EP4454104A1 - Verfahren zur herstellung eines bauteils einer elektrischen maschine, bauteil einer elektrischen maschine und ein elektrischer motor in einem flugzeugantriebssystem mit einem solchen bauteil - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines bauteils einer elektrischen maschine, bauteil einer elektrischen maschine und ein elektrischer motor in einem flugzeugantriebssystem mit einem solchen bauteil

Info

Publication number
EP4454104A1
EP4454104A1 EP22835022.9A EP22835022A EP4454104A1 EP 4454104 A1 EP4454104 A1 EP 4454104A1 EP 22835022 A EP22835022 A EP 22835022A EP 4454104 A1 EP4454104 A1 EP 4454104A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
permanent magnet
magnetic
magnet means
mechanical
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.)
Pending
Application number
EP22835022.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Rudenko
Johannes Gabriel BAUER
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.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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 Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG filed Critical Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Publication of EP4454104A1 publication Critical patent/EP4454104A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F13/00—Apparatus or processes for magnetising or demagnetising
    • H01F13/003—Methods and devices for magnetising permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
    • H02K15/035—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets on the rotor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12—Impregnating, moulding insulation, heating or drying of windings, stators, rotors or machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12—Impregnating, moulding insulation, heating or drying of windings, stators, rotors or machines
    • H02K15/121—Impregnating, moulding insulation, heating or drying of windings, stators, rotors or machines of cores

Definitions

  • the invention relates to a method with the features of claim 1, a component of an electrical machine with the features of claim 10 and a motor in an aircraft propulsion system with the features of claim 15.
  • these restraining means must have a low electrical conductivity. Therefore, the restraining means often comprise composite materials such as carbon fiber reinforced polymers.
  • the glass transition temperature of the polymeric material must be sufficiently far above the operating temperatures of the electrical machine. Above the glass transition temperature, a solid in particular also duroplastic polymer in a rubber-like to viscous state, in which the mechanical stability of the restraining means would no longer be guaranteed.
  • a retaining means for permanent magnet means is manufactured separately from the electric machine.
  • This means for example, that the fiber composite material is wound and cured separately and then applied to a rotor of the electrical machine, for example by a shrinking process.
  • the high production costs are disadvantageous, among other things, since the expenditure on equipment for production is considerable.
  • the production times are also comparatively long.
  • the means of restraint must be designed in such a way that it withstands the high mechanical loads during shrinkage in particular. For this reason, the fibers of the fiber composite restraint device must be placed where they would not be necessary to achieve the actual restraint task. The restraint means is therefore heavier than is actually necessary due to the design.
  • the fiber composite structure of the restraining device can be produced directly on the rotor of the electrical machine (“in-situ”), i.e. the composite material is wound and cured on the rotor.
  • the entire rotor is subjected to the manufacturing cycle of the composite material, i.e. it is heated, for example, in an oven or an autoclave according to specific time specifications.
  • the glass transition temperature of the composite material represents a limitation for the manufacturing process.
  • the restraint means is hardened directly on the rotor, comparatively high temperatures are present here.
  • the permanent magnet means u.ll. can be permanently demagnetized since demagnetization occurs above the Curie temperature.
  • materials can only be used as magnetic materials well below the Curie temperature.
  • At least one permanent magnet means of the component is arranged on or on the component together with at least one mechanical retaining means for spatially fixing the at least one permanent magnet means.
  • the at least one mechanical restraining means consists of composite material or has composite material. This corresponds to the attachment of the restraining means in situ mentioned at the outset.
  • a means for the targeted control of the magnetic field of the permanent magnet means is used at least during a thermal treatment of the component. This acts on the permanent magnet means in a targeted manner so that they do not become demagnetized.
  • the means used can be a further mechanical means or also a further process step.
  • At least one magnetic shunt means is then arranged on or on the component before, during or after the application of the at least one permanent magnet means and the at least one mechanical restraining means, so that it interacts magnetically with the at least one permanent magnet means.
  • This interaction is in particular a magnetic shielding of the permanent magnet means to prevent demagnetization.
  • the at least one permanent magnet means, the at least one mechanical restraining means and the at least one magnetic shunt means can then be subjected to a thermal treatment to harden the restraining means.
  • the at least one magnetic shunt can then subsequently be removed prior to further use of the component.
  • a magnetic field is applied to the component, with both the magnetic field strength and the induction being positive.
  • the use of such an opposing field also serves to prevent this an unwanted magnetization.
  • a magnetic coil device can be employed analogously to a stator with a non-rotating field.
  • the properties of the permanent magnet are specifically influenced in order to enable higher curing temperatures.
  • the two methods can also be used in combination.
