EP4205261A1 - Elektrische maschine, verfahren und anlage - Google Patents

Elektrische maschine, verfahren und anlage

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Publication number
EP4205261A1
EP4205261A1 EP21786800.9A EP21786800A EP4205261A1 EP 4205261 A1 EP4205261 A1 EP 4205261A1 EP 21786800 A EP21786800 A EP 21786800A EP 4205261 A1 EP4205261 A1 EP 4205261A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flat side
electrical machine
stack
soft
sintering
Prior art date
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Pending
Application number
EP21786800.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Schuh
Thomas Soller
Rolf Vollmer
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP4205261A1 publication Critical patent/EP4205261A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0233—Manufacturing of magnetic circuits made from sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2215/00—Specific aspects not provided for in other groups of this subclass relating to methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine with a rotor and/or stator, having a stack of soft-magnetic laminations, a method for producing such an electrical machine, and a system with an electrical machine.
  • Such stacks of soft-magnetic sheets have to be assembled and electrically insulated in a complex manner so that no eddy currents or voltage flashovers occur when the electric motors are in operation.
  • the electrical machine according to the invention has a rotor and/or a stator, each of which has a stack of soft-magnetic laminations.
  • the soft-magnetic laminations each have a first and a second flat side facing away from the first, the laminations tapering from the first to the second flat side.
  • the soft-magnetic laminations of the stack are arranged with their second flat side oriented in the same direction.
  • the insulation of the stack of soft-magnetic laminations can advantageously be implemented very easily. Because as a result of the tapering laminations of the stack of soft-magnetic laminations, the stack has a sawtooth or barb-shaped course in the stacking direction.
  • an insulating layer such as in particular insulating paper, can be introduced sliding along the edge of the stack.
  • the stack forms part of a stator, which is placed in a stack socket and which is electrically insulated from the stack by means of an insulating layer.
  • this insulation layer can therefore be introduced particularly easily between the stack of soft-magnetic laminations and the stack socket, since the laminations of the stack, due to their tapering shape, have a preferred direction in which the insulation layer between the stack and the stack socket is easier to introduce than in the opposite direction.
  • the insulation layer can be easily locked in position, since the insulation layer can only be removed counter to this preferred direction by overcoming a large amount of frictional resistance between the stack and the stack mount. Consequently, electrical insulation can easily be introduced in the electrical machine according to the invention.
  • sheets within the meaning of the present invention can also mean pressure and / or sintered parts.
  • the term “sheet” could also be replaced by the phrase “material layer or material layer structure", where the material layer or the material layer structure is preferably a flat part. I.e. the term “sheet” does not necessarily imply production of the "sheet” by means of rolling sinters , formed .
  • the insulation layer of the electrical machine according to the invention is expediently an insulation paper.
  • the electrical machine according to the invention particularly preferably comprises a stack mount, which is designed to hold the stack.
  • the electrical machine according to the invention expediently also includes the insulation layer.
  • all of the laminations of the stack are preferably oriented in the same direction.
  • the entire stack of soft-magnetic laminations can be electrically insulated from a stack socket, so that a step-by-step approach along the stacking direction of the stack is not necessary.
  • the electrical machine according to the invention can be manufactured in a particularly uncomplicated and cost-effective manner.
  • the soft-magnetic metal sheets are particularly preferably screen and/or stencil printed parts and expediently also sintered parts.
  • the soft-magnetic laminations can be formed in their geometric form in a particularly simple manner.
  • the soft-magnetic sheets can easily be brought into their shape, which tapers from the first to the second flat side, as a result of sintering shrinkage.
  • the metal sheets preferably run between the first and the second flat side, preferably over the entire circumference, at an angle to a normal to the first and/or second flat side.
  • the soft-magnetic sheets preferably have an external, d. H . in the sense of an enveloping geometric body, a truncated cone shape.
  • the soft-magnetic sheets can have a central passage, for example a circular-cylindrical passage, which extends from the first to the second flat side.
