each case at a uniform spacing in the circumferential direction U.
  • This annular design of a sheet metal or sintered part 10 is provided for rotationally operating electrical Maschi ⁇ NEN.
  • the connecting part 11 may also extend in a straight line or curved along a movement path of a rotor of a translationally operating electric machine (linear drive or linear generator).
  • the teeth 12 protrude at right angles to the movement path or direction of movement of the runner from the connecting part 11 away.
  • each tooth 12 has a toothed bar 13, which is connected to the connecting part 11.
  • the toothed bar 13 extends radially from the connecting part 11 to the axis of rotation D.
  • Tooth bridge 13 the tooth 12 has a tooth tip 14.
  • the tooth head 14 can protrude on both sides over the toothed ridge 13 and expand the tooth 12 in its extension direction towards its free end 15.
  • the tooth shape or tooth shape may be symmetrical or unsymmet ⁇ driven relative to a longitudinal center plane L of the tooth 12th
  • the tooth form that is to say the outer contour of the tooth 12, is designed symmetrically with respect to the longitudinal center plane L.
  • the longitudinal center plane ⁇ L extends centrally through the tooth web 13 and forms a radial plane relative to the axis of rotation D.
  • the tooth 12 has a tooth head surface 16.
  • the tooth head surface 16 has an extension component in the circumferential direction U and an extension component parallel to the rotation axis D.
  • the tooth head surfaces 16 of the teeth 12 preferably extend along a common cylinder jacket surface about the rotation axis D, which is illustrated schematically in FIGS. 1 and 2.
  • the tooth head surface 16 may be divided by a groove 17 ( Figure 3) into two separate surface portions.
  • the groove 17 extends parallel to the axis of rotation D in the region of the free end 15 through the tooth head 14.
  • the groove 17 is optional and may be present in all described embodiments of the sheet metal part 10 in the teeth 12.
  • Each tooth has at least a first toothed segment 22 and at least a second sector gear 23.
  • the first tooth ⁇ segment 22 consists of a magnetizable first material Ml.
  • the second toothed segment 23 consists of a magnetic ⁇ tisierbaren second material M2.
  • the first material M1 and the second material M2 are each a soft-magnetic material. The two materials Ml, M2 differ from each other.
  • a winding 18 of the stator or the rotor of an electric machine provided in the loading ⁇ area between two adjacent teeth 12 and between two adjacent tooth ridges 13 .
  • the winding 18 is each highly schematically illustrated ⁇ light.
  • permanent magnets 19 may also be arranged between adjacent teeth 12 on a stator or a rotor (FIG. 7).
  • the at least forms a first toothed segment 22 is formed to ⁇ least a portion of the tooth tip 14 of a tooth 12.
  • the tooth head 12 as a whole by a first toothed segment 22nd
  • the toothed bar 13 is formed here by the second toothed segment 23.
  • the first toothed segment 22 and thus the tooth head 14 is at a first connection point 25 with the
  • Tooth web 13 and the second gear segment 23 connected.
  • the second toothed segment 23 is connected at a second junction of the ⁇ le 26 with the connecting part 12th
  • the first material M1 of the first toothed segment 22 has a first saturation magnetization B S i and the second material has a second saturation magnetization B s 2.
  • the first saturation magnetization B s i is greater than the second saturation magnetization B S2 .
  • the first Saetti ⁇ supply magnetization B S i is preferably at least 2.0 T or 2.3 T or 2.5 T.
  • the second shett Trentistsmagneti ⁇ tion B S2 is preferably at most 1.0 T.
  • the first material has a first relative permeabilization ty ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ which is less than the second relative formality Permeabi ⁇ ⁇ ⁇ 2 de second material M2.
  • the second relative Per ⁇ meabiltician ⁇ ⁇ 2 is preferably greater than 30,000 or RESIZE ⁇ SSSR than 100,000 and can range from 100,000 to 200,000.
  • the first relative permeability ⁇ ⁇ ⁇ is preferably ⁇ way smaller than 20,000.
  • the first material Ml may be a ferrous alloy with a proportion of at least 45% or Minim ⁇ least 50% cobalt. Alloy having a nickel content or molybdenum content or combinations thereof may also be used.
  • a so-called Mu metal is preferably used. In the second mate ⁇ rial there may be an iron alloy with a nickel component or a silicon component.
  • connection part 11 The materials that can be used as the second material M2 can also be used for the connection part 11, wherein no material identity between the connection part 11 and the second toothed segment 23 must exist, although the use of identical materials for the connecting part 11 and the second toothed segment 23 in ei ⁇ nem sheet metal part 10 is possible and may be advantageous for simplifying the production of the structure of the sheet metal part 10.
  • the at least one first toothed segment 22 at least a portion of the tooth head 14 and the at least one second toothed segment 23 at least a part of the
  • Tooth ridge 13 forms, for the two tooth segments 22, 23, the respectively optimal materials Ml and M2 are used in view of the magnetic and / or mechanical and / or physical properties.
  • the tooth 12 or the sheet metal part 10 can thus be optimized and the material costs can be kept low. Often, materials with high saturation magnetization are very expensive.
  • the material costs of a sheet metal part 10 and a rotor or a stator of a plurality of such sheet metal parts are kept as low as 10 fourteenth
  • Such materials are used only where the magnetic properties of the tooth 12 are required, for example in the region of the tooth head 14. Other portions of the tooth 12 are optimized by the use of other materials.
  • the tooth tip 14 of a tooth 12 has two end sections 24 arranged in the circumferential direction U at opposite ends.
  • the two end portions 24 are arranged in the circumferential direction U at a distance from each other and be ⁇ stir example, not.
  • the two end portions 24 could be connected to the tooth top surface 16 can also un ⁇ indirectly to one another.
  • the tooth 12, as in the case of the first exemplary embodiment according to FIG. 3, has a second toothed segment 23 made of the second material M2.
  • the second toothed segment 23 L extending in from ⁇ operation example of Figure 4 in the region of the longitudinal center plane ⁇ into the tooth head 14 inside.
  • the second toothed segment 23 forms according to the example in the region of the longitudinal center plane a central portion of the tooth head surface 16.
  • the tooth head 14 has two Endab ⁇ sections 24, which are each formed by a first toothed segment 22.
  • Each of the two toothed segments 22 and depending ⁇ the end portion 24 provides a portion of the Zahnkopfflä ⁇ surface 16, which adjoins the central portion, which is inquirege ⁇ provides by the second toothed segment 23rd
  • the first two segments 22 are thus each ⁇ wells 25 connected at a first junction with the second toothed segment 23 of the tooth 12th
  • the second Zahnseg ⁇ ment 23 is connected to the second connection point 26, as well as in the first embodiment of Figure 3, with the connecting part 12.
  • a first junction of ⁇ le 25 is the first execution ⁇ present example of Figure 3, since the tooth tip 14 is formed as a whole by a single first toothed segment 22nd
  • connection at a first connection point 25 and / or at a second connection point 26 is embodied in the exemplary embodiments according to FIGS. 3 and 4 as a material fit.
  • the cohesive connection can be made by welding, laser welding, gluing, sintering or another suitable cohesive connection become.
  • the metallurgical joint at a junction 25, 26 may be the entire area or partially on, take place at ⁇ play punctiform or linear.
  • planar connecting surfaces are respectively provided at the connecting points 25, 26, which is represented by the rectilinear connecting points 25, 26. It is understood that in a modification to this also curved and / or jagged or any other Ver ⁇ runs the first connection point 25 and / or the second connection point 26 are possible. In particular, by wave-shaped, serrated or other non-linear Ver ⁇ runs a joint 25, 26, the connecting surface at a respective junction 25, 26 are increased. In addition to mechanical improvements of the connection, this can also influence the magnetic resistance. The course of the connection points 25, 26 also has influence on the occurring at this interface through which än ⁇ relative permeability-promoting forces in the Mag ⁇ netfeld which act perpendicular to the interface of the material having a lower relative permeability.
  • connection between the Zahnseg ⁇ elements 22, 23 can be realized with one another or to other parts of the sheet metal part 10 or to the connection part.
  • a positive connection may be provided at the first connection point 25 and / or the second connection point 26.
  • the contours of the parts to be joined of the tooth 12 are adapted to one another in such a way that projections and undercut recesses fit into one another in such a way that a molding conclusion arises, similar to interlocking puzzle pieces or a dovetail joint.
  • the positive connection of the parts of the tooth 12 can be done by juxtaposing parallel to the axis of rotation D.
  • FIGS. 5 and 6 which form projections and / or recesses on the connecting part 11 and on the second toothed segment 23 as well as on the respectively first toothed segment 22, are merely examples. In this case, any other courses of the first and / or second connection point are possible.
  • a frictional connection can also be produced at a first connection point 25 and / or a second connection point 26.
  • each tooth 12 is configured symmetrically with respect to its longitudinal center plane L.
  • the tooth 12 may consist of only one side of the longitudinal center plane L at one of the two Endab ⁇ sections 24 by a first gear segment 22 of the first material Ml, while the respect to the longitudinal center plane L opposite end portion is made of a different material.
  • the outer contour of the tooth 12 may be still symmetrically to the longitudinal center plane L, while the Anord ⁇ voltage of the various toothed segments 22, 23 to form the Tooth 12 have no symmetry with respect to the longitudinal center plane L.
  • an end portion 24 of the tooth head 14 by a first toothed segment 22 and consequently of the first material Ml is thus le ⁇ diglich prepared.
  • the first material M1 has a first saturation magnetization B S i, which is greater than the second saturation magnetization B S 2 of the second material M2.
  • Such a configuration can further reduce the costs for producing a sheet-metal part 10 and is particularly suitable for electrical machines which are moved only or mainly in a direction of rotation about the axis of rotation D. For example, electric motors of vehicles such as cars, motorcycles or bicycles are driven almost exclusively in one direction of rotation. Even generators of power generation plants, such as hydroelectric power plants, wind turbines are operated only in one direction. This can be taken into account by the asymmetrical embodiment of Figure 6.
  • the total volume of the first material Ml is at least one of the first tooth ⁇ segment 22 is smaller than the total volume of the second material M2 of the at least one second toothed segment 23rd
  • the connecting part 11 and the toothed bar 13 or the connecting part 11 and the at least one second toothed segment 23 integrally without seam and joining made of the same material.
  • Darge ⁇ tooth 12 of a rotor has a modified contour.
  • the tooth head 14 does not project beyond the toothed web 13 in the circumferential direction U.
  • this tooth 12 tapers towards its free end 15.
  • a further aspect of the present invention relates to the tooth 12 of a rotor or stator of an electric machine provided with permanent magnets 19, which forms a flux guide 27 (FIG. 7).
  • Such flux guides 27 can be used to limit the magnetic flux density B in the permanent magnets 19.
  • 27 protrude beyond the flux conductors in the radial direction relative to the axis of rotation D on the adjacent permanent magnets 19 addition, and form with respect to the supplied ⁇ apart teeth 12 of the associated stator or rotor air gap in which the magnetic field H is formed.
  • This 19 to the permanent magnets are thus protected by the demagnetization against too large magneti ⁇ rule flux density and.
  • FIG. 7 is a highly schematic representation of the principal mode of operation of the embodiment according to the invention of the teeth 12 of a sheet-metal part 10 according to the exemplary embodiments of all present invention.
  • a tooth 12 of a rotor is illustrated at the top of the image, which here represents a flux guide 27 between two permanent magnets 19.
  • the rotor could also have a sheet-metal part 10 which has one or more windings 18. has. It is assumed by way of example that the machine is an electric motor.
  • Some magnetic field lines of the magnetic field H are Zvi ⁇ rule the tooth 12 of the rotor and a tooth 12 of the stator illustrated.
  • the direction of rotation R of the rotor about the rotation ⁇ axis D is illustrated schematically.
  • the teeth 12 of the sheet metal parts 10 of the rotor or of the stator are designed as described above.
  • the entire tooth does not have to be produced from a first material M1 having a large first saturation magnetization B S i. It suffices to produce those toothed segments and, according to the example, the first toothed segments 22 of a tooth 12 made of the first material M1, which are subjected to a high magnetic flux density B during operation of the electrical machine.
  • the connecting part 11 and / or the tooth ridge 13 and the second toothed segment 23 can be optimized properties ⁇ than the saturation magnetization with respect to other magnetic and / or mechanical and / or physical egg.
  • the mechanical stability can be characterized by the tensile strength and / or the modulus of elasticity and / or hardness of the mate rials ⁇ .
  • the connecting part 11 may be made of a magnetizable third material M3 different from the first material M1 and the second material M2.
  • the third material M3 may have a greater mechanical stability ⁇ formality than the first material Ml and / or the second material M2.
  • the third material M3 may also differ in its magnetic and / or physical properties from the other two materials M1, M2.
  • first toothed segments 22 of the teeth 12 12 are cut out of an existing of the first material Ml output sheet.
  • the second tooth segments 23 of the teeth 12 are cut out of an existing of the second material M2 starting sheet.
  • the connecting part 11 is optionally separated out of egg ⁇ nem from the third material M3 output sheet. If the second toothed segments 23 and the connecting part 11 are made of the same material, for example the second material M2, the connecting part 11 can be cut out of the starting sheet together with the second toothed segments 23 of the teeth 12 in one operation.