  • the elements for the magnetic short circuit of one method and for the external electric field would be magnetically connected in series and reinforce each other in their effect on the magnetic material
  • the at least one magnetic bypass means comprises or consists of soft magnetic material.
  • Soft magnetic materials can be roughly distinguished from other materials by their coercivity. Materials with a low coercivity, i.e. less than 10 A/m, are referred to as soft magnetic.
  • electrical sheets with an iron-silicon alloy, a cobalt-iron alloy and/or a nickel-iron alloy can be used as soft magnetic materials.
  • the soft magnetic material can be used in sheet form or in powder form. Effective magnetic relief of the rotor PMs could also be achieved using external magnet material with a higher temperature class (e.g. samarium cobalt magnet material).
  • the at least one magnetic shunt means may be formed as a ring or cylindrical member and disposed concentrically around the at least one permanent magnet means.
  • Such a design is ideal when the magnetic flux is in the radial direction.
  • the thermal treatment of the at least one restraining means can take place at least at over 140° C., so that relatively high temperatures can be achieved.
  • the thermal treatment can also take place 5 to 10° C. below the glass transition temperature or the smallest value of a glass transition range of the at least one mechanical restraining means.
  • At least one permanent magnet means is provided on or on the component of an electrical machine together with at least one mechanical restraining means for spatially fixing the at least one permanent magnet means and the at least one restraining means consists of composite material or has composite material.
  • At least one magnetic shunt means is arranged on or on the component in such a way that it interacts magnetically with the at least one permanent magnet means. This component is thus protected from demagnetization during thermal treatment due to the relatively high temperatures present.
  • the component can be designed, for example, as a rotor of an electric motor.
  • the at least one magnetic shunt means is, in one embodiment, formed as a ring or cylindrical member disposed concentrically around the at least one permanent magnet means.
  • the at least one magnetic shunt has, for example, soft magnetic material or consists of this material.
  • the soft-magnetic material can, for example, be an electrical steel sheet with an iron-silicon alloy, a cobalt-iron alloy and/or a nickel-iron alloy.
  • An electric motor in an aircraft propulsion system can, for example, have a motor with a component that can be produced by at least one of the methods of claims 1 to 9.
  • FIG. 1 shows a schematic partial view of an embodiment of a component
  • FIG. 3 shows a flow chart of a further embodiment of a method
  • FIGS. 3 and 4 shows a schematic representation of the relationship between induction and magnetic field strength.
  • a means for the targeted control of the magnetic field of permanent magnet means is used at least during a thermal treatment of a component of an electrical machine in order to avoid demagnetization.
  • a mechanical means in the form of a magnetic bypass means 3 is employed.
  • the means is a further process step, namely the use of a specific magnetic field.
  • FIG. 1 shows part of a rotor 10 of an electric motor, which can be used, for example, in an aircraft engine, in a schematic sectional view.
  • the section in the representation of FIG. 1 is perpendicular to the axis of rotation.
  • permanent magnet means 1 On the outer circumference of a shaft 4 of the rotor 10 permanent magnet means 1 are arranged in a manner known per se. These usually have hard-magnetic iron, cobalt and/or nickel alloys. In the schematic representation of FIG. 1, the polarities of the permanent magnet means 1 are not shown. The uninterrupted arrangement of the permanent magnet means 1 shown here is also only to be understood as an example.
  • the permanent magnet means 1 experience centrifugal forces Z, among other things, which act radially outwards.
  • a mechanical retaining means 2 which here surrounds the permanent magnet means 2 concentrically, i.e. it forms a circular-cylindrical envelope around the permanent magnet means 1.
  • This mechanical restraining means can, for example, consist of or have a fiber composite material.
  • the mechanical restraining means 2 has a proportion of polymeric material.
  • the mechanical restraint means 2 is applied directly to the component 10 (in particular wound), with the mechanical restraint means 2 being cured in situ, ie on the component. So that the relatively high temperatures occurring during curing (in particular over 140° C.) do not lead to an undesired demagnetization of the permanent magnet means 1, a magnetic shunt means 3 is also arranged concentrically around the permanent magnet means 1 here.
  • the magnetic shunt means 3 is designed for the radial magnetic flux that is present here. In other applications, with other component geometries, the magnetic bypass means 3 will also assume other forms.
  • the magnetic bypass means 3 (also referred to as “shunt” in English) has soft magnetic material or consists of this material.
  • soft magnetic material for example, electrical sheets or soft magnetic alloys can be used.
  • the magnetic shunt means 3 forms a magnetic short circuit by connecting areas with opposite magnetic polarities together. In this way, magnetic field lines are deflected in the desired manner, so that in the embodiment shown here, demagnetization of the permanent magnet means 1 cannot occur if the component 10 is provided with the mechanical retaining means 2 in situ.