  • the metal sheets are produced by printing a metal paste using screen and/or stencil printing and sintering it on a sinter base.
  • the sintering base can suitably influence sintering shrinkage of the metal paste and bring about a shape of the soft-magnetic sheets that tapers from the first to the second flat side.
  • the metal paste is deposited by means of screen and/or stencil printing with a first flat side lying against a printing substrate and a second flat side facing away from the first flat side in such a way that the metal paste separates from the first tapered to the second flat side.
  • the geometric shape of the soft-magnetic sheets can be determined in particular by means of 3D printing.
  • the pressure pad suitably forms the sintering pad.
  • the metal paste is preferably sintered in each case in such a way that the course of sintering shrinkage is optimized towards a tapering of the second flat side.
  • a sintering base with such a high static friction and/or a metal paste with such a reduced flowability is preferably used that the sintering shrinkage on the first flat side disappears or is minimized.
  • the system according to the invention has an electrical machine according to the invention as described above and/or an electrical machine produced using a method according to the invention as described above.
  • Fig. 1 shows a schematic cross section of a stack of soft-magnetic laminations of a stator of an electrical machine according to the invention
  • FIG. 2 an industrial plant according to the invention with a drive with the electric machine according to the invention with the stator with the stack of soft-magnetic laminations according to FIG. 1 schematically in a principle sketch z ze.
  • the one in Fig. 1 stack 10 shown is formed with soft magnetic sheets 20 and forms a stator of an electrical machine according to the invention in the form of an electric motor.
  • the soft-magnetic sheets 20 of the stack 10 are produced by means of screen and stencil printing and subsequent sintering of a metal paste of soft-magnetic metal, for example pure iron, and each have the shape of a truncated cone with a circular base 30 on the outside.
  • the soft-magnetic laminations 20, which have the shape of a truncated cone on the outside are provided with a central passage 35, in which a rotor of the electrical machine according to the invention is provided.
  • the soft-magnetic and externally frustoconical sheets 20 each taper in a stacking direction 40 from the base 30 to an end face 50 which has a smaller outer diameter than the base 30 and is parallel to the base 30 .
  • the truncated cone shape of the soft-magnetic sheets 20 is realized by means of the production of the soft-magnetic sheets 20 by means of screen and template printing and sintering: the soft-magnetic sheets 20 are each using a template with a circular hole on a substrate as a circular-cylindrical green part with an inner circle cylindrical implementation 35 printed.
  • the substrate is in each case formed with such high surface roughness that the green part cannot follow any sintering shrinkage that occurs during subsequent sintering of the green part on its contact surface on the substrate, which later forms the base surface 30 of the later soft-magnetic sheet 20 .
  • the green part is subsequently sintered.
  • the green part shrinks to a greater extent away from the supporting surface than on the supporting surface, on which the sintering shrinkage even completely disappears due to the surface roughness. Due to the locally different along the green part sintering shrinkage, an end face of the green part, which later forms the end face 50 of the soft-magnetic sheet 20, is reduced in its outer diameter compared to the bearing surface, so that the green part acquires an outer truncated cone shape during sintering (inside the originally cylindrical passage 35 also acquires a truncated cone shape , this is not explicitly detailed in the drawing ) .
  • the sintered soft-magnetic sheet 20 is detached from the substrate and connected to other soft-magnetic sheets 20 manufactured in the same way by means of an electrically insulating adhesive (not shown in the figures) to form the stack 10 .
  • the soft-magnetic laminations 20 are connected to one another in such a way that the base areas 30 of the soft-magnetic laminations 20 each point in the same direction (here opposite to the stacking direction 40).
  • the end faces 50 of the soft-magnetic laminations 20 of the stack 10 accordingly point in the stacking direction 40 .
  • the stack 10 of soft magnetic sheets 20 is held in a stack mount 60 .
  • the stack socket 60 is electrically insulated from the stack 10 by means of insulation in the form of insulating paper 70 .