  • the separation from the starting sheet can be done by cutting, punching, laser cutting, water jet cutting or the like.
  • the first toothed segments 22 are separated out of the starting sheet by a special separation process, in order not to adversely affect the magnetic properties at the separation points by heat supply or material flow during separation.
  • a special separation process in order not to adversely affect the magnetic properties at the separation points by heat supply or material flow during separation.
  • the process described there is incorporated in the application by reference ⁇ acquisition.
  • connection points 25, 26 are at the connection points 25, 26 connected with each other.
  • the second connecting points 26 between the connecting part 11 and the second toothed segment 23 or the toothed bar 13 can be dispensed with if these two components are made of the same material in ⁇ tegral and separated together from an output sheet.
  • connection to the existing connection points 25 and 26 can be made cohesively and / or positively and / or non-positively.
  • a material connection EXISTING ⁇ which is optionally supplemented by a form-fitting and / or frictional connection.
  • the sheet metal parts of a rotor or a stator are made similar and stacked into a laminated core and connected. This laminated core can then be integrated as usual in the rotor or stator of an electric machine.
  • the invention relates to a sheet metal part 10 for a Sta ⁇ gate or a rotor of an electric machine, such as an electric motor, and a method for producing such a sheet metal part 10.
  • the sheet metal part 10 has a connecting part 11, for example koaxi ⁇ al to a rotation axis D. runs. Transversely of the connecting ⁇ part 11 protrude regularly spaced teeth 12 away. At the free end, each tooth 12 has a tooth head 14, which is connected via a toothed web 13 to the connecting part 11. Each tooth has at least a first toothed segment 22 and at least a second gear segment 23.
  • the Zahnseg ⁇ elements are made of different materials magnetizable Ml, M2.
  • the materials Alien Ml, M2 are selectively used in terms of their magnetic and / or mechanical properties in the region of the tooth 12, where they can optimize the magnetic and / or mechanical behavior of the tooth 12 and thus of the sheet ⁇ part 10.
  • a first toothed segment 22 is at least present at the tooth head 14, the magnetization actuation Seeds ⁇ B S i is greater than that of the other sheet metal part 10th

Abstract

The invention relates to a sheet metal part or sintered part (10) for a stator or a rotor of an electrical machine, for example an electric motor, and to a method for producing said sheet metal part or sintered part (10). The sheet metal part or sintered part comprises a connecting piece (11) from which regularly spaced apart teeth (12) project. At the free end, every tooth (12) has a tip (14) which is connected to the connecting piece (11) via a web (13). Every tooth has at least one first tooth segment (22) and at least one second tooth segment (23). The tooth segments are produced from different magnetizable materials (M1, M2). In this way, the materials (M1, M2) can be specifically used in terms of their magnetic and/or mechanical properties in the region of the tooth (12) where they can optimize the magnetic and/or mechanical behavior of the tooth (12) and thus of the sheet metal part or sintered part (10). In particular the tip (14) has at least one first tooth segment (22) the saturation magnetization (BS1) of which is higher than that of the remaining sheet metal part or sintered part (10).

Description

Blech- oder Sinterteil für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine sowie Verfahren zu dessen Herstellung  Sheet metal or sintered part for a stator or a rotor of an electrical machine and method for its production
Die Erfindung betrifft ein Blech- oder Sinterteil für einen Stator bzw. Ständer oder einen Rotor bzw. Läufer einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Elektromo¬ tors. Dieses Blech- oder Sinterteil kann entsprechend auch als Läuferblech bzw. Statorblech bezeichnet werden. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Blech- oder Sinterteils. Der Läufer kann um eine Drehachse rotieren (Rotor) oder sich im Falle einer translatorisch arbeitenden elektrischen Maschine linear entlang dem Stator oder Ständer bewegen. The invention relates to a sheet metal or sintered part for a stator or stator or a rotor or rotor of an electrical machine, for example a Elektromo ¬ sector. This sheet metal or sintered part can also be referred to as Läufererblech or stator. The invention also relates to a method for producing such a sheet metal or sintered part. The rotor can rotate about a rotation axis (rotor) or, in the case of a translationally operating electric machine, move linearly along the stator or stator.
Es ist bekannt, Blechpakete aus einer Mehrzahl von Blech- oder Sinterteilen durch Stanzpaketieren, Kleben oder dergleichen miteinander zu verbinden. Ein solches Blechpaket ist dann Bestandteil eines Läufers bzw. Rotors oder ei¬ nes Stators eines Elektromotors. It is known to combine laminated cores of a plurality of sheet metal or sintered parts by stamped packetizing, gluing or the like. Such a laminated core is then part of a rotor or rotor or egg ¬ nes stator of an electric motor.
Jedes Blech- oder Sinterteil hat ein Verbindungsteil, von dem aus sich mehrere Zähne wegerstrecken. Für eine rotatorisch betriebene elektrische Maschine ist das Verbin¬ dungsteil in einer Umfangsrichtung um eine Drehachse ge¬ schlossen als Ringteil ausgeführt. Die Zähne erstrecken sich vom Verbindungsteil radial zur Drehachse entweder nach außen oder nach innen. Bei einer elektrischen Maschine, bei der sich der Läufer translatorisch auf einer Bewegungsbahn entlang des Stators bewegt, erstreckt sich das Verbindungs- teil vorzugsweise geradlinig oder auch gekrümmt und die Zähne ragen vorzugsweise rechtwinkelig zur Bewegungsrich¬ tung des Läufers vom Verbindungsteil weg und sind insbeson¬ dere parallel zueinander ausgerichtet. Each sheet or sintered part has a connecting part, from which several teeth extend away. For a rotationally-operated electrical machine, the Verbin ¬ extension part is designed as a ring member in a circumferential direction about an axis of rotation ge ¬ closed. The teeth extend from the connecting part radially to the axis of rotation either outwardly or inwardly. In an electric machine in which the rotor translates on a movement path along the stator, the connection extends part preferably rectilinear or curved, and the teeth preferably protrude at a right angle off to the direction of movement of the rotor ¬ processing from the connection portion and are wider insbeson ¬ aligned parallel to each other.
Am freien Ende jedes Zahns ist ein Zahnkopf vorhanden, der über einen Zahnsteg mit dem Verbindungsteil verbunden ist. Der Zahnkopf hat eine Zahnkopffläche, aus der die Mag¬ netfeldlinien aus dem Blech- oder Sinterteil austreten. At the free end of each tooth, a tooth head is present, which is connected via a toothed bridge with the connecting part. The tooth head has a tooth tip surface from which the Mag ¬ netfeldlinien emerge from the sheet metal or sintered part.
Es wurden schon vielfach Versuche unternommen, die Effizienz von elektrischen Maschinen durch Optimierung der Blech- oder Sinterteile bzw. der aus den Blech- oder Sinterteilen hergestellten Blechpakete zu verbessern. Many attempts have been made to improve the efficiency of electrical machines by optimizing the sheet or sintered parts or the sheet metal packages produced from the sheet metal or sintered parts.
Beispielsweise schlägt DE 10 2012 213 239 AI vor, zwei unterschiedliche Sorten von Blech- oder Sinterteilen zu verwenden und diese Blechteile im Blechpaket abwechselnd aufeinander zu stapeln. Die unterschiedlichen Blechteile sind aus verschiedenen Materialien hergestellt. Ein Blechteil kann aus einer Nickel-Eisen-Legierung und das andere Blechteil aus einer Eisen-Kobalt-Legierung bestehen. For example, DE 10 2012 213 239 AI proposes to use two different types of sheet metal or sintered parts and to stack these sheet metal parts in the laminated core alternately to each other. The different sheet metal parts are made of different materials. One sheet metal part may consist of a nickel-iron alloy and the other sheet metal part of an iron-cobalt alloy.
Dadurch sollen Blechteile mit einerseits niedriger Verlust¬ ziffer und andererseits mit hoher Sättigungsflussdichte zu einem Blechpaket kombiniert werden. This sheet metal parts are to be combined with a low loss ¬ on the other hand, and on the other hand with high saturation flux density to a laminated core.
In DE 10 2010 049 178 AI wird eine elektrische Maschi¬ ne vorgeschlagen, die den Betrieb in einem großen Drehzahlbereich ermöglichen soll. Insbesondere sollen die Anteile des Statorstroms bei hohen Drehzahlen reduziert werden. Hierzu soll der Rotor ein Mittel zur Einstellung einer magnetischen Feldstärke bzw. einer Flussdichte des Statoranteils des vom Rotor erzeugten Erregerfeldes aufweisen. Dazu kann der magnetische Widerstand innerhalb des Rotors durch eine Aussparung bzw. ein in die Aussparung eingesetztes Einschubelement verändert werden. In DE 10 2010 049 178 AI an electric Maschi ¬ ne is proposed, which should enable operation in a wide speed range. In particular, the proportions of the stator current should be reduced at high speeds. For this purpose, the rotor should have a means for setting a magnetic field strength or a flux density of the stator portion of the exciting field generated by the rotor. To For example, the magnetic resistance within the rotor can be changed by a recess or an insertion element inserted into the recess.
Es ist auch bekannt, die Effizienz einer elektrischen Maschine durch die Kontur bzw. Geometrie der Blechteile, die das Blechpaket des Stators oder des Läufers bilden, zu optimieren. Es hat sich allerdings gezeigt, dass diese Op¬ timierungsversuche an ihre Grenzen stoßen. It is also known to optimize the efficiency of an electrical machine by the contour or geometry of the sheet metal parts which form the laminated core of the stator or of the rotor. However, it has shown that this Op ¬ timierungsversuche reach their limits.
Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der vorlie¬ genden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Blech- oder Sinterteil zu schaffen, mit dem sich eine verbesserte elektri¬ sche Maschine herstellen lässt. Starting from the prior art, the vorlie ¬ constricting invention has for its object to provide a sheet metal or a sintered part, which can be manufactured in an improved electrical ¬ specific machine.
Die Aufgabe wird durch die Schaffung eines Blech- oder Sinterteils für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Patentanspru¬ ches 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstel¬ lung eines solchen Blech- oder Sinterteils ist im Patentanspruch 16 angegeben. The object is achieved by providing a sheet metal or sintered compact for a stator or a rotor of an electrical machine having the features of Patentanspru ¬ ches. 1 An inventive method for the manufacture ¬ ment of such a sheet metal or sintered part is specified in claim 16.
Das Blech- oder Sinterteil wird dazu verwendet, ein Paket bzw. Blechpaket eines Stators oder eines Läufers zu schaffen. Eine elektrische Maschine kann somit im Läufer und/oder im Stator ein Paket bzw. Blechpaket aus jeweils mehreren erfindungsgemäßen Blech- oder Sinterteilen aufweisen. Das Blech- oder Sinterteil weist für eine rotatorisch arbeitende elektrische Maschine ein sich in einer Umfangs- richtung um eine Drehachse ringförmig geschlossenes Verbindungsteil aufweisen. Von dem Verbindungsteil ragen mehrere Zähne weg. Die Zähne sind in Umfangsrichtung um die Dreh¬ achse mit gleich großen Abständen verteilt angeordnet. Das Blech- oder Sinterteil weist für eine translato¬ risch arbeitende elektrische Maschine (z.B. Linearantrieb) ein sich geradlinig oder gekrümmt entlang der Bewegungsbahn eines Läufers erstreckendes Verbindungsteil auf, von dem die Zähne mit vorzugsweise gleich großen Abständen weg er¬ strecken . The sheet or sintered part is used to create a package or laminated core of a stator or a rotor. An electric machine can thus have in the rotor and / or in the stator a package or laminated core of a plurality of sheet metal or sintered parts according to the invention. The sheet-metal or sintered part has, for a rotary electric machine, a connecting part which is annularly closed around a rotation axis in a circumferential direction. From the connecting part several teeth protrude. The teeth are arranged distributed in the circumferential direction about the rotation ¬ axis with equal intervals. The sheet metal or sintered part has a translato ¬ driven working electrical machine in a straight line or curved along the path of movement of a runner extending connecting part (for example, linear drive), from which it ¬ straighten teeth with preferably equal distances away.
Die Zähne haben einen Zahnsteg, der mit dem Verbindungsteil verbunden ist. An dem dem Verbindungsteil entge¬ gengesetzten freien Ende jedes Zahns ist ein Zahnkopf vor¬ handen. In Einbaulage beim Betrieb der elektrischen Maschine treten an dem Zahnkopf Magnetfeldlinien aus bzw. ein, insbesondere an einer Zahnkopffläche, deren eine Erstre¬ ckungskomponente in Umfangsrichtung um die Drehachse und deren andere Erstreckungskomponente entlang der Drehachse verläuft (rotatorisch arbeitende Maschine) . Die Zahnkopf¬ fläche weist bei einem Blech- oder Sinterteil für eine translatorisch arbeitende Maschine vom Verbindungsteil weg und hat eine Erstreckungskomponente in Bewegungsrichtung des Läufers und eine andere Erstreckungskomponente recht¬ winkelig dazu. The teeth have a toothed ridge which is connected to the connecting part. At the connection part entge ¬ gengesetzten free end of each tooth is a tooth tip vor ¬ present . In the installation position during operation of the electric machine occur at the tooth tip magnetic lines or, in particular on a Zahnkopffläche whose Erstre ¬ ckungskomponente in the circumferential direction about the axis of rotation and its other extension component along the axis of rotation (rotating machine). The tooth head ¬ surface facing away at a sheet metal or a sintered part for a translatory motion machine from the connecting part and has an extension component in the direction of movement of the rotor and another extension component quite ¬ angularly thereto.