  • a first step 101 the permanent magnet means 1 are arranged.
  • the concentric mechanical restraining means 2 is then arranged in step 102.
  • the magnetic bypass means 3 is then applied, so that the component 10 can then be thermally treated in step 104 for curing.
  • the thermal treatment 104 can take place 5 to 10° C. below the glass transition temperature or the smallest value of a glass transition range of the mechanical restraint means 2 .
  • FIG. 3 Another method for producing a component of an electrical machine, which starts from the same basic configuration, is shown in connection with FIG. 3 .
  • a magnetic permanent magnet means 1 are arranged. This is followed by the arrangement of the restraint means, which is concentric here 2 in step 202. Then, in step 202, in particular during the thermal treatment for curing the mechanical restraint means, a magnetic field F is applied to component 10 as an opposing field (ie with a braking effect) in the first quadrant of the BH diagram (see Fig. 4 ) applied so that both the magnetic field strength H and the induction B are positive (see Fig. 4). A braking effect is achieved through this targeted magnetic influencing of the magnetic behavior.
  • FIG. 4 shows an example of a hysteresis curve of a soft magnetic material.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10) einer elektrischen Maschine, wobei mindestens ein Permanentmagnetmittel (1) des Bauteils (10) zusammen mit mindestens einem mechanischen Rückhaltemittel (2) zur räumlichen Fixierung des mindestens einen Permanentmagnetmittels (1) auf oder an dem Bauteil (10) angeordnet werden und das mindestens eine mechanische Rückhaltemittel (2) aus Verbundmaterial besteht oder Verbundmaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens während einer thermischen Behandlung des Bauteils (10) ein Mittel (3, F) zur gezielten Steuerung des Magnetfeldes der Permanentmagnetmittel (1) eingesetzt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, Bauteil einer elektrischen Maschine und ein elektrischer Motor in einem Flugzeugantriebssystem mit einem solchen Bauteil
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Bauteil einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und einen Motor in einem Flugzeugantriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
In elektrischen Maschinen, insbesondere auch in Rotoren elektrischer Antriebe von Flugzeugen, werden häufig Permanentmagnetmittel eingesetzt, die Fliehkräften, magnetische Kräften und / oder ggf. anderen Kräften ausgesetzt sind.
Es ist notwendig, diese Kräfte zu kompensieren und die Permanentmagnetmittel in ihrer Lage zu fixieren. Dazu sind Rückhaltemittel, wie z.B. Umwicklungen an Rotoren, bekannt, die den Kräften entgegenwirken.
Diese Rückhaltemittel müssen dabei aus Effizienzgründen eine niedrige elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Daher weisen die Rückhaltemittel häufig Verbundmaterialien auf, wie z.B. kohlenfaserverstärkte Polymere.
Damit die Rückhaltemittel aber ihre Stabilität behalten, muss die Glasübergangstemperatur des polymeren Materials hinreichend weit oberhalb der Betriebstemperaturen der elektrischen Maschine liegen. Oberhalb der Glasübergangstemperatur geht ein festes, insbesondere auch duroplastisches Polymer in einen gummiartigen bis zähflüssigen Zustand über, in dem die mechanische Stabilität der Rückhaltemittel nicht mehr gewährleistet wäre.
Es ist bekannt, dass ein Rückhaltemittel für Permanentmagnetmittel separat von der elektrischen Maschine hergestellt wird. Dies bedeutet z.B., dass das Faserverbundmaterial separat gewickelt und ausgehärtet wird und dann z.B. durch ein Schrumpfverfahren auf einen Rotor der elektrischen Maschine aufgebracht wird. Bei diesem Vorgehen sind u.a. die hohen Herstellungskosten nachteilig, da der apparative Aufwand zur Herstellung erheblich ist. Auch sind die Herstellungszeiten vergleichsweise lang. Ferner muss das Rückhaltemittel so ausgelegt sein, dass es insbesondere den hohen mechanischen Belastungen beim Schrumpfen standhält. So müssen deshalb die Fasern des Faserverbund-Rückhaltemittels z.B. da abgelegt werden, wo sie für die Erreichung der eigentlichen Rückhalteaufgabe nicht notwendig wären. Somit wird das Rückhaltemittel durch die Auslegung bedingt schwerer als es eigentlich notwendig wäre.