  • the insulation paper 70 can be reversed to the stacking direction 40, i. H . in that direction in which the bases 30 of the soft-magnetic sheets 20 of the stack 10 point, can easily be inserted between the stack 10 and the stack mount 60 .
  • the external truncated cone shape can already be provided during the printing of the green parts of the soft-magnetic sheets 20, so that sintering as described above only reinforces the formation of the truncated cone shape, but not the only reason.
  • the outer shape in the form of a truncated cone can also be specified exclusively by 3D printing of the green part, so that a surface roughness of the substrate, as described above, can be dispensed with.
  • the passages 35 of the metal sheets 20 in the stack 10 form a central passage 35 leading in the stacking direction 40 .
  • the passage 35 is provided in each case when the soft-magnetic sheets 20 are printed, in that the sheets 20 are printed as circular rings.
  • the feedthrough 35 can also be provided subsequently by subtraction, for example by means of milling.
  • a rotor 110 is introduced into the bushing 35 of the stator 80, which can be manufactured in principle the same as the stator 80, with the exception of the bushing 35 and the stack version 60 and the insulating paper 70, which for one Rotor 100 are dispensable.
  • the stator 80 is provided in a manner known per se (not shown explicitly in the drawing) with coils and an electrical supply to the coils.
  • the electrical machine 100 is an electric motor and part of a drive 120 of an industrial plant 130, here an assembly line plant.
  • the electric machine according to the invention is an electric motor and part of a drive of an autonomous storage vehicle or an electric generator of an energy converter device of an energy generation system, for example a current generator of a wind turbine.

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Abstract

Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor und/oder Stator, welcher einen Stapel weichmagnetischer Bleche aufweist, welche je eine erste und eine zweite, von der ersten abgewandte, Flachseite aufweisen und welche sich von der ersten zur zweiten Flachseite verjüngen, wobei die weichmagnetischen Bleche des weichmagnetischen Stapels mit ihrer zweiten Flachseite in dieselbe Richtung orientiert sind. Bei dem Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Maschine werden die Bleche gefertigt, indem eine Metallpaste mittels Sieb- und/oder Schablonendrucks gedruckt und auf einer Sinterunterlage gesintert wird. Die Anlage weist eine solche und/oder derart gefertigte elektrische Maschine auf.

Description

Elektrische Maschine , Verfahren und Anlage
Die Erfindung betri f ft eine elektrische Maschine mit einem Rotor und/oder Stator, aufweisend einen Stapel weichmagnetischer Bleche , ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Maschine sowie eine Anlage mit einer elektrischen Maschine .
Es ist bekannt , elektrische Maschinen mit Rotoren und/oder Statoren aus zubilden, welche j eweils mit Stapeln weichmagnetischer Bleche gebildet sind .
Solche Stapel weichmagnetischer Bleche müssen aufwändig montiert und elektrisch isoliert werden, damit keine Wirbelströme oder Spannungsüberschläge beim Betrieb der Elektromotoren auf treten .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte elektrische Maschine mit einem Rotor/Stator mit einem Stapel weichmagnetischer Bleche zu schaf fen, welche insbesondere schneller und kostengünstiger fertigbar ist und welche insbesondere auch mit neuartigen Fertigungsverfahren zur Herstellung der weichmagnetischen Bleche verbessert fertigbar ist .
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Anlage mit einer solchen elektrischen Maschine zu schaf fen .
Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und/oder Stator, der einen Stapel weichmagnetischer Bleche aufweist , mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und mit einem Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine mit den in Anspruch 5 angegebenen Merkmalen sowie mit einer Anlage mit einer elektrischen Maschine mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst . Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Bezeichnung angegeben . Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen Rotor und/oder einen Stator auf , welcher j eweils einen Stapel weichmagnetischer Bleche aufweist . Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine weisen die weichmagnetischen Bleche j e eine erste und eine zweite , von der ersten abgewandte , Flachseite auf , wobei sich die Bleche von der ersten zur zweiten Flachseite verj üngen . Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine sind die weichmagnetischen Bleche des Stapels mit ihrer zweiten Flachseite in dieselbe Richtung orientiert angeordnet .