Erfindungsgemäß besteht jeder Zahn aus wenigstens zwei verschiedenen magnetisierbaren Materialien. Jeder Zahn hat wenigstens ein erstes Zahnsegment aus einem magnetisierba¬ ren ersten Material und wenigstens ein zweites Zahnsegment aus einem magnetisierbaren zweiten Material. Die beiden magnetisierbaren Materialien unterscheiden sich voneinander. Dadurch ist es möglich, diejenigen Teile eines Zahns, in denen sich beim Betrieb der elektrischen Maschine zumindest zeitweise ein Magnetfeld mit einer großen magnetischen Flussdichte ausbildet, aus einem Material herzustellen, das eine entsprechend große Sättigungsmagnetisierung aufweist. Solche Materialien mit einer großen Sättigungsmagnetisie¬ rung sind in der Regel teuer. Außerdem weisen sie in einigen Fällen keine ausreichende magnetische Permeabilität bzw. keine ausreichende mechanische Stabilität auf. Andere magnetisierbare Materialien wiederum sind zwar mechanisch ausreichend stabil und/oder haben eine hohe magnetische Permeabilität, weisen jedoch wiederum eine niedrige Sätti¬ gungsmagnetisierung auf. Durch die erfindungsgemäß Ausge¬ staltung der Zähne mit jeweils wenigstens einem ersten Zahnsegment und wenigstens einem zweiten Zahnsegment aus verschiedenen Materialien, können die Materialien gezielt hinsichtlich ihrer magnetischen und/oder mechanischen und/oder physikalischen Eigenschaften in dem räumlichen Segment des Zahns eingesetzt werden, um insgesamt im Hin¬ blick auf die magnetischen und/oder physikalischen und/oder mechanischen Eigenschaften ein verbessertes Blech- oder Sinterteil zu erhalten. According to the invention, each tooth consists of at least two different magnetizable materials. Each tooth has at least a first toothed segment of a magnetisierba ¬ ren first material and at least one second toothed segment of a magnetizable second material. The two magnetizable materials differ from each other. As a result, it is possible to produce those parts of a tooth in which a magnetic field having a high magnetic flux density is formed, at least temporarily, during operation of the electrical machine, from a material which has a correspondingly large saturation magnetization. Such materials with a large Sättigungsmagnetisie ¬ tion are usually expensive. In addition, in some cases they do not have sufficient magnetic permeability or sufficient mechanical stability. In turn, other magnetizable materials are mechanically stable enough and / or have a high magnetic permeability, but in turn have a low Sätti ¬ tion magnetization. By inventively ¬ staltung of teeth each having at least a first toothed segment and at least a second toothed segment of different materials, the materials can be used specifically in terms of their magnetic and / or mechanical and / or physical properties in the spatial segment of the tooth, to a total of to obtain the Hin ¬ view of the magnetic and / or physical and / or mechanical properties of an improved sheet metal or sintered part.
Als erstes Material kann beispielsweise eine Eisenle¬ gierung mit einem Anteil von mindestens 45% oder mindestens 50% Kobalt verwendet werden. Es können auch Eisenlegierungen mit Nickelanteilen und/oder Molybdänanteilen verwendet werden . As a first material, for example, a Eisenle ¬ tion can be used with a share of at least 45% or at least 50% cobalt. Iron alloys containing nickel and / or molybdenum can also be used.
Als zweites Material für das zweite Zahnsegment werden vorzugsweise sogenannte „Mu-Metalle" oder Eisenlegierungen mit Nickelbestandteilen und/oder Siliziumbestandteilen verwendet . As the second material for the second sector gear, so-called "mu-metals" or iron alloys having nickel components and / or silicon components are preferably used.
Das Verbindungsteil des Blech- oder Sinterteils kann aus dem gleichen Material hergestellt sein wie das zweite Zahnsegment . Sowohl bei dem ersten Material, als auch bei dem zwei¬ ten Material handelt es sich vorzugsweise um ein weichmag¬ netisches Material. Insbesondere ist das gesamte Blech- o- der Sinterteil aus zwei oder mehr weichmagnetischen Materialien hergestellt. The connecting part of the sheet metal or sintered part may be made of the same material as the second toothed segment. Both in the first material, and in which two ¬ th material is preferably a weichmag ¬ netic material. In particular, the entire sheet metal or the sintered part is made of two or more soft magnetic materials.
Vorzugsweise weist das erste Material eine größere Sättigungsmagnetisierung auf als das zweite Material. Die Sättigungsmagnetisierung des ersten Materials kann beispielsweise mindestens 2,0 T oder 2,3 T oder 2,5 T oder 3,0 T betragen. Die Sättigungsmagnetisierung des zweiten Materials beträgt vorzugsweise maximal als 1,0 T. Preferably, the first material has a greater saturation magnetization than the second material. The saturation magnetization of the first material may be, for example, at least 2.0 T or 2.3 T or 2.5 T or 3.0 T. The saturation magnetization of the second material is preferably at most 1.0 t.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die re¬ lative Permeabilität des ersten Materials kleiner als die des zweiten Materials. Beispielsweise hat das erste Materi¬ al eine relative Permeabilität von höchstens 20.000. Die relative Permeabilität des zweiten Materials kann zumindest 30.000 sein und bei einem Ausführungsbeispiel im Bereich von 100.000 bis 200.000 liegen. In a preferred embodiment, the re lative ¬ permeability of the first material is smaller than that of the second material. For example, the first Materi ¬ al has a relative permeability of at most 20,000. The relative permeability of the second material may be at least 30,000 and, in one embodiment, in the range of 100,000 to 200,000.
Vorzugsweise ist der Volumenanteil des ersten Materi¬ als eines Zahns kleiner als der Volumenanteil des zweiten Materials desselben Zahns. Preferably, the volume fraction of the first Materi ¬ than a tooth is smaller than the volume fraction of the second material of the same tooth.
Das erste Zahnsegment bildet bei einem Ausführungsbei¬ spiel zumindest einen Teil des Zahnkopfes. Bei einem Aus¬ führungsbeispiel kann der gesamte Zahnkopf durch das erste Zahnsegment gebildet sein. Bei einem anderen Ausführungs¬ beispiel kann der Zahnkopf ein Zahnsegment aufweisen, das zumindest einen Teil der Zahnkopffläche aufweist, aus dem die Magnetfeldlinien beim Betrieb der elektrischen Maschine austreten bzw. eintreten. The first toothed segment forms in a Ausführungsbei ¬ play at least a portion of the tooth head. In an off ¬ guide for the entire tooth head may be formed by the first toothed segment. In another embodiment ¬ example, the tooth head may have a toothed segment having at least a portion of the Zahnkopffläche, from which the magnetic field lines during operation of the electric machine exit or enter.
In Umfangsrichtung um die Drehachse betrachtet oder in Bewegungsrichtung des Läufers betrachtet kann der Zahnkopf zwei gegenüberliegende Endabschnitte haben. Zumindest einer dieser beiden Endabschnitte kann durch ein erstes Zahnseg¬ ment gebildet sein und mithin aus einem ersten Material be¬ stehen. Im Bereich dieser Endabschnitte kann sich beim Drehen des Läufers relativ zum Stator eine betragsmäßig große magnetische Flussdichte ausbilden. Es ist daher vorteil¬ haft, in zumindest einem dieser Endabschnitt ein erstes Zahnsegment vorzusehen, das aus einem Material mit einer großen Sättigungsmagnetisierung besteht. Viewed in the circumferential direction about the axis of rotation or viewed in the direction of movement of the rotor, the tooth head may have two opposite end portions. At least one of these end portions may be formed by a first Zahnseg ¬ ment and thus are of a first material be ¬. In the area of these end sections, when the rotor rotates relative to the stator, a magnetic flux density which is large in magnitude can be formed. It is therefore advantageous ¬ to provide in at least one of these end portion a first toothed segment, which consists of a material having a large saturation magnetization.
Wenn die elektrische Maschine in beide Bewegungs- bzw. Drehrichtungen gleichermaßen ein hohes Antriebs- bzw. Drehmoment aufweisen soll, ist es vorteilhaft, beide Endab¬ schnitte des Zahnkopfes durch jeweils ein erstes Zahnseg¬ ment zu bilden. Bei elektrischen Maschinen, die mit einem großen Drehmoment lediglich oder hauptsächlich in eine Antriebs- bzw. Drehrichtung betrieben werden, kann es ausreichend sein, lediglich einen Endabschnitt des Zahnkopfes durch ein erstes Zahnsegment zu bilden. If the electric machine in both directions of movement or rotation should equally have a high drive or torque, it is advantageous to form both Endab ¬ sections of the tooth head by a respective first Zahnseg ¬ ment. In electric machines which are operated with a large torque only or mainly in a drive or rotational direction, it may be sufficient to form only one end portion of the tooth tip through a first toothed segment.
Es ist möglich, den Zahn im Hinblick auf die verwendeten Materialien unsymmetrisch zu einer Längsmittelebene o- der symmetrisch zu der Längsmittelebene auszuführen. Die Längsmittelebene ist durch eine Radialebene gebildet, die sich mittig durch den Zahn oder Zahnsteg erstreckt. Wenn beispielsweise nur ein einziges erstes Zahnsegment vorhan¬ den ist, so kann der Zahn dadurch unsymmetrisch zur Längsmittelebene ausgeführt sein, dass dieses erste Zahnsegment nicht symmetrisch zu der Längsmittelebene angeordnet ist. Wenn zwei oder mehr erste Zahnsegmente vorhanden sind, kann der Zahn symmetrisch oder auch unsymmetrisch zu der Längsmittelebene ausgeführt sein. Eine unsymmetrische Ausführung mit zwei ersten Zahnsegmenten ist beispielsweise dann erreicht, wenn die beiden auf gegenüberliegenden Seiten der Längsmittelebene angeordneten ersten Zahnsegmente eine un¬ terschiedliche Form und/oder Größe aufweisen. It is possible to perform the tooth with respect to the materials used asymmetrically to a longitudinal center plane o- symmetrical to the longitudinal center plane. The longitudinal center plane is formed by a radial plane which extends centrally through the tooth or tooth bridge. For example, when only a single first toothed segment is the EXISTING ¬, the teeth can thereby be carried out asymmetrically to the longitudinal central plane, that said first sector gear is not arranged symmetrically to the longitudinal center plane. If two or more first tooth segments are present, the tooth may be symmetrical or asymmetrical to the longitudinal center plane. An unsymmetrical configuration with two first toothed segment is, for example, be achieved if the two are arranged on opposite sides of the longitudinal center plane of the first tooth segments have an un ¬ terschiedliche shape and / or size.
Vorzugsweise bildet das zweite Zahnsegment zumindest einen Teil des Zahnstegs. Insbesondere ist zumindest ein Abschnitt zwischen dem Verbindungsteil und dem Zahnkopf des Zahnstegs durch das zweite Zahnsegment gebildet. Preferably, the second toothed segment forms at least a part of the toothed web. In particular, at least a portion between the connecting part and the tooth tip of the toothed bar is formed by the second toothed segment.
Es ist vorteilhaft, wenn das Verbindungsteil und das zweite Zahnsegment und/oder der Zahnsteg aus demselben Ma¬ terial bestehen. Dadurch ist es möglich, die Zahnstege der Zähne und das Verbindungsteil beim Herstellen des Blech¬ oder Sinterteils gleichzeitig herzustellen, beispielsweise durch Heraustrennen aus einem Ausgangsblech. Es ist ferner möglich, dass ein in Umfangsrichtung um die Drehachse oder in Bewegungsrichtung des Läufers betrachtet betrachtet mittlerer Abschnitt des Zahnkopfes aus demselben Material besteht wie der Zahnsteg und/oder das Verbindungsteil. It is advantageous if the connecting portion and the second toothed segment and / or the tooth ridge of the same Ma ¬ TERIAL exist. This makes it possible to produce the tooth webs of the teeth and the connecting part during manufacture of the sheet ¬ or sintered part at the same time, for example, by separating it from an output sheet. It is also possible that a central portion of the tooth head viewed in the circumferential direction about the axis of rotation or in the direction of movement of the rotor consists of the same material as the toothed bar and / or the connecting part.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass das Verbindungsteil aus einem magnetisierbaren dritten Material besteht, das sich von dem ersten und dem zweiten Material unterscheidet. Dadurch lässt sich das Blech- oder Sinterteil im Hinblick auf seine magnetischen und/oder mechanischen und/der physikalischen Eigenschaften weiter optimieren . In one embodiment, it is also possible that the connecting part consists of a magnetizable third material, which differs from the first and the second material. As a result, the sheet metal or sintered part can be further optimized with regard to its magnetic and / or mechanical and / or physical properties.