Alternativ kann die Faserverbundstruktur des Rückhaltemittels direkt auf dem Rotor der elektrischen Maschine („in-situ“) hergestellt werden, d.h., das Wickeln und Aushärten des Verbundmaterials erfolgt auf dem Rotor. Dabei wird der gesamte Rotor dem Herstellungszyklus des Verbundmaterials unterworfen, d.h., er wird z.B. in einem Ofen oder einem Autoklaven nach bestimmten zeitlichen Vorgaben erhitzt. Die Glasübergangstemperatur des Verbundmaterials stellt eine Limitierung für den Herstellungsprozess dar.
Je höher die Aushärtungstemperatur des Verbundmaterials, desto höher ist die thermische Stabilität des Bauteils, so dass grundsätzlich höhere Temperaturen bevorzugt wären. Da aber die Aushärtung des Rückhaltemittels direkt am Rotor erfolgt, liegen hier vergleichsweise hohe Temperaturen an. Dies hat zur Folge, dass die Permanentmagnetmittel u.ll. dauerhaft entmagnetisiert werden können, da oberhalb der Curie-Temperatur eine Entmagnetisierung eintritt. Materialien sind grundsätzlich nur deutlich unterhalb der Curie-Temperatur als magnetische Werkstoffe einsetzbar.
Aufgrund dieser entgegenlaufenden Anforderungen ist es schwierig, eine ausreichende Sicherheitsmarge zwischen den Betriebstemperaturen oder Aushärtungstemperaturen und der Glasübergangstemperatur zu finden. Für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt soll diese Sicherheitsmarge nach dem Composite Materials Handbook 17 mindestens 28°C betragen. Daher werden Lösungen benötigt, die eine Herstellung von permanentmagnetischen Bauteilen einer elektrischen Maschine ohne eine Entmagnetisierung der Permanentmagnetmittel ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dabei wird mindestens ein Permanentmagnetmittel des Bauteils zusammen mit mindestens einem mechanischen Rückhaltemittel zur räumlichen Fixierung des mindestens einen Permanentmagnetmittels auf oder an dem Bauteil angeordnet. Das mindestens eine mechanische Rückhaltemittel besteht dabei aus Verbundmaterial oder weist Verbundmaterial auf. Dies entspricht dem eingangs genannten Anbringen des Rückhaltemittels in-situ. Mindestens während einer thermischen Behandlung des Bauteils wird ein Mittel zur gezielten Steuerung des Magnetfeldes der Permanentmagnetmittel eingesetzt. Damit wird auf die Permanentmagnetmittel gezielt eingewirkt, damit diese sich nicht entmagnetisieren. Wie im Folgenden deutlich wird, kann das eingesetzte Mittel ein weiteres mechanisches Mittel sein oder auch ein weiterer Verfahrensschritt.
In einer Ausführungsform wird dann vor, während oder nach dem Aufbringen des mindestens einen Permanentmagnetmittels und des mindestens einen mechanischen Rückhaltemittels mindestens ein magnetisches Nebenschlussmittel auf oder an dem Bauteil angeordnet, so dass dies magnetisch mit dem mindestens einen Permanentmagnetmittel wechselwirkt. Diese Wechselwirkung ist insbesondere eine magnetische Abschirmung der Permanentmagnetmittel zur Verhinderung einer Entmagnetisierung.
Anschließend kann dann das mindestens eine Permanentmagnetmittel, das mindestens eine mechanische Rückhaltemittel und das mindestens eine magnetische Nebenschlussmittel einer thermischen Behandlung zum Aushärten des Rückhaltemittels unterzogen werden. Das mindestens eine magnetische Nebenschlussmittel kann dann anschließend vor einer weiteren Verwendung des Bauteils entfernt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Aufbringen des mindestens einen Permanentmagnetmittels und des mindestens einen mechanischen Rückhaltemittels auf das Bauteil, insbesondere bei einer thermischen Behandlung, ein magnetisches Feld an das Bauteil angelegt wird, wobei sowohl die magnetische Feldstärke als auch die Induktion positiv sind. Die Verwendung eines solchen Gegenfeldes dient ebenfalls der Verhinderung einer ungewollten Magnetisierung. Wenn man eine Ausführungsform mit einem radialen magnetischen Fluss der Permanentmagnetmittel annimmt, so kann eine magnetische Spulenvorrichtung analog zu einem Stator mit einem nicht rotierenden Feld eingesetzt werden.
In beiden Verfahren werden die Eigenschaften der Permanentmagnetmittel gezielt beeinflusst, um höhere Aushärttemperaturen zu ermöglichen.