Bei der elektrischen Maschine ist die I solierung des Stapels weichmagnetischer Bleche vorteilhaft sehr leicht bewerkstelligbar . Denn infolge der sich verj üngenden Bleche des Stapels weichmagnetischer Bleche weist der Stapel in Stapelrichtung einen sägezahn- oder widerhakenförmigen Verlauf auf .
In einer Richtung entgegen derj enigen Richtung, in welcher sich die Bleche j eweils verj üngen, kann an dem Rand des Stapels entlang gleitend eine I solationsschicht wie insbesondere ein I solationspapier eingebracht werden .
Insbesondere bildet der Stapel einen Bestandteil eines Stators , welcher in eine Stapel fassung eingebracht und welche mittels einer I solationsschicht von dem Stapel elektrisch isoliert ist .
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine lässt sich diese I solationsschicht folglich besonders leicht zwischen dem Stapel weichmagnetischer Bleche und der Stapel fassung einbringen, da die Bleche des Stapels aufgrund ihrer sich verj üngenden Form eine Vorzugsrichtung aus zeichnen, in welcher die I solationsschicht zwischen Stapel und Stapel fassung leichter einbringbar ist als in der entgegengesetzten Richtung .
Infolge der geometrischen Form der weichmagnetischen Bleche des Stapels der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist die I solationsschicht leicht in ihrer Position arretierbar, da die I solationsschicht entgegen dieser Vorzugsrichtung nur unter Überwindung eines großen Reibungswiederstandes zwischen Stapel und Stapel fassung entfernbar ist . Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist folglich eine elektrische Isolation leicht einbringbar .
Es versteht sich, dass mit „Blechen" im Sinne der vorliegenden Erfindung auch Druck- und/oder Sinterteile gemeint sein können . Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ließe sich der Begri f f „Blech" auch durch die Wendung „Materiallage oder Materiallagengefüge" ersetzen, wobei die Materiallage oder das Materiallagengefüge vorzugsweise ein Flachteil ist . D . h . der Begri f f „Blech" impli ziert vorliegend nicht notwendigerweise eine Herstellung des „Blechs" mittels Wal zens . Vorzugsweise ist ein solches „Blech" mittels Sinterns , vorteilhaft mittels Druckens und nachfolgenden Sinterns , gebildet .
Zweckmäßigerweise handelt es ich bei der I solationsschicht der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine um ein I solationspapier .
Besonders bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße elektrische Maschine eine Stapel fassung, welche zur Fassung des Stapels ausgebildet ist . Zweckmäßig umfasst die erfindungsgemäße elektrische Maschine zudem die I solationsschicht .
Bevorzugt sind bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine sämtliche Bleche des Stapels , vorzugsweise des Rotors und/oder des Stators , in dieselbe Richtung orientiert . Auf diese Weise lässt sich der gesamte Stapel weichmagnetischer Bleche elektrisch von einer Stapel fassung isolieren, sodass ein abschnittsweises Vorgehen entlang der Stapelrichtung des Stapels nicht erforderlich ist . Entsprechend ist die erfindungsgemäße elektrische Maschine besonders unaufwändig und kostengünstig fertigbar . Besonders bevorzugt sind bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine die weichmagnetischen Bleche Sieb- und/oder Schablonendruckteile und zweckmäßig zudem Sinterteile . Auf diese Weise lassen sich die weichmagnetischen Bleche besonders einfach in ihrer geometrischen Form ausbilden . Insbesondere als Sinterteile können die weichmagnetischen Bleche infolge einer Sinterschwindung leicht in ihre sich von der ersten zur zweiten Flachseite verj üngende Form gebracht werden .