Es ist vorteilhaft, wenn das zweite Material und/oder das dritte Material eine höhere mechanische Stabilität auf¬ weist als das erste Material. Unter der mechanischen Stabi¬ lität ist dabei die Zugfestigkeit und/oder der Elastizi¬ tätsmodul und/oder die Härte zu verstehen. It is advantageous if the second material and / or the third material has a higher mechanical stability ¬ has, as the first material. Under the mechanical stability ¬ formality tensile strength and / or the Elastizi ¬ tätsmodul and / or the hardness is to be understood.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann bei ei¬ nem Zahnkopf eine die Zahnkopffläche durchsetzende Nut vor¬ handen sein. Eine solche Nut dient dazu, die Radialkräfte beim Betrieb der elektrischen Maschine zu verringern. In a preferred embodiment, when ei ¬ nem a tooth tip, the tooth tip surface penetrating groove before ¬ hands can be. Such a groove serves to reduce the radial forces during operation of the electric machine.
Das wenigstens eine erste Zahnsegment und das wenigs¬ tens eine zweite Zahnsegment sind formschlüssig und/oder Stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem jeweils an¬ grenzenden Teil des Blech- oder Sinterteils verbunden. Die Stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Kle¬ ben, Schweißen, Stanzpaketieren oder Laserschweißen hergestellt werden. Zusätzlich oder alternativ können in den zu verbindenden Bereichen hinterschnittene Konturen ausgebildet sein, um einen formschlüssigen Eingriff herzustellen. The at least one first toothed segment and the Wenig ¬ least a second toothed segment are positively and / or cohesively and / or non-positively connected to the cross each terminate at ¬ part of the sheet metal or sintered part. The metallurgical joint, for example, be prepared by Kle ¬ ben, welding, or laser welding stamped packetization. Additionally or alternatively, undercut contours may be formed in the regions to be connected in order to produce a positive engagement.
Zur Herstellung des Blech- oder Sinterteils kann wie folgt vorgegangen werden: For the production of the sheet metal or sintered part can proceed as follows:
Zunächst werden das wenigstens eine erste Zahnsegment und das wenigstens eine zweite Zahnsegment hergestellt. Beispielsweise können die Zahnsegmente aus einem jeweiligen Ausgangsblech herausgetrennt werden, durch Schneiden, Stanzen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder dergleichen. Anschließend werden die hergestellten Zahnsegmente Stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüs¬ sig miteinander verbunden. First, the at least one first toothed segment and the at least one second toothed segment are produced. For example, the tooth segments can be cut out of a respective starting sheet, by cutting, stamping, laser cutting, water jet cutting or the like. Subsequently, the toothed segments produced are materially and / or positively and / or kraftschlüs ¬ sig connected to each other.
Die zweiten Zahnsegmente der Zähne können integral, ohne Naht- und Fügestelle gemeinsam mit dem Verbindungsteil hergestellt sein, beispielsweise gleichzeitig mit dem Ver¬ bindungsteil aus einem Ausgangsblech herausgetrennt werden. Wenn das Verbindungsteil und die zweiten Zahnsegmente des Blech- oder Sinterteils aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, werden die zweiten Zahnsegmente vor oder nach dem Verbinden mit dem jeweils wenigstens einen zuge¬ ordneten ersten Zahnsegment mit dem Verbindungsteil verbun¬ den . The second tooth segments of the teeth may be integral, be made without seam and joint together with the connecting part, for example, be separated simultaneously from the Ver ¬ binding part of an output sheet. If the connecting part and the second toothed segments of sheet metal or sintered part are made of different materials, the second toothed segments are before or after connection to the respective at least one supplied ¬ associated first toothed segment with the connecting part verbun ¬.
Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, die ersten und/oder zweiten Zahnsegmente aus einem Ausgangsblech durch Stanzen nach einem Stanzverfahren herauszutrennen, bei dem das Ausgangsblech über eine Blechhalteeinrichtung eingespannt ist. Die Einspannkraft der Blechhaltein¬ richtung kann abhängig von der Position eines das Stanzwerkzeug tragenden Stanzstempels variiert werden, um die Qualität der Stanzkanten zu verbessern. Ein solches Verfahren ist in EP 1 602 419 AI beschrieben. In Bezug auf das Ausstanzen des Blech- oder Sinterteils bzw. der Zahnsegmente bzw. des Verbindungsteils aus einem jeweiligen Ausgangs¬ blech wird auf das in EP 1 602 419 AI beschriebene Verfah¬ ren an dieser Stelle ausdrücklich Bezug genommen. Additionally or alternatively, it is also possible to separate out the first and / or second toothed segments from an output sheet by punching according to a stamping method, in which the output sheet is clamped over a sheet holding device. The clamping force of the Blechhaltein ¬ direction can be varied depending on the position of a punch carrying the punch to improve the quality of the punching edges. Such a process is described in EP 1 602 419 A1. With respect to the punching of the sheet metal or sintered part, or of the tooth segments and the connecting part of a respective output ¬ sheet, reference is explicitly made to the method described in EP 1602419 AI procedural ¬ ren at this point.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, sowie der Beschreibung und der Zeichnung. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen: Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, as well as the description and the drawings. Hereinafter, preferred embodiments will be explained with reference to the accompanying drawings in detail. Show it:
Figur 1 eine schematische Teildarstellung eines Blechoder Sinterteils für einen Rotor in Seitenansicht, Figur 2 eine schematische Teildarstellung eines Blechoder Sinterteils für einen Stator in Seitenansicht, FIG. 1 shows a schematic partial representation of a sheet metal or sintered part for a rotor in side view, FIG. 2 shows a schematic partial view of a sheet metal or sintered part for a stator in side view,
Figuren 3 bis 6 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Zahns mit mehreren Zahnsegmenten, der Bestandteil eines Blech- oder Sinterteils gemäß Figur 1 oder 2 ist und Figures 3 to 6 are each an embodiment of a tooth with a plurality of tooth segments, which is part of a sheet metal or sintered part according to Figure 1 or 2, and
Figur 7 eine schematische Prinzipdarstellung eines Teils des Magnetfeldes zwischen einem Zahn eines Rotors und einem Zahn eines Stators. Figure 7 is a schematic diagram of a portion of the magnetic field between a tooth of a rotor and a tooth of a stator.
In Figur 1 ist in einer schematischen Teildarstellung ein Blechteil 10 für einen Rotor eines Elektromotors veran¬ schaulicht. Aus mehreren solcher Blechteile 10 wird ein Blechpaket für den Rotor erstellt. Die Blechteile 10 werden beispielsweise durch Kleben, Stanzpaketieren oder andere Mittel zu einem Blechpaket verbunden. 1 shows in a schematic partial view of a sheet metal part 10 is veran for a rotor of an electric motor illustrating ¬. From a plurality of such sheet metal parts 10, a laminated core is created for the rotor. The sheet metal parts 10 are connected, for example by gluing, stamping package or other means to a laminated core.
In Figur 2 ist schematisch ein weiteres Ausführungs¬ beispiel für ein Blechteil 10 veranschaulicht, das in einem Stator eines Elektromotors verwendet wird. Wie beim Rotor werden auch beim Stator mehrere solche Blechteile 10 zu ei¬ nem Blechpaket geschichtet bzw. gestapelt und verbunden. 2 shows a further example of execution ¬ a sheet metal part 10 is illustrated schematically, which is used in a stator of an electric motor. As in the case of the rotor, a plurality of such sheet metal parts 10 are also stacked or stacked and connected to a laminated core in the stator.
Anstelle der hier im Zusammenhang mit der Zeichnung beispielsgemäß verwendeten Blechteile 10 könnten alternativ auch Sinterteile aus einem gesinterten Material verwendet werden . Instead of the sheet metal parts 10 used here in connection with the drawing as an example, sintered parts made of a sintered material could alternatively be used.
Die Blechteile 10 gemäß der Figuren 1 und 2 haben eine Form zum Aufbau eines Außenläufermotors. Der Rotor um¬ schließt dabei den radial weiter innen angeordneten Stator. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen mit einem radial außen angeordneten Stator und einem radial innen angeordneten Rotor ( Innenläufermotor) ausführbar sind. The sheet metal parts 10 according to Figures 1 and 2 have a shape for the construction of an external rotor motor. The rotor includes at ¬ while the radially inner stator disposed. It is understood that other embodiments with a radially outer stator and a radially inner rotor (inner rotor motor) are executable.
Das Blechteil 10 hat ein in einer Umfangsrichtung U um eine Drehachse D ringförmig geschlossenes Verbindungsteil 11. Von dem Verbindungsteil 11 ragen mehrere Zähne 12 weg. Die Anzahl der Zähne 12 variiert und hängt von der Bauform des Stators bzw. Rotors ab. Auch die Dimensionierung der Zähne 12 und ihre Kontur kann variieren. Die Zähne 12 erstrecken sich radial zur Drehachse D. Die Zähne 12 des Blechteils 10 können sich wie in Figur 1 veranschaulich ausgehend vom Verbindungsteil 11 radial nach innen oder wie in Figur 2 dargestellt ausgehend vom Verbindungsteil 11 ra¬ dial nach außen erstrecken. In den Figuren 1 und 2 ist jeweils in Umfangsrichtung U gesehen nur ein Teil des Blechteils 10 veranschaulicht. Die Blechteile 10 sind in Um- fangsrichtung U vollständig geschlossen, wobei die Zähne 12 jeweils mit gleichmäßigem Abstand in Umfangsrichtung U verteilt angeordnet sind. The sheet-metal part 10 has a connecting part 11, which is closed annularly in a circumferential direction U about a rotation axis D. Several teeth 12 protrude from the connecting part 11. The number of teeth 12 varies and depends on the design of the stator or rotor. Also, the dimensioning of the teeth 12 and their contour may vary. The teeth 12 extend radially to the axis of rotation D. The teeth 12 of the sheet metal part 10 can as shown in Figure 1 illustrate starting from the connecting part 11 radially inwardly or as shown in Figure 2, starting from the connecting part 11 ra ¬ dial extend outward. In the figures 1 and 2, only a part of the sheet metal part 10 is shown in each case in the circumferential direction U illustrated. The sheet-metal parts 10 are completely closed in the circumferential direction U, the teeth 12 being distributed in each case at a uniform spacing in the circumferential direction U.
Diese ringförmige Ausführung eines Blech- oder Sinterteil 10 ist für rotatorisch arbeitende elektrische Maschi¬ nen vorgesehen. In Abwandlung zu den dargestellten Ausführungsbeispielen kann sich das Verbindungsteil 11 auch geradlinig oder gekrümmt entlang einer Bewegungsbahn eines Läufers einer translatorisch arbeitenden elektrischen Maschine (Linearantrieb bzw. Lineargenerator) erstrecken. Die Zähne 12 ragen dabei rechtwinkelig zu der Bewegungsbahn bzw. Bewegungsrichtung des Läufers vom Verbindungsteil 11 weg. Im Übrigen kann das Blech- oder Sinterteil 10 für den Stator oder Läufer einer translatorisch arbeitenden This annular design of a sheet metal or sintered part 10 is provided for rotationally operating electrical Maschi ¬ NEN. In a modification to the illustrated embodiments, the connecting part 11 may also extend in a straight line or curved along a movement path of a rotor of a translationally operating electric machine (linear drive or linear generator). The teeth 12 protrude at right angles to the movement path or direction of movement of the runner from the connecting part 11 away. Incidentally, the sheet metal or sintered part 10 for the stator or rotor of a translationally working
elektrischen Maschine entsprechend den Blech- oder Sinterteilen 10 aufgebaut sein, die im Zusammenhang mit der electrical machine according to the sheet or sintered parts 10 to be constructed in connection with the
Zeichnung erläutert werden. Die Umfangsrichtung um die Drehachse ist dabei durch die lineare Bewegungsrichtung des Läufers zu ersetzen. Drawing will be explained. The circumferential direction about the axis of rotation is to be replaced by the linear direction of movement of the rotor.