Die beiden Verfahren können auch in Kombination angewandt werden. Die Elemente für den magnetischen Kurzschluss des einen Verfahrens und für das externe elektrische Feld würden magnetisch in Serie geschaltet werden und einander in ihrer Wirkung auf das Magnetmaterial verstärken
In einer Ausführungsform weist das mindestens eine magnetische Nebenschlussmittel weichmagnetisches Material auf oder besteht aus diesem Material. Weichmagnetische Materialien können grob nach ihrer Koerzitivfeldstärke von anderen Materialien abgegrenzt werden. Werkstoffe mit geringer Koerzitivfeldstärke, d.h. weniger als 10 A/m, bezeichnet man als weichmagnetisch. So können z.B. Elektrobleche mit einer Eisen-Silizium-Legierung, einer Kobalt-Eisen-Legierung und / oder einer Nickel-Eisen-Legierung als weichmagnetische Materialien verwendet werden. Das weichmagnetische Material kann dabei in flächiger oder in Pulverform eingesetzt werden. Eine wirkungsvolle magnetische Entlastung der Rotor-PMs könnte auch durch externes Magnetmaterial mit höherer Temperaturklasse erfolgen (z.B. Samarium Kobalt Magnetmaterial).
Das mindestens eine magnetische Nebenschlussmittel kann z.B. als Ring oder zylindrisches Bauteil ausgebildet sein und konzentrisch um das mindestens eine Permanentmagnetmittel herum angeordnet sein. Eine solche Bauform bietet sich an, wenn der magnetische Fluss in radialer Richtung vorliegt.
Die thermische Behandlung des mindestens einen Rückhaltemittels kann mindestens bei über 140 °C erfolgen, so dass relativ hohe Temperaturen realisierbar sind. Die thermische Behandlung kann dabei auch 5 bis 10 °C unterhalb der Glasübergangstemperatur oder des kleinsten Wertes eines Glasübergangsbereiches des mindestens einen mechanischen Rückhaltemittels erfolgen.
Die Aufgabe wird auch durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Auf oder an dem Bauteil einer elektrischen Maschine ist mindestens ein Permanentmagnetmittel zusammen mit mindestens einem mechanischen Rückhaltemittel zur räumlichen Fixierung des mindestens einen Permanentmagnetmittels vorgesehen und das mindestens eine Rückhaltemittel besteht aus Verbundmaterial oder weist Verbundmaterial auf. Dabei ist mindestens ein magnetisches Nebenschlussmittel auf oder an dem Bauteil so angeordnet, dass dieses magnetisch mit dem mindestens einen Permanentmagnetmittel wechselwirkt. Damit ist dieses Bauteil während einer thermischen Behandlung vor einer Entmagnetisierung aufgrund der relativ hohen anliegenden Temperaturen geschützt. Das Bauteil kann z.B. als Rotor eines elektrischen Motors ausgebildet sein.
Das mindestens eine magnetische Nebenschlussmittel ist in einer Ausführungsform als Ring oder zylindrisches Bauteil ausgebildet, das konzentrisch um das mindestens eine Permanentmagnetmittel herum angeordnet ist. Das mindestens eine magnetische Nebenschlussmittel weist dabei z.B. weichmagnetisches Material auf oder besteht aus diesem Material.
Das weichmagnetische Material kann z.B. ein Elektroblech mit einer Eisen-Silizium- Legierung, einer Kobalt-Eisen-Legierung und / oder einer Nickel-Eisen-Legierung sein.
Ein elektrischer Motor in einem Flugzeugantriebssystem kann z.B. einen Motor mit einem Bauteil aufweisen, das nach mindestens einem der Verfahren der Ansprüche 1 bis 9 herstellbar ist.
In Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Teilansicht einer Ausführungsform eines Bauteils;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Induktion und magnetischer Feldstärke. Im Folgenden werden Ausführungsformen beschrieben, bei mindestens während einer thermischen Behandlung eines Bauteils einer elektrischen Maschine ein Mittel zur gezielten Steuerung des Magnetfeldes von Permanentmagnetmittel eingesetzt wird, um eine Entmagnetisierung zu vermeiden. In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 wird ein mechanisches Mittel in der Form eines magnetischen Nebenschlussmittels 3 eingesetzt. In den Figuren 3 und 4 ist das Mittel ein weitere Verfahrensschritt, nämlich der Einsatz eines bestimmten Magnetfeldes.
In der Fig. 1 ist ein Teil eines Rotors 10 eines elektrischen Motors schematisch in einer Schnittansicht dargestellt, der z.B. in einem Flugzeugantrieb einsetzbar ist. Der Schnitt geht in der Darstellung der Fig. 1 senkrecht zur Drehachse.
Anhand dieses Bauteils 10 wird eine Ausführungsform erläutert, wobei grundsätzlich auch andere Ausführungsformen und Anwendungsfelder möglich sind.