Vorzugsweise verlaufen bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine die Bleche zwischen der ersten und der zweiten Flachseite , vorzugsweise vollumfänglich, schräg zu einer Normalen auf die erste und/oder zweite Flachseite . Bevorzugt weisen die weichmagnetischen Bleche also eine äußerlich, d . h . im Sinne eines einhüllenden geometrischen Körpers , eine kegelstumpf förmige Gestalt auf . Im Inneren können die weichmagnetischen Bleche eine zentrale Durchführung, etwa eine kreiszylindrische Durchführung, welche von erster zu zweiter Flachseite reicht aufweisen .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine werden die Bleche gefertigt , indem eine Metallpaste mittels Sieb- und/oder Schablonendrucks gedruckt und auf einer Sinterunterlage gesintert wird . Vorteilhaft kann die Sinterunterlage eine Sinterschwindung der Metallpaste geeignet beeinflussen und eine sich von erster zur zweiten Flachseite verj üngende Gestalt der weichmagnetischen Bleche bewirken .
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Metallpaste mittels des Sieb- und/oder Schablonendrucks mit einer ersten, an einer Druckunterlage anliegenden Flachseite sowie einer zweiten, von der ersten Flachseite abgewandten, Flachseite derart abgeschieden, dass sich die Metallpaste von der ersten zur zweiten Flachseite verj üngt . Die geometrische Form der weichmagnetischen Bleche kann insbesondere mittels 3D-Drucks festgelegt werden . Geeigneterweise bildet bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Druckunterlage die Sinterunterlage . In dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist folglich kein Lösen der Metallpaste von der Druckunterlage vor dem Sintern erforderlich . Somit kann eine hohe Haftreibung zwischen Metallpaste und Sinterunterlage und demzufolge auch eine große Beeinflussung der Sinterschwindung ermöglicht werden .
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird vorzugsweise die Metallpaste j eweils derart gesintert , dass der Sinterschwindungsverlauf auf eine Verj üngung der zweiten Flachseite hin optimiert wird .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt eine Sinterunterlage mit einer derartig hohen Haftreibung und/oder eine Metallpaste mit einer derart herabgesetzten Fließ fähigkeit herangezogen, dass die Sinterschwindung an der ersten Flachseite verschwindet oder minimiert wird .
Die erfindungsgemäße Anlage weist eine erfindungsgemäße elektrische Maschine wie oben beschrieben und/oder eine elektrische Maschine hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren wie oben beschrieben auf .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiels näher erläutert .
Es zeigen :
Fig . 1 einen Stapel weichmagnetischer Bleche eines Stators einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine schematisch im Querschnitt sowie
Fig . 2 eine erfindungsgemäße Industrieanlage mit einem Antrieb mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit dem Stator mit dem Stapel weichmagnetischer Bleche gemäß Fig . 1 schematisch in einer Prinzip ski z ze . Der in Fig . 1 dargestellte Stapel 10 ist mit weichmagnetischen Blechen 20 gebildet und bildet einen Stator einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in Gestalt eines Elektromotors .
Die weichmagnetischen Bleche 20 des Stapels 10 sind mittels Sieb- und Schablonendrucks und nachfolgenden Sinterns einer Metallpaste weichmagnetischen Metalls , beispielsweise Reineisens , gefertigt und weisen j eweils äußerlich die Gestalt eines Kegelstumpfs mit einer kreis förmigen Grundfläche 30 auf . Zusätzlich sind die äußerlich kegelstumpf förmigen weichmagnetischen Bleche 20 mit einer zentralen Durchführung 35 versehen, in der ein Rotor der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine vorgesehen ist . Die weichmagnetischen und äußerlich kegelstumpf förmigen Bleche 20 verj üngen sich j eweils in einer Stapelrichtung 40 von der Grundfläche 30 zu einer einen im Vergleich zur Grundfläche 30 kleineren äußeren Durchmesser aufweisenden und zur Grundfläche 30 parallelen Stirnfläche 50 .