In den Figuren 3 bis 7 ist jeweils ein Ausschnitt ei¬ nes Blechteils 10 mit mehreren Zähnen 12 vergrößert darge¬ stellt. Anhand dieser Figuren wird der Aufbau der Zähne 12 erläutert. Sämtliche Zähne 12 eines Blechteils 10 sind identisch aufgebaut, so dass es ausreichend ist, den Aufbau eines einzelnen Zahnes 12 zu erläutern. Jeder Zahn 12 hat einen Zahnsteg 13, der mit dem Verbindungsteil 11 verbunden ist. Der Zahnsteg 13 erstreckt sich ausgehend vom Verbindungsteil 11 radial zur Drehachse D. An dem vom Verbindungsteil 11 abgewandten Ende des In the figures 3 to 7 are each a cut-ei ¬ nes sheet metal part 10 having a plurality of teeth 12 increases Darge ¬ represents. Based on these figures, the structure of the teeth 12 will be explained. All teeth 12 of a sheet metal part 10 are constructed identically, so that it is sufficient to explain the structure of a single tooth 12. Each tooth 12 has a toothed bar 13, which is connected to the connecting part 11. The toothed bar 13 extends radially from the connecting part 11 to the axis of rotation D. At the end remote from the connecting part 11 of the
Zahnsteges 13 weist der Zahn 12 einen Zahnkopf 14 auf. In Umfangsrichtung U kann der Zahnkopf 14 an beiden Seiten über den Zahnsteg 13 hinausragen und den Zahn 12 in seiner Erstreckungsrichtung zu seinem freien Ende 15 hin erweitern. Die Zahnform oder Zahnkontur kann gegenüber einer Längsmittelebene L des Zahns 12 symmetrisch oder unsymmet¬ risch sein. Bei den hier veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist die Zahnform, also die Außenkontur des Zahns 12 symmetrisch zur Längsmittelebene L ausgeführt. Die Längs¬ mittelebene L erstreckt sich mittig durch den Zahnsteg 13 und bildet eine Radialebene gegenüber der Drehachse D. Tooth bridge 13, the tooth 12 has a tooth tip 14. In the circumferential direction U, the tooth head 14 can protrude on both sides over the toothed ridge 13 and expand the tooth 12 in its extension direction towards its free end 15. The tooth shape or tooth shape may be symmetrical or unsymmet ¬ driven relative to a longitudinal center plane L of the tooth 12th In the exemplary embodiments illustrated here, the tooth form, that is to say the outer contour of the tooth 12, is designed symmetrically with respect to the longitudinal center plane L. The longitudinal center plane ¬ L extends centrally through the tooth web 13 and forms a radial plane relative to the axis of rotation D.
An seinem freien Ende 15 weist der Zahn 12 eine Zahnkopffläche 16 auf. Die Zahnkopffläche 16 hat eine Erstre- ckungskomponente in Umfangsrichtung U sowie eine Erstre- ckungskomponente parallel zur Drehachse D. Vorzugsweise verlaufen die Zahnkopfflächen 16 der Zähne 12 entlang einer gemeinsamen Zylindermantelfläche um die Drehachse D, was schematisch in den Figuren 1 und 2 veranschaulicht ist. At its free end 15, the tooth 12 has a tooth head surface 16. The tooth head surface 16 has an extension component in the circumferential direction U and an extension component parallel to the rotation axis D. The tooth head surfaces 16 of the teeth 12 preferably extend along a common cylinder jacket surface about the rotation axis D, which is illustrated schematically in FIGS. 1 and 2.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Zahnkopffläche 16 durch eine Nut 17 (Figur 3) in zwei voneinander getrennte Flächenabschnitte unterteilt sein. Die Nut 17 erstreckt sich parallel zur Drehachse D im Bereich des freien Endes 15 durch den Zahnkopf 14. Die Nut 17 ist optional und kann bei allen beschriebenen Ausführungsformen des Blechteils 10 in den Zähnen 12 vorhanden sein. In one embodiment, the tooth head surface 16 may be divided by a groove 17 (Figure 3) into two separate surface portions. The groove 17 extends parallel to the axis of rotation D in the region of the free end 15 through the tooth head 14. The groove 17 is optional and may be present in all described embodiments of the sheet metal part 10 in the teeth 12.
Jeder Zahn hat wenigstens ein erstes Zahnsegment 22 und wenigstens ein zweites Zahnsegment 23. Das erste Zahn¬ segment 22 besteht aus einem magnetisierbaren ersten Material Ml. Das zweite Zahnsegment 23 besteht aus einem magne¬ tisierbaren zweiten Material M2. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich beim ersten Material Ml sowie beim zweiten Material M2 jeweils um ein weichmagnetisches Material. Die beiden Materialien Ml, M2 unterscheiden sich voneinander. Each tooth has at least a first toothed segment 22 and at least a second sector gear 23. The first tooth ¬ segment 22 consists of a magnetizable first material Ml. The second toothed segment 23 consists of a magnetic ¬ tisierbaren second material M2. In the exemplary embodiment, the first material M1 and the second material M2 are each a soft-magnetic material. The two materials Ml, M2 differ from each other.
Wie in den Figuren 3 bis 7 veranschaulicht, ist im Be¬ reich zwischen zwei benachbarten Zähnen 12 bzw. zwischen zwei benachbarten Zahnstegen 13 eine Wicklung 18 des Stators bzw. des Rotors einer elektrischen Maschine vorhanden. Die Wicklung 18 ist jeweils stark schematisiert veranschau¬ licht. Anstelle einer solchen Wicklung 18 können an einem Stator oder einem Rotor auch Permanentmagnete 19 zwischen benachbarten Zähnen 12 angeordnet sein (Figur 7) . As illustrated in Figures 3 to 7, in the loading ¬ area between two adjacent teeth 12 and between two adjacent tooth ridges 13 is a winding 18 of the stator or the rotor of an electric machine provided. The winding 18 is each highly schematically illustrated ¬ light. Instead of such a winding 18, permanent magnets 19 may also be arranged between adjacent teeth 12 on a stator or a rotor (FIG. 7).
Bei den hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen bildet das wenigstens eine erste Zahnsegment 22 zu¬ mindest einen Teil des Zahnkopfes 14 eines Zahns 12. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist der Zahnkopf 12 insgesamt durch ein erstes Zahnsegment 22 gebildet. Der Zahnsteg 13 ist hier durch das zweite Zahnsegment 23 gebildet. Das erste Zahnsegment 22 und mithin der Zahnkopf 14 ist an einer ersten Verbindungsstelle 25 mit dem In the herein described preferred embodiments the at least forms a first toothed segment 22 is formed to ¬ least a portion of the tooth tip 14 of a tooth 12. In the first embodiment according to figure 3, the tooth head 12 as a whole by a first toothed segment 22nd The toothed bar 13 is formed here by the second toothed segment 23. The first toothed segment 22 and thus the tooth head 14 is at a first connection point 25 with the
Zahnsteg 13 bzw. dem zweiten Zahnsegment 23 verbunden. Das zweite Zahnsegment 23 ist an einer zweiten Verbindungsstel¬ le 26 mit dem Verbindungsteil 12 verbunden. Tooth web 13 and the second gear segment 23 connected. The second toothed segment 23 is connected at a second junction of the ¬ le 26 with the connecting part 12th
Beispielsgemäß hat das erste Material Ml des ersten Zahnsegments 22 eine erste Sättigungsmagnetisierung BSi und das zweite Material eine zweite Sättigungsmagnetisierung BS2. Die erste Sättigungsmagnetisierung BSi ist größer als die zweite Sättigungsmagnetisierung BS2. Die erste Sätti¬ gungsmagnetisierung BSi beträgt vorzugsweise mindestens 2,0 T oder 2,3 T oder 2,5 T. Die zweite Sättigungsmagneti¬ sierung BS2 beträgt vorzugsweise maximal 1,0 T. According to the example, the first material M1 of the first toothed segment 22 has a first saturation magnetization B S i and the second material has a second saturation magnetization B s 2. The first saturation magnetization B s i is greater than the second saturation magnetization B S2 . The first Saetti ¬ supply magnetization B S i is preferably at least 2.0 T or 2.3 T or 2.5 T. The second Sättigungsmagneti ¬ tion B S2 is preferably at most 1.0 T.
Das erste Material hat eine erste relative Permeabili¬ tät μΓι, die kleiner ist als die zweite relative Permeabi¬ lität μΓ2 de zweiten Materials M2. Die zweite relative Per¬ meabilität μΓ2 ist vorzugsweise größer als 30.000 oder grö¬ ßer als 100.000 und kann im Bereich von 100.000 bis 200.000 liegen. Die erste relative Permeabilität μΓι ist vorzugs¬ weise kleiner als 20.000. The first material has a first relative permeabilization ty ¬ μ Γ ι which is less than the second relative formality Permeabi ¬ μ Γ2 de second material M2. The second relative Per ¬ meabilität μ Γ2 is preferably greater than 30,000 or RESIZE ¬ SSSR than 100,000 and can range from 100,000 to 200,000. The first relative permeability μ Γ ι is preferably ¬ way smaller than 20,000.
Bei dem ersten Material Ml kann es sich um eine Eisenlegierung mit einem Anteil von mindestens 45% oder mindes¬ tens 50% Kobalt handeln. Es können auch Legierung mit einem Nickelanteil oder Molybdänanteil oder Kombinationen hiervor verwendet werden. Als zweites Material wird vorzugsweise ein sogenanntes Mu-Metall verwendet. Bei dem zweiten Mate¬ rial kann es sich um eine Eisenlegierung mit einem Nickelbestandteil oder einem Siliziumbestandteil handeln. The first material Ml may be a ferrous alloy with a proportion of at least 45% or Minim ¬ least 50% cobalt. Alloy having a nickel content or molybdenum content or combinations thereof may also be used. As a second material, a so-called Mu metal is preferably used. In the second mate ¬ rial there may be an iron alloy with a nickel component or a silicon component.
Die Werkstoffe, die als zweites Material M2 verwendet werden können, können auch für das Verbindungsteil 11 verwendet werden, wobei keine Materialidentität zwischen dem Verbindungsteil 11 und dem zweiten Zahnsegment 23 bestehen muss, obwohl die Verwendung von identischen Materialien für das Verbindungsteil 11 und das zweite Zahnsegment 23 in ei¬ nem Blechteil 10 möglich ist und zur Vereinfachung der Herstellung des Aufbaus des Blechteils 10 vorteilhaft sein kann . Dadurch, dass das wenigstens eine erste Zahnsegment 22 zumindest einen Teil des Zahnkopfes 14 und das wenigstens eine zweite Zahnsegment 23 zumindest einen Teil des The materials that can be used as the second material M2 can also be used for the connection part 11, wherein no material identity between the connection part 11 and the second toothed segment 23 must exist, although the use of identical materials for the connecting part 11 and the second toothed segment 23 in ei ¬ nem sheet metal part 10 is possible and may be advantageous for simplifying the production of the structure of the sheet metal part 10. Characterized in that the at least one first toothed segment 22 at least a portion of the tooth head 14 and the at least one second toothed segment 23 at least a part of the
Zahnstegs 13 bildet, können für die beiden Zahnsegmente 22, 23 die jeweils optimalen Materialien Ml bzw. M2 im Hinblick auf die magnetischen und/oder mechanischen und/oder physikalischen Eigenschaften eingesetzt werden. Der Zahn 12 bzw. das Blechteil 10 kann somit optimiert und die Materialkos¬ ten gering gehalten werden. Häufig sind Materialien mit einer hohen Sättigungsmagnetisierung sehr teuer. Durch die Verwendung eines solchen Materials lediglich für wenigstens ein erstes Zahnsegment 22 im Bereich des Zahnkopfes 14 kön¬ nen die Materialkosten für ein Blechteil 10 und einen Rotor oder einen Stator aus einer Vielzahl solche Blechteile 10 gering gehalten werden. Solche Materialien werden nur dort eingesetzt, wo es die magnetischen Eigenschaften des Zahns 12 erfordern, beispielsgemäß im Bereich des Zahnkopfes 14. Andere Abschnitte des Zahns 12 werden durch den Einsatz anderer Materialien optimiert. Tooth ridge 13 forms, for the two tooth segments 22, 23, the respectively optimal materials Ml and M2 are used in view of the magnetic and / or mechanical and / or physical properties. The tooth 12 or the sheet metal part 10 can thus be optimized and the material costs can be kept low. Often, materials with high saturation magnetization are very expensive. By using such a material only to at least a first toothed segment 22 in the region of the tooth tip Kgs ¬ NEN the material costs of a sheet metal part 10 and a rotor or a stator of a plurality of such sheet metal parts are kept as low as 10 fourteenth Such materials are used only where the magnetic properties of the tooth 12 are required, for example in the region of the tooth head 14. Other portions of the tooth 12 are optimized by the use of other materials.
Bei dem in Figur 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 3 lediglich ein Teil des jeweiligen Zahnkopfes 14 durch wenigstens ein erstes Zahnsegments 22 gebildet. Beispielsgemäß weist der Zahnkopf 14 eines Zahns 12 zwei in Umfangsrichtung U an entgegengesetzten Enden angeordnete Endabschnitte 24 auf. Die beiden Endabschnitte 24 sind in Umfangsrichtung U mit Abstand zueinander angeordnet und be¬ rühren sich beispielsgemäß nicht. In Abwandlung zu dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen könnten die beiden Endabschnitte 24 an der Zahnkopffläche 16 auch un¬ mittelbar aneinander anschließen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 weist der Zahn 12, wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 3, ein zweites Zahnsegment 23 aus dem zweiten Material M2 auf. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 3 erstreckt sich das zweite Zahnsegment 23 beim Aus¬ führungsbeispiel nach Figur 4 im Bereich der Längsmittel¬ ebene L in den Zahnkopf 14 hinein. Das zweite Zahnsegment 23 bildet beispielsgemäß im Bereich der Längsmittelebene einen mittleren Abschnitt der Zahnkopffläche 16. In the embodiment illustrated in FIG. 4, in contrast to the first exemplary embodiment according to FIG. 3, only a part of the respective tooth head 14 is formed by at least one first tooth segment 22. By way of example, the tooth tip 14 of a tooth 12 has two end sections 24 arranged in the circumferential direction U at opposite ends. The two end portions 24 are arranged in the circumferential direction U at a distance from each other and be ¬ stir example, not. In a modification of the described preferred embodiments, the two end portions 24 could be connected to the tooth top surface 16 can also un ¬ indirectly to one another. In the embodiment according to FIG. 4, the tooth 12, as in the case of the first exemplary embodiment according to FIG. 3, has a second toothed segment 23 made of the second material M2. In contrast to the first embodiment of Figure 3, the second toothed segment 23 L extending in from ¬ operation example of Figure 4 in the region of the longitudinal center plane ¬ into the tooth head 14 inside. The second toothed segment 23 forms according to the example in the region of the longitudinal center plane a central portion of the tooth head surface 16.