Am äußeren Umfang einer Welle 4 des Rotors 10 sind in an sich bekannter Weise Permanentmagnetmittel 1 angeordnet. Diese weisen in der Regel hartmagnetische Eisen-, Kobalt- und / oder Nickel-Legierungen auf. In der schematischen Darstellung der Fig. 1 sind die Polaritäten der Permanentmagnetmittel 1 nicht dargestellt. Auch ist die hier dargestellte lückenlose Anordnung der Permanentmagnetmittel 1 nur beispielhaft zu verstehen.
Im Betrieb erfahren die Permanentmagnetmittel 1 u.a. Fliehkräfte Z, die radial nach außen wirken.
Damit die Permanentmagnetmittel 1 sich in ihrer Lage möglichst wenig oder gar nicht verändern, ist ein mechanisches Rückhaltemittel 2 vorgesehen, das hier die Permanentmagnetmittel 2 konzentrisch umgibt, d.h. es bildet eine kreiszylindrische Umhüllung um die Permanentmagnetmittel 1.
Dieses mechanische Rückhaltemittel (auch als Bandage bezeichnet) kann z.B. aus einem Faserverbundmaterial bestehen oder dieses aufweisen. In jedem Fall hat das mechanische Rückhaltemittel 2 einen Anteil an polymerem Material. In der hier dargestellten Ausführungsform wird das mechanische Rückhaltemittel 2 direkt auf das Bauteil 10 aufgebracht (insbesondere gewickelt), wobei eine Aushärtung des mechanischen Rückhaltemittels 2 in-situ, d.h. auf dem Bauteil erfolgt. Damit die bei der Aushärtung anfallenden, relativ hohen Temperaturen (insbesondere über 140° C) nicht zu einer unerwünschten Entmagnetisierung der Permanentmagnetmittel 1 führen, wird hier ebenfalls konzentrisch ein magnetisches Nebenschlussmittel 3 um die Permanentmagnetmittel 1 angeordnet. Das magnetische Nebenschlussmittel 3 ist dabei auf den hier vorhandenen radialen magnetischen Fluss ausgelegt. In anderen Anwendungsfällen, mit anderen Bauteil-Geometrien wird das magnetische Nebenschlussmittel 3 auch andere Formen annehmen.
Das magnetische Nebenschlussmittel 3 (im Englischen auch als „shunt“ bezeichnet) weist weichmagnetisches Material auf oder besteht aus diesem Material. Zum Einsatz können z.B. Elektrobleche oder weichmagnetische Legierungen kommen.
Das magnetische Nebenschlussmittel 3 bildet einen magnetischen Kurzschluss, indem es Bereiche mit entgegengesetzten magnetischer Polaritäten miteinander verbindet. Damit werden magnetische Feldlinien in gewünschter Weise umgelenkt, so dass es in der hier dargestellten Ausführungsform nicht zu einer Entmagnetisierung der Permanentmagnetmittel 1 kommen kann, wenn das Bauteil 10 in-situ mit dem mechanischen Rückhaltemittel 2 versehen wird.
Ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung des Bauteils wird in Fig. 2 beschrieben.
Dabei werden in einem ersten Schritt 101 die Permanentmagnetmittel 1 angeordnet. Anschließend erfolgt die Anordnung des konzentrischen mechanischen Rückhaltemittels 2 im Schritt 102. Im nachfolgenden Schritt wird dann das magnetische Nebenschlussmittel 3 aufgebracht, so dass anschließend im Schritt 104 eine thermische Behandlung des Bauteils 10 zur Aushärtung erfolgen kann.
Die thermische Behandlung 104 kann dabei 5 bis 10 °C unterhalb der Glasübergangstemperatur oder des kleinsten Wertes eines Glasübergangsbereiches des mechanischen Rückhaltemittels 2 erfolgen.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, das von der gleichen Grundkonstellation ausgeht, ist im Zusammenhang mit der Fig. 3 dargestellt.
Dabei werden in einem ersten Schritt 201 die magnetischen Permanentmagnetmittel 1 angeordnet. Anschließend erfolgt die Anordnung des hier konzentrischen Rückhaltemittels 2 im Schritt 202. Anschließend, insbesondere während der thermischen Behandlung zur Aushärtung des mechanischen Rückhaltemittels wird dann im Schritt 202 an das Bauteil 10 ein magnetisches Feld F als Gegenfeld (d.h. mit einer Bremswirkung) im ersten Quadranten des B-H-Diagramms (siehe Fig. 4) angelegt, so dass sowohl die magnetische Feldstärke H als auch die Induktion B positiv sind (siehe Fig. 4). Durch diese gezielte magnetische Beeinflussung des magnetischen Verhaltens wird eine Bremswirkung erreicht.