Die kegelstumpf förmige Gestalt der weichmagnetischen Bleche 20 ist mittels der Fertigung der weichmagnetischen Bleche 20 mittels Sieb- und Schablonendrucks und Sinterns realisiert : die weichmagnetischen Bleche 20 werden j eweils mittels einer Schablone mit einem kreisringförmigen Loch auf ein Substrat als kreis zylindrisches Grünteil mit einer inneren kreis zylindrischen Durchführung 35 gedruckt . Das Substrat ist j eweils mit derart hoher Oberflächenrauigkeit gebildet , dass das Grünteil an seiner Auflagefläche auf dem Substrat , welche die spätere Grundfläche 30 des späteren weichmagnetischen Blechs 20 bildet , einer auftretenden Sinterschwindung bei einem anschließenden Sintern des Grünteils nicht folgen kann . Das Grünteil wird nachfolgend gesintert . Folglich schwindet das Grünteil fern der Auflagefläche in einem stärkeren Ausmaß als an der Auflagefläche , an welcher die Sinterschwindung sogar vollständig aufgrund der Oberflächenrauigkeit verschwindet . Infolge der lokal entlang des Grünteils verschiedenen Sinterschwindung verringert sich eine Stirnfläche des Grünteils , welche die spätere Stirnfläche 50 des weichmagnetischen Blechs 20 bildet , gegenüber der Auflagefläche in ihrem äußeren Durchmesser, sodass das Grünteil beim Sintern eine äußere kegelstumpf förmige Gestalt gewinnt ( im inneren gewinnt die ursprünglich zylindrische Durchführung 35 ebenfalls eine kegelstumpf förmige Gestalt , dies ist in der Zeichnung nicht expli zit detailliert ) . Nach dem Sintern wird das gesinterte weichmagnetische Blech 20 vom Substrat gelöst und mit weiteren gleichartig gefertigten weichmagnetischen Blechen 20 mittels eines elektrisch isolierenden Klebers ( in den Figuren nicht gezeigt ) zum Stapel 10 verbunden . Dabei werden die weichmagnetischen Bleche 20 derart miteinander verbunden, dass die Grundflächen 30 der weichmagnetischen Bleche 20 j eweils in dieselbe Richtung (hier entgegengesetzt zur Stapelrichtung 40 ) weisen . Die Stirnflächen 50 der weichmagnetischen Bleche 20 des Stapels 10 weisen entsprechend in Stapelrichtung 40 .
Der Stapel 10 weichmagnetischer Bleche 20 ist in einer Stapel fassung 60 gehalten . Die Stapel fassung 60 ist von dem Stapel 10 mittels einer I solierung in Gestalt eines I solierpapiers 70 elektrisch isoliert . Das I solierpapier 70 kann entgegengesetzt zur Stapelrichtung 40 , d . h . in diej enige Richtung, in welche die Grundflächen 30 der weichmagnetischen Bleche 20 des Stapels 10 weisen, leicht zwischen Stapel 10 und Stapel fassung 60 eingeschoben werden .
Alternativ oder zusätzlich kann in weiteren, nicht eigens dargestellten Aus führungsbeispielen die äußerliche kegelstumpf förmige Gestalt bereits beim Druck der Grünteile der weichmagnetischen Bleche 20 vorgesehen werden, sodass eine Sinterung wie oben beschrieben die Ausbildung der kegelstumpf förmigen Gestalt lediglich verstärkt , aber nicht allein bedingt . Alternativ kann die äußere kegelstumpf förmige Gestalt auch ausschließlich durch einen 3D-Druck des Grünteils vorgegeben werden, sodass eine Oberflächenrauigkeit des Substrats wie oben beschrieben verzichtbar ist . Der Stapel 10 bildet mit dem I solierpapier 70 und der Stapelfassung 60 einen Stator 80 einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 100 aus . Dazu bilden die Durchführungen 35 der Bleche 20 in dem Stapel 10 eine zentrale , in Stapelrichtung 40 führende , zentrale Durchführung 35 aus . Im dargestellten Aus führungsbeispiel ist die Durchführung 35 j eweils beim Druck der weichmagnetischen Bleche 20 vorgesehen, indem die Bleche 20 als Kreisringe gedruckt werden . Alternativ kann die Durchführung 35 auch nachträglich subtraktiv vorgesehen werden, beispielsweise mittels Fräsens .