In Umfangsrichtung U weist der Zahnkopf 14 zwei Endab¬ schnitte 24 auf, die durch jeweils ein erstes Zahnsegment 22 gebildet sind. Jedes der beiden Zahnsegmente 22 bzw. je¬ der Endabschnitt 24 stellt einen Abschnitt der Zahnkopfflä¬ che 16 bereit, der sich an den mittleren Abschnitt anschließt, der durch das zweite Zahnsegment 23 bereitge¬ stellt ist. Die beiden ersten Segmente 22 sind somit an je¬ weils einer ersten Verbindungsstelle 25 mit dem zweiten Zahnsegment 23 des Zahns 12 verbunden. Das zweite Zahnseg¬ ment 23 ist an der zweiten Verbindungsstelle 26, wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 3, mit dem Verbindungsteil 12 verbunden. Im Unterschied zum zweiten Aus¬ führungsbeispiel nach Figur 4 ist beim ersten Ausführungs¬ beispiel nach Figur 3 lediglich eine erste Verbindungsstel¬ le 25 vorhanden, da der Zahnkopf 14 insgesamt durch ein einziges erstes Zahnsegment 22 gebildet ist. In the circumferential direction U, the tooth head 14 has two Endab ¬ sections 24, which are each formed by a first toothed segment 22. Each of the two toothed segments 22 and depending ¬ the end portion 24 provides a portion of the Zahnkopfflä ¬ surface 16, which adjoins the central portion, which is bereitge ¬ provides by the second toothed segment 23rd The first two segments 22 are thus each ¬ weils 25 connected at a first junction with the second toothed segment 23 of the tooth 12th The second Zahnseg ¬ ment 23 is connected to the second connection point 26, as well as in the first embodiment of Figure 3, with the connecting part 12. In contrast to the second off ¬ operation example according to Figure 4 only a first junction of ¬ le 25 is the first execution ¬ present example of Figure 3, since the tooth tip 14 is formed as a whole by a single first toothed segment 22nd
Die Verbindung an einer ersten Verbindungsstelle 25 und/oder an einer zweiten Verbindungsstelle 26 ist bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 3 und 4 stoffschlüssig ausgeführt. Die Stoffschlüssige Verbindung kann durch Schweißen, Laserschweißen, Kleben, Sintern oder eine andere geeignete Stoffschlüssige Verbindungsart hergestellt werden. Die Stoffschlüssige Verbindung an einer Verbindungsstelle 25, 26 kann vollflächig oder an partiell, bei¬ spielsweise punkt- bzw. linienförmig, erfolgen. The connection at a first connection point 25 and / or at a second connection point 26 is embodied in the exemplary embodiments according to FIGS. 3 and 4 as a material fit. The cohesive connection can be made by welding, laser welding, gluing, sintering or another suitable cohesive connection become. The metallurgical joint at a junction 25, 26 may be the entire area or partially on, take place at ¬ play punctiform or linear.
In den Figuren 3 und 4 sind an den Verbindungsstellen 25, 26 jeweils ebene Verbindungsflächen vorgesehen, was durch die geradlinigen Verbindungsstellen 25, 26 dargestellt ist. Es versteht sich, dass in Abwandlung hierzu auch gekrümmte und/oder gezackte oder beliebige andere Ver¬ läufe der ersten Verbindungsstelle 25 und/oder der zweiten Verbindungstelle 26 möglich sind. Insbesondere kann durch wellenförmige, gezackte oder andere nicht geradlinige Ver¬ läufe einer Verbindungsstelle 25, 26 die Verbindungsfläche an einer betreffenden Verbindungsstelle 25, 26 vergrößert werden. Neben mechanischen Verbesserungen der Verbindung kann dadurch auch der magnetische Widerstand beeinflusst werden. Der Verlauf der Verbindungsstellen 25, 26 hat auch Einfluss auf die an dieser Grenzfläche durch die sich än¬ dernde relative Permeabilität auftretenden Kräfte im Mag¬ netfeld, die senkrecht auf die Grenzfläche auf das Material mit geringerer relativer Permeabilität wirken. In FIGS. 3 and 4, planar connecting surfaces are respectively provided at the connecting points 25, 26, which is represented by the rectilinear connecting points 25, 26. It is understood that in a modification to this also curved and / or jagged or any other Ver ¬ runs the first connection point 25 and / or the second connection point 26 are possible. In particular, by wave-shaped, serrated or other non-linear Ver ¬ runs a joint 25, 26, the connecting surface at a respective junction 25, 26 are increased. In addition to mechanical improvements of the connection, this can also influence the magnetic resistance. The course of the connection points 25, 26 also has influence on the occurring at this interface through which än ¬ relative permeability-promoting forces in the Mag ¬ netfeld which act perpendicular to the interface of the material having a lower relative permeability.
In Figur 5 ist schematisch eine weitere Möglichkeit veranschaulicht, wie die Verbindung zwischen den Zahnseg¬ menten 22, 23 untereinander bzw. zu anderen Teilen des Blechteils 10 oder mit dem Verbindungsteil 11 realisiert werden kann. Alternativ, vorzugsweise jedoch zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung kann eine formschlüssige Verbindung an der ersten Verbindungsstelle 25 und/oder der zweiten Verbindungsstelle 26 vorgesehen sein. Hierfür sind die Konturen der zu verbindenden Teile des Zahns 12 derart aneinander angepasst, dass Vorsprünge und hinterschnittene Aussparungen derart ineinander passen, so dass ein Form- schluss entsteht, ähnlich wie bei ineinandergreifenden Puzzleteilen oder einer Schwalbenschwanzverbindung. Die formschlüssige Verbindung der Teile des Zahns 12 kann durch aneinanderstecken parallel zur Drehachse D erfolgen. Ein Auseinanderziehen der so verbundenen Teile quer zur Steckverbindungsrichtung (parallel zur Drehachse D) wird verhindert. Die in den Figuren 5 und 6 veranschaulichten Konturen, die am Verbindungsteil 11 und am zweiten Zahnsegment 23 sowie am jeweils ersten Zahnsegment 22 Vorsprünge und/oder Aussparungen bilden, sind lediglich beispielhaft. Es sind hierbei auch beliebig andere Verläufe der ersten und/oder zweiten Verbindungsstelle möglich. 5 shows a further possibility is schematically illustrated, as the connection between the Zahnseg ¬ elements 22, 23 can be realized with one another or to other parts of the sheet metal part 10 or to the connection part. 11 Alternatively, but preferably in addition to the cohesive connection, a positive connection may be provided at the first connection point 25 and / or the second connection point 26. For this purpose, the contours of the parts to be joined of the tooth 12 are adapted to one another in such a way that projections and undercut recesses fit into one another in such a way that a molding conclusion arises, similar to interlocking puzzle pieces or a dovetail joint. The positive connection of the parts of the tooth 12 can be done by juxtaposing parallel to the axis of rotation D. A pulling apart of the parts thus connected transversely to the connector direction (parallel to the axis of rotation D) is prevented. The contours illustrated in FIGS. 5 and 6, which form projections and / or recesses on the connecting part 11 and on the second toothed segment 23 as well as on the respectively first toothed segment 22, are merely examples. In this case, any other courses of the first and / or second connection point are possible.
Bei der Herstellung der formschlüssigen Verbindung kann zusätzlich oder alternativ zu einer stoffschlüssigen Verbindung auch eine kraftschlüssige Verbindung an einer ersten Verbindungsstelle 25 und/oder einer zweiten Verbindungsstelle 26 hergestellt werden. In the production of the positive connection, in addition or as an alternative to a cohesive connection, a frictional connection can also be produced at a first connection point 25 and / or a second connection point 26.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 3 bis 5 und 7 ist jeder Zahn 12 symmetrisch zu seiner Längsmittelebene L ausgestaltet. Im Unterschied dazu ist es auch möglich, den Zahn 12 gegenüber der Längsmittelebene L im Hinblick auf die verwendeten Materialien unsymmetrisch auszuführen. Beispielsweise kann der Zahn 12 lediglich auf einer Seite der Längsmittelebene L an einen der beiden Endab¬ schnitte 24 durch ein erstes Zahnsegment 22 aus dem ersten Material Ml bestehen, während der bezüglich der Längsmittelebene L gegenüberliegende Endabschnitt aus einem anderen Material hergestellt ist. Bei dieser unsymmetrischen Aus¬ führung kann die Außenkontur des Zahnes 12 nach wie vor symmetrisch zur Längsmittelebene L sein, während die Anord¬ nung der verschiedenen Zahnsegmente 22, 23 zur Bildung des Zahns 12 keine Symmetrie gegenüber der Längsmittelebene L aufweisen . In the exemplary embodiments according to FIGS. 3 to 5 and 7, each tooth 12 is configured symmetrically with respect to its longitudinal center plane L. In contrast, it is also possible to perform the tooth 12 with respect to the longitudinal center plane L with respect to the materials used asymmetrically. For example, the tooth 12 may consist of only one side of the longitudinal center plane L at one of the two Endab ¬ sections 24 by a first gear segment 22 of the first material Ml, while the respect to the longitudinal center plane L opposite end portion is made of a different material. In this unbalanced From ¬ guide the outer contour of the tooth 12 may be still symmetrically to the longitudinal center plane L, while the Anord ¬ voltage of the various toothed segments 22, 23 to form the Tooth 12 have no symmetry with respect to the longitudinal center plane L.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist somit le¬ diglich ein Endabschnitt 24 des Zahnkopfes 14 durch ein erstes Zahnsegment 22 und mithin aus dem ersten Material Ml hergestellt. Beispielsgemäß hat das erste Material Ml eine erste Sättigungsmagnetisierung BSi, die größer ist als die zweite Sättigungsmagnetisierung BS2 des zweiten Materials M2. Eine solche Ausgestaltung kann die Kosten zur Herstellung eines Blechteils 10 weiter reduzieren und eignet sich insbesondere für elektrische Maschinen, die lediglich oder hauptsächlich in eine Drehrichtung um die Drehachse D bewegt werden. Beispielsweise werden Elektromotoren von Fahrzeugen wie PKWs, Motorrädern oder Fahrrädern fast ausschließlich in eine Drehrichtung angetrieben. Auch Generatoren von Energieerzeugungsanlagen, wie Wasserkraftanlagen, Windkraftanlagen werden nur in eine Richtung betrieben. Dem kann durch die unsymmetrische Ausgestaltung nach Figur 6 Rechnung getragen werden. In the embodiment of Figure 6 an end portion 24 of the tooth head 14 by a first toothed segment 22 and consequently of the first material Ml is thus le ¬ diglich prepared. By way of example, the first material M1 has a first saturation magnetization B S i, which is greater than the second saturation magnetization B S 2 of the second material M2. Such a configuration can further reduce the costs for producing a sheet-metal part 10 and is particularly suitable for electrical machines which are moved only or mainly in a direction of rotation about the axis of rotation D. For example, electric motors of vehicles such as cars, motorcycles or bicycles are driven almost exclusively in one direction of rotation. Even generators of power generation plants, such as hydroelectric power plants, wind turbines are operated only in one direction. This can be taken into account by the asymmetrical embodiment of Figure 6.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist das Gesamtvolumen des ersten Materials Ml des wenigstens einen ersten Zahn¬ segments 22 kleiner als das Gesamtvolumen des zweiten Materials M2 des wenigstens einen zweiten Zahnsegments 23. In all embodiments, the total volume of the first material Ml is at least one of the first tooth ¬ segment 22 is smaller than the total volume of the second material M2 of the at least one second toothed segment 23rd
In Abwandlung zu den veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, dass mehr als ein zweites Zahnsegment 23 vorhanden ist. Ferner kann in Abwandlung zu den veranschaulichten Ausführungsbeispielen die zweite Verbindungsstelle 26 zwischen dem Zahnsteg 13 und dem Verbin¬ dungsteil 11 entfallen. Es ist möglich, das Verbindungsteil 11 und den Zahnsteg 13 bzw. das Verbindungsteil 11 und das wenigstens eine zweite Zahnsegment 23 integral ohne Naht- und Fügestellte aus demselben Material herzustellen. As a modification to the illustrated embodiments, it is also possible that more than one second toothed segment 23 is present. Furthermore, in a modification to the illustrated embodiments, the second connection point 26 between the toothed bar 13 and the connec ¬ tion part 11 omitted. It is possible, the connecting part 11 and the toothed bar 13 or the connecting part 11 and the at least one second toothed segment 23 integrally without seam and joining made of the same material.