In der Fig. 4 ist ein Beispiel für eine Hysterese- Kurve eines weichmagnetischen Materials widergegeben.
Bezugszeichenliste
1 Permanentmagnetmittel
2 mechanisches Rückhaltemittel
3 magnetisches Nebenschlussmittel
4 Welle
10 Bauteil
B Induktion
F magnetisches Feld
H magnetische Feldstärke
Z Fliehkraft

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10) einer elektrischen Maschine, wobei mindestens ein Permanentmagnetmittel (1) des Bauteils (10) zusammen mit mindestens einem mechanischen Rückhaltemittel (2) zur räumlichen Fixierung des mindestens einen Permanentmagnetmittels (1) auf oder an dem Bauteil (10) angeordnet werden und das mindestens eine mechanische Rückhaltemittel (2) aus Verbundmaterial besteht oder Verbundmaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens während einer thermischen Behandlung des Bauteils (10) ein Mittel (3, F) zur gezielten Steuerung des Magnetfeldes der Permanentmagnetmittel (1) eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass a) vor, während oder nach dem Aufbringen des mindestens eine Permanentmagnetmittels (1) und des mindestens einen mechanischen Rückhaltemittels (2) mindestens ein magnetisches Nebenschlussmittel (3) auf oder an dem Bauteil (10) angeordnet wird, so dass dies magnetisch mit dem mindestens einen Permanentmagnetmittel (1) wechselwirkt und b) das mindestens eine Permanentmagnetmittel (1), das mindestens eine mechanische Rückhaltemittel (2) und das mindestens eine magnetische Nebenschlussmittel (3) einer thermischen Behandlung zum Aushärten des Rückhaltemittels (2) unterzogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen des mindestens einen Permanentmagnetmittels (1) und des mindestens einen mechanischen Rückhaltemittels (2) auf das Bauteil (10) ein magnetisches Feld (F) an das Bauteil (10) angelegt wird, wobei sowohl die magnetische Feldstärke (H) als auch die Induktion (B) positiv sind.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine magnetische Nebenschlussmittel (3) weichmagnetisches Material aufweist oder aus diesem Material besteht.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weichmagnetische Material ein Elektroblech mit einer Eisen- Silizium-Legierung, einer Kobalt-Eisen-Legierung und / oder einer Nickel-Eisen-Legierung ist.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weichmagnetische Material in flächiger oder in Pulverform eingesetzt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine magnetische Nebenschlussmittel (3) als Ring oder zylindrisches Bauteil ausgebildet ist, das konzentrisch um das mindestens eine Permanentmagnetmittel (1) herum angeordnet ist.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung mindestens bei über 140 °C erfolgt.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung 5 bis 10 °C unterhalb der Glasübergangstemperatur oder des kleinsten Wertes eines Glasübergangsbereiches des mindestens einen mechanischen Rückhaltemittels (2) erfolgt.
10. Bauteil (10) einer elektrischen Maschine, wobei mindestens ein Permanentmagnetmittel (1) des Bauteils (10) zusammen mit mindestens einem mechanischen Rückhaltemittel (2) zur räumlichen Fixierung des mindestens einen Permanentmagnetmittels (1) auf oder an dem Bauteil (10) angeordnet werden und das mindestens eine Rückhaltemittel (2) aus Verbundmaterial besteht oder Verbundmaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein magnetisches Nebenschlussmittel (3) auf oder an dem Bauteil (10) angeordnet ist, so dass dies magnetisch mit dem mindestens einen Permanentmagnetmittel (1) wechselwirkt.
11. Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) als Rotor eines elektrischen Motors ausgebildet ist.
12. Bauteil (10) nach Anspruch 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine magnetische Nebenschlussmittel (3) als Ring oder zylindrisches Bauteil ausgebildet, das konzentrisch um das mindestens eine Permanentmagnetmittel (1) herum angeordnet ist.
13. Bauteil (10) nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine magnetische Nebenschlussmittel (3) weichmagnetisches Material aufweist oder aus diesem Material besteht.
14. Bauteil (10) nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das weichmagnetische Material ein Elektroblech mit einer Eisen- Silizium-Legierung, einer Kobalt-Eisen-Legierung und / oder einer Nickel-Eisen-Legierung ist.
15. Elektrischer Motor in einem Flugzeugantriebssystem, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Bauteil (10) aufweist, das nach mindestens einem der Verfahren der Ansprüche 1 bis 9 herstellbar ist.