Zur Bildung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 100 wird in die Durchführung 35 des Stators 80 ein Rotor 110 eingebracht , der grundsätzlich gleichartig wie der Stator 80 gefertigt werden kann, mit Ausnahme der Durchführung 35 sowie der Stapel fassung 60 und des I solierpapieres 70 , welche für einen Rotor 100 verzichtbar sind . Der Stator 80 ist zur Bildung einer elektrischen Maschine 100 in an sich bekannter Weise ( in der Zeichnung nicht expli zit gezeigt ) mit Spulen und einer elektrischen Speisung der Spulen versehen .
Die elektrische Maschine 100 ist im gezeigten Aus führungsbeispiel ein Elektromotor und Teil eines Antriebs 120 einer Industrieanlage 130 , hier einer Fließbandanlage . In weiteren, nicht eigens dargestellten Aus führungsbeispielen ist die erfindungsgemäße elektrische Maschine ein Elektromotor und Teil eines Antriebs eines autonomen Lagerf ahrzeugs oder ein elektrischer Generator einer Energiewandler-Einrichtung einer Energiegewinnungsanlage , beispielsweise eines Stromgenerators eines Windrads .

Claims

9 Patentansprüche
1. Elektrische Maschine mit einem Rotor und/oder Stator (80) , aufweisend einen Stapel (10) weichmagnetischer Bleche (20) , welche je eine erste (30) und eine zweite, von der ersten (30) abgewandte, Flachseite (50) aufweisen und welche sich von der ersten (30) zur zweiten Flachseite (50) verjüngen, wobei die weichmagnetischen Bleche (20) des Stapels (10) mit ihrer zweiten Flachseite (50) in dieselbe Richtung (40) orientiert sind.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, bei welcher sämtliche Bleche (20) des Stapels (10) , vorzugsweise des Rotors und/oder Stators (80) , mit ihrer zweiten Flachseite (50) in dieselbe Richtung (40) orientiert sind.
3. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Bleche (20) Sieb- und/oder Schablonendruckteile und vorzugsweise Sinterteile sind.
4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Bleche (20) eine zwischen der ersten (30) und der zweiten Flachseite (50) , vorzugsweise vollumfänglich, schräg zu einer Normalen auf die erste (30) und/oder zweite Flachseite (50) verlaufende Oberfläche aufweisen.
5. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Bleche (20) gefertigt werden, indem eine Metallpaste mittels Sieb- und/oder Schablonendrucks gedruckt und auf einer Sinterunterlage gesintert wird.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die Metallpaste mittels des Sieb- und/oder Schablonendrucks mit einer ersten, an einer Druckunterlage anliegenden Flachseite sowie einer zweiten, von der ersten Flachseite abge- wandten, Flachseite derart abgeschieden wird, dass sich die Metallpaste von der ersten zur zweiten Flachseite verjüngt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Druckunterlage die Sinterunterlage bildet.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Metallpaste jeweils derart gesintert wird, dass der Sinterschwindungsverlauf auf eine Verjüngung der zweiten Flachseite (50) hin optimiert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Sinterunterlage mit einer derartig hohen Haftreibung und/oder eine Metallpaste mit einer derart herabgesetzten Fließfähigkeit herangezogen wird, dass die Sinterschwindung an der ersten Flachseite (30) verschwindet oder minimiert wird.
10. Anlage mit einer elektrischen Maschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9.
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