Der bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7 darge¬ stellte Zahn 12 eines Rotors hat eine abgewandelte Kontur. Der Zahnkopf 14 ragt in Umfangsrichtung U nicht über den Zahnsteg 13 hinaus. Beispielsgemäß verjüngt sich dieser Zahn 12 zu seinem freien Ende 15 hin. The illustrated in the embodiment of Figure 7 Darge ¬ tooth 12 of a rotor has a modified contour. The tooth head 14 does not project beyond the toothed web 13 in the circumferential direction U. By way of example, this tooth 12 tapers towards its free end 15.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den Zahn 12 eines mit Permanentmagneten 19 versehenen Rotors bzw. Stators einer elektrischen Maschine, der ein Flussleitstück 27 bildet (Figur 7) . Solche Fluss- leitstücke 27 können dazu verwendet werden, die magnetische Flussdichte B in den Permanentmagneten 19 zu begrenzen. Zweckmäßigerweise ragen die Flussleitstücke 27 in radialer Richtung gegenüber der Drehachse D über die benachbarten Permanentmagnete 19 hinaus und bilden gegenüber den zuge¬ ordneten Zähnen 12 des zugeordneten Stators bzw. Rotors den Luftspalt, in dem sich das Magnetfeld H ausbildet. Dadurch können die Permanentmagnete 19 vor einer zu großen magneti¬ schen Flussdichte und somit von der Entmagnetisierung geschützt werden. A further aspect of the present invention relates to the tooth 12 of a rotor or stator of an electric machine provided with permanent magnets 19, which forms a flux guide 27 (FIG. 7). Such flux guides 27 can be used to limit the magnetic flux density B in the permanent magnets 19. Conveniently, 27 protrude beyond the flux conductors in the radial direction relative to the axis of rotation D on the adjacent permanent magnets 19 addition, and form with respect to the supplied ¬ apart teeth 12 of the associated stator or rotor air gap in which the magnetic field H is formed. This 19 to the permanent magnets are thus protected by the demagnetization against too large magneti ¬ rule flux density and.
In Figur 7 ist stark schematisiert die prinzipielle Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Zähne 12 eines Blechteils 10 gemäß der Ausführungsbeispiele aller vorliegenden Erfindung dargestellt. Sehr stark vereinfacht ist oben im Bild ein Zahn 12 eines Rotors veranschaulicht, der hier ein Flussleitstück 27 zwischen zwei Permanentmagneten 19 darstellt. Der Rotor könnte aber auch ein Blechteil 10 aufweisen, das eine oder mehrere Wicklungen 18 auf- weist. Es sei beispielhaft angenommen, dass es sich bei der Maschine um einen Elektromotor handelt. FIG. 7 is a highly schematic representation of the principal mode of operation of the embodiment according to the invention of the teeth 12 of a sheet-metal part 10 according to the exemplary embodiments of all present invention. Very greatly simplified, a tooth 12 of a rotor is illustrated at the top of the image, which here represents a flux guide 27 between two permanent magnets 19. However, the rotor could also have a sheet-metal part 10 which has one or more windings 18. has. It is assumed by way of example that the machine is an electric motor.
Einige Magnetfeldlinien des Magnetfeldes H sind zwi¬ schen dem Zahn 12 des Rotors und einem Zahn 12 des Stators veranschaulicht. Die Drehrichtung R des Rotors um die Dreh¬ achse D ist schematisch veranschaulicht. Die Zähne 12 der Blechteile 10 des Rotors bzw. des Stators sind wie zuvor beschrieben ausgeführt. Some magnetic field lines of the magnetic field H are Zvi ¬ rule the tooth 12 of the rotor and a tooth 12 of the stator illustrated. The direction of rotation R of the rotor about the rotation ¬ axis D is illustrated schematically. The teeth 12 of the sheet metal parts 10 of the rotor or of the stator are designed as described above.
Bei der Drehung des Rotors in Drehrichtung R nähert sich der Zahn 12 des Rotors einem betrachteten Zahn 12 (mittlerer Zahn in Figur 7) an. Bei dieser Annäherung entsteht zwischen dem Zahn 12 des Rotors und dem betrachteten Zahn 12 des Stators das Magnetfeld H. In Figur 7 ist sche¬ matisch die Situation dargestellt, wenn sich die beiden betrachteten Zähne 12 radial zur Drehachse betrachtet teil¬ weise überdecken. In den beiden Endabschnitten 24 der betrachteten Zähne 12, die den geringsten Abstand zueinander aufweisen, entsteht eine große magnetische Flussdichte. Übersteigt die magnetische Flussdichte die Sättigungsmagne¬ tisierung im Bereich des jeweiligen Endabschnitts 24 des Zahnkopfes 14, so kann durch eine weitere Stromerhöhung in den Wicklungen 18 des Stators keine weitere Drehmomenterhö¬ hung stattfinden. Eine weitere Stromerhöhung würde lediglich zur Erzeugung von Wärme führen. Deswegen ist zumindest der eine Endabschnitt 24 jedes Zahns 12 durch ein erstes Zahnsegment 22 gebildet, das eine große erste Sättigungs¬ magnetisierung BSi aufweist. Dadurch kann für einen Elektromotor ein hohes Drehmoment bereitgestellt werden. Upon rotation of the rotor in the direction of rotation R, the tooth 12 of the rotor approximates a considered tooth 12 (middle tooth in FIG. 7). In this approach arises between the tooth 12 of the rotor and the considered tooth 12 of the stator, the magnetic field H. In Figure 7, the situation is specific ¬ matically shown, when the two teeth 12 considered viewed radially to the rotation axis part ¬ example the cover. In the two end portions 24 of the considered teeth 12, which have the smallest distance from each other, creates a large magnetic flux density. Exceeds the magnetic flux density saturation Magne ¬ mation in the region of the respective end portion 24 of the tooth tip 14, as may take place by a further increase in current in the windings 18 of the stator, no further Drehmomenterhö ¬ hung. A further increase in current would only lead to the generation of heat. Therefore, at least the one end portion 24 of each tooth 12 is formed by a first toothed segment 22, having a large first saturation magnetization ¬ B S i. As a result, a high torque can be provided for an electric motor.
Wenn bei einer weiteren Drehung des Rotors in Drehrichtung R die Überdeckung der beiden betrachteten Zähne 12 zunimmt, sinkt die magnetische Flussdichte B in den Zähnen. Demnach muss nicht der gesamte Zahn aus einem ersten Material Ml mit großer erster Sättigungsmagnetisierung BSi hergestellt werden. Es genügt, diejenigen Zahnsegmente und beispielsgemäß die ersten Zahnsegmente 22 eines Zahns 12 aus dem ersten Material Ml herzustellen, die beim Betrieb der elektrischen Maschine einer großen magnetischen Flussdichte B ausgesetzt sind. If in a further rotation of the rotor in the direction of rotation R, the overlap of the two considered teeth 12th increases, the magnetic flux density B in the teeth decreases. Accordingly, the entire tooth does not have to be produced from a first material M1 having a large first saturation magnetization B S i. It suffices to produce those toothed segments and, according to the example, the first toothed segments 22 of a tooth 12 made of the first material M1, which are subjected to a high magnetic flux density B during operation of the electrical machine.
Das Verbindungsteil 11 und/oder der Zahnsteg 13 bzw. das zweite Zahnsegment 23 können im Hinblick auf andere magnetische und/oder mechanische und/oder physikalische Ei¬ genschaften als die Sättigungsmagnetisierung optimiert werden. Insbesondere weist das zweite Zahnsegment 23 und mit¬ hin beispielsgemäß der Zahnsteg 13 und/oder das Verbin¬ dungsteil 11 eine hohe relative Permeabilität auf, die grö¬ ßer ist als die des ersten Materials Ml bzw. weist eine größere mechanische Stabilität auf als das erste Material Ml. Die mechanische Stabilität kann durch die Zugfestigkeit und/oder den Elastizitätsmodul und/oder die Härte des Mate¬ rials charakterisiert sein. The connecting part 11 and / or the tooth ridge 13 and the second toothed segment 23 can be optimized properties ¬ than the saturation magnetization with respect to other magnetic and / or mechanical and / or physical egg. In particular, the second toothed segment 23 and with ¬ out 13 and / or, for example, according to the dental bridge the Verbin ¬ extension part 11 a high relative permeability, the big ¬ SSER than that of the first material Ml and has a greater mechanical stability than the first Material Ml. The mechanical stability can be characterized by the tensile strength and / or the modulus of elasticity and / or hardness of the mate rials ¬.
Bei allen veranschaulichten Ausführungsbeispielen kann das Verbindungsteil 11 aus einem magnetisierbaren dritten Material M3 bestehen, das sich von dem ersten Material Ml und dem zweiten Material M2 unterscheidet. Insbesondere kann das dritte Material M3 eine größere mechanische Stabi¬ lität aufweisen als das erste Material Ml und/oder das zweite Material M2. Das dritte Material M3 kann sich auch in den magnetischen und/oder physikalischen Eigenschaften von den beiden anderen Materialien Ml, M2 unterscheiden. In all the illustrated embodiments, the connecting part 11 may be made of a magnetizable third material M3 different from the first material M1 and the second material M2. In particular, the third material M3 may have a greater mechanical stability ¬ formality than the first material Ml and / or the second material M2. The third material M3 may also differ in its magnetic and / or physical properties from the other two materials M1, M2.
Bei der Herstellung des Blechteils 10 wird wie folgt vorgegangen : In the production of the sheet metal part 10 is as follows proceeded:
Aus einem ersten Ausgangsblech, das aus dem ersten Material Ml besteht, werden die ersten Zahnsegmente 22 der Zähne 12 12 aus einem aus dem ersten Material Ml bestehenden Ausgangsblech herausgetrennt. Gleichermaßen werden die zweiten Zahnsegmente 23 der Zähne 12 aus einem aus dem zweiten Material M2 bestehenden Ausgangsblech herausgetrennt. Das Verbindungsteil 11 wird gegebenenfalls aus ei¬ nem aus dem dritten Material M3 bestehenden Ausgangsblech herausgetrennt. Wenn die zweiten Zahnsegmente 23 und das Verbindungsteil 11 aus demselben Material, beispielsgemäß dem zweiten Material M2 bestehen, kann das Verbindungsteil 11 gemeinsam mit den zweiten Zahnsegmenten 23 der Zähne 12 in einem Vorgang aus dem Ausgangsblech herausgetrennt werden . From a first output sheet, which consists of the first material Ml, the first toothed segments 22 of the teeth 12 12 are cut out of an existing of the first material Ml output sheet. Similarly, the second tooth segments 23 of the teeth 12 are cut out of an existing of the second material M2 starting sheet. The connecting part 11 is optionally separated out of egg ¬ nem from the third material M3 output sheet. If the second toothed segments 23 and the connecting part 11 are made of the same material, for example the second material M2, the connecting part 11 can be cut out of the starting sheet together with the second toothed segments 23 of the teeth 12 in one operation.
Das Heraustrennen aus dem Ausgangsblech kann durch Schneiden, Stanzen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder dergleichen erfolgen. The separation from the starting sheet can be done by cutting, punching, laser cutting, water jet cutting or the like.
Bevorzugt werden die ersten Zahnsegmente 22 durch ein besonderes Trennverfahren aus dem Ausgangsblech herausgetrennt, um die magnetischen Eigenschaften an den Trennstellen durch Wärmezufuhr oder Materialfluss beim Heraustrennen nicht negativ zu beeinträchtigen. Es ist beispielsweise möglich, den Trennvorgang mit einem vorteilhaften Schneidverfahren auszuführen, wie es in EP 1 602 419 AI beschrieben ist. Das dort beschriebene Verfahren wird durch Bezug¬ nahme in die Anmeldung aufgenommen. Preferably, the first toothed segments 22 are separated out of the starting sheet by a special separation process, in order not to adversely affect the magnetic properties at the separation points by heat supply or material flow during separation. For example, it is possible to carry out the separation process with an advantageous cutting method, as described in EP 1 602 419 A1. The process described there is incorporated in the application by reference ¬ acquisition.
Im Anschluss an das Heraustrennen der einzelnen Bestandteile, werden diese an den Verbindungsstellen 25, 26 miteinander verbunden. Wie erläutert, können die zweiten Verbindungsstellen 26 zwischen dem Verbindungsteil 11 und dem zweiten Zahnsegment 23 bzw. dem Zahnsteg 13 entfallen, wenn diese beiden Bestandteile aus demselben Material in¬ tegral ausgeführt und gemeinsam aus einem Ausgangsblech herausgetrennt werden. Following the separation of the individual components, these are at the connection points 25, 26 connected with each other. As explained, the second connecting points 26 between the connecting part 11 and the second toothed segment 23 or the toothed bar 13 can be dispensed with if these two components are made of the same material in ¬ tegral and separated together from an output sheet.