EP22835022.9A 2021-12-21 2022-12-13 Verfahren zur herstellung eines bauteils einer elektrischen maschine, bauteil einer elektrischen maschine und ein elektrischer motor in einem flugzeugantriebssystem mit einem solchen bauteil Pending EP4454104A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021134000.4A DE102021134000A1 (de) 2021-12-21 2021-12-21 Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, Bauteil einer elektrischen Maschine und ein elektrischer Motor in einem Flugzeugantriebssystem mit einem solchen Bauteil
PCT/EP2022/085563 WO2023117578A1 (de) 2021-12-21 2022-12-13 Verfahren zur herstellung eines bauteils einer elektrischen maschine, bauteil einer elektrischen maschine und ein elektrischer motor in einem flugzeugantriebssystem mit einem solchen bauteil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4454104A1 true EP4454104A1 (de) 2024-10-30

Family

ID=84766954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22835022.9A Pending EP4454104A1 (de) 2021-12-21 2022-12-13 Verfahren zur herstellung eines bauteils einer elektrischen maschine, bauteil einer elektrischen maschine und ein elektrischer motor in einem flugzeugantriebssystem mit einem solchen bauteil

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20250132620A1 (de)
EP (1) EP4454104A1 (de)
DE (1) DE102021134000A1 (de)
WO (1) WO2023117578A1 (de)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3277780B2 (ja) * 1995-12-07 2002-04-22 松下電器産業株式会社 永久磁石埋め込み形モータにおける永久磁石の固定方法
JPH09285049A (ja) * 1996-04-16 1997-10-31 Toshiba Corp 永久磁石ロータの組立方法
US20110074231A1 (en) 2009-09-25 2011-03-31 Soderberg Rod F Hybrid and electic vehicles magetic field and electro magnetic field interactice systems
CN103779985A (zh) 2012-10-23 2014-05-07 海尔集团公司 一种动子及制造方法以及使用该动子的电机和线性压缩机
JP2016213980A (ja) 2015-05-11 2016-12-15 東芝産業機器システム株式会社 永久磁石形電動機の回転子の製造方法
US10308366B2 (en) 2016-08-22 2019-06-04 General Electric Company Embedded electric machine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021134000A1 (de) 2023-06-22
US20250132620A1 (en) 2025-04-24
WO2023117578A1 (de) 2023-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19941107B4 (de) Motor mit eingebetteten Permanentmagneten und Verfahren zur Herstellung eines Motors
DE69733551T2 (de) Verfahren zum magnetisieren eines zylindrischen körpers
EP2449654B1 (de) Läufer und verfahren zur herstellung eines läufers einer elektrischen maschine
EP2704293B1 (de) Elektrische Maschine mit einem Grundelement
EP3073615A1 (de) Selbstklebende nutverschlussvorrichtung für eine elektrische maschine
EP0913912A1 (de) Verfahren zur Reparatur von Blechpaketen einer elektrischen Maschine
DE102011119512A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine, permanentmagneterregte elektrische Maschine und Verwendung thermisch expandierbarer Mikrosphären
DE10224776A1 (de) Elektrische Maschine
WO2017220545A1 (de) Rotor für eine elektrische maschine, elektrische maschine mit dem rotor und herstellungsverfahren für den rotor
DE202018006664U1 (de) Rotor einer elektrischen Maschine
DE102015118128A1 (de) Halterungen und Verfahren zum Ausbilden ausgerichteter Magnetkerne
EP3254291B1 (de) Verfahren zum aufbringen einer isolierenden schicht und elektronisches bauteil
DE102008055893A1 (de) Rotor für eine schnell drehende permanenterregte elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors
DE102017210742B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Rotors für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs
WO2019001992A1 (de) Rotor für eine elektromaschine
WO2023117578A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bauteils einer elektrischen maschine, bauteil einer elektrischen maschine und ein elektrischer motor in einem flugzeugantriebssystem mit einem solchen bauteil
DE102008040348A1 (de) Rotor für einen Elektromotor sowie Verfahren zu seiner Herstellung
EP3261224B1 (de) Elektrische maschine mit einem rotor und herstellungsverfahren für die elektrische maschine
DE102018202187A1 (de) Strompfadteil für ein elektrisches Schaltgerät
DE10053694A1 (de) Vorrichtung zum Wandeln von elektrischer in mechanische Energie und/oder umgekehrt, insbesondere Drehstrom-Synchron-Motor, mit durch Klemmkrallen am Rotor festgelegten Permanentmagneten sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung
EP3073616B1 (de) Spreizbarer nutverschluss für eine elektrische maschine
DE102017221878A1 (de) Rotor für eine elektrische Maschine
DE102020117106B4 (de) Läufer für eine rotierende elektrische Maschine
DE102019210307A1 (de) Rotor einer elektrischen Maschine mit geschützten Permanentmagneten
DE102010063323A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine sowie eine Maschinenkomponente

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240614

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)