Das Verbinden an den vorhandenen Verbindungsstellen 25 bzw. 26 kann stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen. Vorzugsweise ist an jeder Verbin¬ dungsstelle 25, 26 eine Stoffschlüssige Verbindung vorhan¬ den, die gegebenenfalls durch eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung ergänzt wird. The connection to the existing connection points 25 and 26 can be made cohesively and / or positively and / or non-positively. Preferably, at each Verbin ¬ binding site 25, 26 a material connection EXISTING ¬ which is optionally supplemented by a form-fitting and / or frictional connection.
Die Blechteile eines Rotors bzw. eines Stators werden gleichartig hergestellt und zu einem Blechpaket gestapelt und verbunden. Dieses Blechpaket kann dann wie üblich in den Rotor bzw. Stator einer elektrischen Maschine integriert werden. The sheet metal parts of a rotor or a stator are made similar and stacked into a laminated core and connected. This laminated core can then be integrated as usual in the rotor or stator of an electric machine.
Die Erfindung betrifft ein Blechteil 10 für einen Sta¬ tor oder einen Läufer einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Elektromotors, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Blechteils 10. Das Blechteil 10 weist ein Verbindungsteil 11 auf, das beispielsweise koaxi¬ al zu einer Drehachse D verläuft. Quer von dem Verbindungs¬ teil 11 ragen regelmäßig beabstandete Zähne 12 weg. An dem freien Ende weist jeder Zahn 12 einen Zahnkopf 14 auf, der über einen Zahnsteg 13 mit dem Verbindungsteil 11 verbunden ist. Jeder Zahn hat wenigstens ein erstes Zahnsegment 22 sowie wenigstens ein zweites Zahnsegment 23. Die Zahnseg¬ mente sind aus unterschiedlichen magnetisierbaren Materialien Ml, M2 hergestellt. Auf diese Weise können die Materi- alien Ml, M2 gezielt hinsichtlich ihrer magnetischen und/oder mechanischen Eigenschaften in dem Bereich des Zahns 12 eingesetzt werden, wo sie das magnetisch und/oder mechanische Verhalten des Zahns 12 und mithin des Blech¬ teils 10 optimieren können. Insbesondere ist am Zahnkopf 14 wenigstens ein erstes Zahnsegment 22 vorhanden, dessen Sät¬ tigungsmagnetisierung BSi größer ist als die des übrigen Blechteils 10. The invention relates to a sheet metal part 10 for a Sta ¬ gate or a rotor of an electric machine, such as an electric motor, and a method for producing such a sheet metal part 10. The sheet metal part 10 has a connecting part 11, for example koaxi ¬ al to a rotation axis D. runs. Transversely of the connecting ¬ part 11 protrude regularly spaced teeth 12 away. At the free end, each tooth 12 has a tooth head 14, which is connected via a toothed web 13 to the connecting part 11. Each tooth has at least a first toothed segment 22 and at least a second gear segment 23. The Zahnseg ¬ elements are made of different materials magnetizable Ml, M2. In this way, the materials Alien Ml, M2 are selectively used in terms of their magnetic and / or mechanical properties in the region of the tooth 12, where they can optimize the magnetic and / or mechanical behavior of the tooth 12 and thus of the sheet ¬ part 10. In particular, a first toothed segment 22 is at least present at the tooth head 14, the magnetization actuation Seeds ¬ B S i is greater than that of the other sheet metal part 10th
Bezugs zeichenliste : Reference sign list:
10 Blechteil 10 sheet metal part
11 Verbindungsteil  11 connecting part
12 Zahn  12 tooth
13 Zahnsteg  13 tooth bridge
14 Zahnkopf  14 tooth head
15 freies Ende des Zahnkopfes 15 free end of the tooth head
16 Zahnkopffläche 16 tooth head surface
17 Nut  17 groove
18 Wicklung  18 winding
19 Permanentmagnet  19 permanent magnet
22 erstes Zahnsegment 22 first toothed segment
23 zweites Zahnsegment  23 second toothed segment
24 Endabschnitt  24 end section
25 erste Verbindungsstelle 25 first connection point
26 zweite Verbindungsstelle26 second connection point
27 Flussleitstück 27 flux guide
D Drehachse D rotation axis
L Längsmittelebene  L longitudinal center plane
Ml erstes Material  Ml first material
M2 zweites Material  M2 second material
M3 drittes Material  M3 third material
R Drehrichtung  R direction of rotation
U Umfangsrichtung  U circumferential direction

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Blech- oder Sinterteil (10) für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine, mit einem Verbindungsteil (11), mit mehreren von dem Verbindungsteil (11) weg ragenden Zähnen (12), die an ihrem freien Ende jeweils einen Zahnkopf (14) aufweisen, der über einen Zahnsteg (13) mit dem Verbindungsteil (11) verbunden ist, wobei jeder Zahn (12) wenigstens ein erstes Zahnsegment (22) aus einem magnetisierbaren ersten Material (Ml) und wenigstens ein zweites Zahnsegment (23) aus einem magnetisierbaren zweiten Material (M2) aufweist, wobei das magnetisierbare erste Material (Ml) und das magne- tisierbare zweite Material (M2) verschieden sind. 1. sheet metal or sintered part (10) for a stator or a rotor of an electrical machine, with a connecting part (11), with a plurality of the connecting part (11) projecting away teeth (12), at its free end in each case a tooth head ( 14), which is connected via a toothed web (13) with the connecting part (11), wherein each tooth (12) at least a first toothed segment (22) of a magnetizable first material (Ml) and at least one second toothed segment (23) a magnetizable second material (M2), wherein the magnetizable first material (Ml) and the magnetizable second material (M2) are different.
2. Blech- oder Sinterteil nach Anspruch 1, 2. sheet or sintered part according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisierbare erste Material (Ml) eine größere Sättigungsmagnetisierung characterized in that the magnetizable first material (Ml) has a greater saturation magnetization
(Bs) aufweist als das magnetisierbare zweite Material(B s ) as the magnetizable second material
(M2) . (M2).
3. Blech- oder Sinterteil nach Anspruch 1 oder 2, 3. sheet or sintered part according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisierbare erste Material (Ml) eine kleinere relative Permeabilität (yr) aufweist als das magnetisierbare zweite Material (M2). characterized in that the magnetizable first material (Ml) has a smaller relative permeability (y r ) than the magnetizable second material (M2).
4. Blech- oder Sinterteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. sheet or sintered part according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil des mag- netisierbaren ersten Materials (Ml) kleiner ist als der Volumenanteil des magnetisierbaren zweiten Materials (M2) . characterized in that the volume fraction of the mag- netisierbaren first material (Ml) is smaller than the volume fraction of the magnetizable second material (M2).
5. Blech- oder Sinterteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. sheet or sintered part according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnsegment (22) zumindest einen Teil des Zahnkopfes (14) bildet.  characterized in that the first toothed segment (22) forms at least a part of the tooth head (14).
6. Blech- oder Sinterteil nach Anspruch 5, 6. sheet or sintered part according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkopf (14) zwei erste Zahnsegmente (22) aufweist.  characterized in that the tooth head (14) has two first toothed segments (22).
7. Blech- oder Sinterteil nach Anspruch 6, 7. sheet or sintered part according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ersten Zahnseg¬ mente (22) in Umfangsrichtung (U) um die Drehachse (D) mit Abstand zueinander angeordnet sind. characterized in that the two first Zahnseg ¬ elements (22) in the circumferential direction (U) about the rotational axis (D) are arranged at a distance from each other.
8. Blech- oder Sinterteil nach Anspruch 6 oder 7, 8. sheet or sintered part according to claim 6 or 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die zwei ersten Zahnseg¬ mente (22) symmetrisch zu einer Längsmittelebene (L) durch den Zahn (12) angeordnet sind. characterized in that the two first Zahnseg ¬ elements (22) are arranged symmetrically to a longitudinal center plane (L) through the tooth (12).
9. Blech- oder Sinterteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 9. sheet or sintered part according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste Zahnsegment (22) unsymmetrisch zu einer Längsmittelebe¬ ne (L) durch den Zahn (12) angeordnet ist. characterized in that the at least one first toothed segment (22) is arranged asymmetrically to a longitudinal central liver ¬ ne (L) by the tooth (12).
10. Blech- oder Sinterteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 10. sheet or sintered part according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnsegment (23) zumindest einen Teil des Zahnstegs (13) bildet. characterized in that the second toothed segment (23) forms at least a part of the toothed web (13).
11. Blech- oder Sinterteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 11. sheet or sintered part according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (11) und das zweite Zahnsegment (23) aus demselben Material (M2) bestehen.  characterized in that the connecting part (11) and the second toothed segment (23) consist of the same material (M2).
12. Blech- oder Sinterteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 12. sheet or sintered part according to one of claims 1 to 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (11) aus einem magnetisierbaren dritten Material (M3) besteht, wobei sich das magnetisierbare dritte Material (M3) sowohl vom magnetisierbaren ersten Material (Ml) als auch vom magnetisierbaren zweiten Material (M2) unterscheidet .  characterized in that the connecting part (11) consists of a magnetizable third material (M3), wherein the magnetizable third material (M3) differs from both the magnetizable first material (Ml) and the magnetizable second material (M2).
13. Blech- oder Sinterteil nach Anspruch 12, 13. sheet or sintered part according to claim 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit und/oder der Elastizitätsmodul und/oder die Härte des dritten Materials (M3) und/oder des zweiten Materials (M2) grö¬ ßer ist als beim ersten Material (Ml) . characterized in that the tensile strength and / or the modulus of elasticity and / or hardness of the third material (M3) and / or the second material (M2) RESIZE ¬ SSER than the first material (Ml).
14. Blech- oder Sinterteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 14. sheet or sintered part according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnsegment (22) und/oder das zweite Zahnsegment (23) formschlüssig und/oder Stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem jeweils angrenzenden Teil des Blech- oder Sinterteils (23 bzw. 11) verbunden sind.  characterized in that the first toothed segment (22) and / or the second toothed segment (23) are positively and / or cohesively and / or non-positively connected to the respective adjacent part of the sheet metal or sintered part (23 or 11).
15. Blech- oder Sinterteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 15. sheet or sintered part (10) according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (11) in einer Umfangsrichtung (U) um eine Drehachse (D) ringförmig geschlossen ist und die mehreren Zähne (12) radial zu der Drehachse (D) von dem Verbindungsteil (11) weg ragen, oder dass sich das Verbindungsteil (11) geradlinig oder gekrümmt entlang einer Bewegungsbahn des Läufers erstreckt und die Zähne (12) schräg oder rechtwinkelig von dem Verbindungsteil (11) weg ragen. characterized in that the connecting part (11) in a circumferential direction (U) around an axis of rotation (D) is annularly closed and the plurality of teeth (12) radially to the rotational axis (D) of the connecting part (11) protrude, or that the connecting part (11) straight or curved along a trajectory of the rotor extends and the teeth (12) obliquely or perpendicularly from the connecting part (11) protrude away.
Verfahren zur Herstellung eines Blech- oder Sinterteils (10) für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine, wobei das Blech- oder Sinterteil (10) ein Verbindungsteil (11) und mehrere sich von dem Ver¬ bindungsteil (11) weg erstreckende Zähne (12) aufweist, die an ihrem freien Ende jeweils einen Zahnkopf (14) aufweisen, der über einen Zahnsteg (13) mit dem Verbindungsteil (11) verbunden ist, mit folgenden Schritten: A method for producing a sheet metal or sintered part (10) for a stator or a rotor of an electrical machine, wherein the sheet metal or sintered part (10) a connecting part (11) and a plurality of extending away from the Ver ¬ connecting part (11) teeth ( 12) having at their free end in each case a tooth head (14) which is connected via a toothed web (13) with the connecting part (11), with the following steps:
- Herstellen wenigstens eines ersten Zahnsegments (22) für jeden Zahn (12) aus einem magnetisierbaren ersten Material (Ml), Producing at least one first toothed segment (22) for each tooth (12) from a magnetizable first material (M1),
- Herstellen wenigstens eines zweiten Zahnsegments (23) für jeden Zahn (12) aus einem magnetisierbaren zweiten Material (M2), wobei das magnetisierbare erste Material (Ml) und das magnetisierbare zweite Material (M2) ver¬ schieden sind, - preparing at least one second toothed segment (23) for each tooth (12) of a magnetizable second material (M2), said first magnetizable material (Ml) and the magnetizable second material (M2) are ver ¬ eliminated,
- Verbinden des wenigstens einen ersten Zahnsegments (22) und des wenigstens einen zweiten Zahnsegment (23) miteinander oder mit wenigstens einem weiteren Bestandteil des Blech- oder Sinterteils (10) zu Bildung der Zähne (12) des Blech- oder Sinterteils (10) . Verfahren nach Anspruch 15, - Connecting the at least one first toothed segment (22) and the at least one second toothed segment (23) with each other or with at least one further component of the sheet metal or sintered part (10) to form the teeth (12) of the sheet metal or sintered part (10). Method according to claim 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Zahnsegmente (23) der Zähne (12) vor oder nach dem Verbinden mit dem wenigstens einen zugeordneten ersten Zahnsegment (22) mit dem Verbindungsteil (11) verbunden werden. characterized in that the second toothed segments (23) of the teeth (12) are connected to the connecting part (11) before or after connection to the at least one associated first toothed segment (22).
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