WO2014114396A2 - Elektrische maschine und verfahren zur herstellung eines elektroblechs - Google Patents

Elektrische maschine und verfahren zur herstellung eines elektroblechs Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electric machine having a rotor which has at least one electrical sheet, the electric sheet having webs.
  • the invention relates to a method for producing a Elelect- roblechs for a rotor of an electric machine.
  • Such electrical machines for example permanent-magnet synchronous machines, but also externally excited machines, reluctance machines or hybrid machines, use an entire laminated core with a plurality of electrical sheets.
  • the electrical steel sheets have narrow webs, in particular at the edge of pockets, that is to say recesses such as magnetic pockets for accommodating permanent magnets.
  • recesses such as magnetic pockets for accommodating permanent magnets.
  • An embedded magnetic motor having a rotor, the rotor comprising a rotor core, the rotor core having radial receiving slots, first slanted receiving slots and second inclined receiving slots includes, for example, from DE 102008044127 AI known. Portions of each radial receiving slot on which the long slots are provided form spaces with respect to the associated radial magnet. In this way, the magnetoresistance is increased. The long slots separate the magnetic paths from the radial magnet.
  • an electric machine having a rotor which has at least one electrical sheet, wherein the electrical sheet comprises webs, wherein the webs have a deformation normal to the plane of the electrical sheet.
  • the invention as narrow as possible webs, a deformation that is normal to the plane of the electrical sheet, so for example, a round, angular or wavy deformation, which extends away from the plane of the electric sheet.
  • the object is also achieved by a method for producing an electric sheet for a rotor of an electric machine, in which the electric sheet is punched with webs, and then the webs are cold formed, in particular bent, normal to the plane of the electric sheet.
  • the webs on an arc normal to the plane of the electric sheet on This is easy to produce and leads to a significant improvement of the desired magnetic flux.
  • Pockets are preferably formed in the electrical sheet and the pockets are surrounded by the outer circumference of the electrical sheet by the present invention. shaped bars isolated. The webs are thus radially outward on the pockets.
  • webs formed according to the invention can also be arranged between pockets, so that the pockets are separated from one another by narrow webs, which may be the same pockets which are separated from the outer circumference of the electrical sheet by webs formed according to the invention or else different therefrom second pockets.
  • the pockets may in particular be magnetic pockets, so that permanent magnets are arranged in the magnetic pockets.
  • the pockets can also be, for example, free recesses.
  • the electric machine is preferably a permanent-magnet synchronous machine, an externally excited machine, a reluctance machine or a hybrid machine.
  • a method for producing an electrical steel sheet for a rotor of an electric machine comprises the following steps:
  • the webs normal to the plane of the electric sheet by cold forming.
  • the cold forming of the webs reduces the magnetic conductivity of the webs and thus reduces the local magnetic flux density and improves the desired magnetic flux.
  • the mechanical strength of the electric sheet is increased.
  • the webs are cold formed several times, in particular at short time intervals, normal to the plane of the electric sheet, in particular bent back and forth to len to achieve a desired magnetic conductivity and mechanical strength at the webs.
  • the webs are formed back after stamping and forming, so that the webs are ultimately flat again.
  • an optimization of the magnetic flux is given, but the continuous planar shape of the electrical sheet allows simpler further processing of the electrical sheets.
  • pockets are preferably punched in the electrical steel sheet, in particular the pockets are magnetic pockets, so that permanent magnets can be arranged in the magnetic pockets.
  • the pockets are preferably separated from the outer periphery of the electrical sheet by the webs. Alternatively or additionally, the pockets are preferably separated from one another by the webs.
  • FIG. 1 is a sectional view of an electric sheet of a rotor of a permanent-magnet synchronous machine.
  • FIG. 1A is a detail view of section "A" of FIG. 1.
  • FIG. 1A is a detail view of section "A" of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a three-dimensional view of the electric sheet according to FIG. 1.
  • FIG. 2 is a three-dimensional view of the electric sheet according to FIG. 1.
  • FIG. 2B is a detail view of section "B" of FIG. 2.
  • Fig. 2C is a detail view of the portion "C" of Fig. 2.
  • Fig. 3 is a sectional view of an electric sheet of a rotor having bent lands.
  • FIG. 3A is a detail view of portion "A" of FIG. 3.
  • FIG. 4 is a three-dimensional view of the electric sheet of FIG. 3.
  • FIG. 4B is a detail view of section "B" of FIG. 4.
  • FIG. 4C is a detail view of section "C" of FIG. 4.
  • FIG. 5 is a sectional view of an electric sheet of a rotor of a reluctance type machine.
  • FIG. 6 is a detail view of FIG. 5.
  • a round electric sheet 1 of a rotor of a permanent-magnet synchronous machine is shown, which is V-shaped aligned pockets 2, in particular magnetic pockets, and has more free passages or holes.
  • the pockets 2 are arranged in the vicinity of the outer circumference, that in each case between a pocket 2 and the outer circumference a narrow web 3 is present. Between each two pockets 2 is, at the opposite second end of the pockets 2, also a narrow web 5.
  • the webs 3, 5 are, as known from the prior art, in a plane with the remaining part of the electric sheet 1.
  • the webs 3 and 5 at least during the manufacture of the electrical sheet 1, transformations 4 normal to the plane of the electric sheet 1, preferably sheets that are normal to the electric sheet 1 , Both by the process of cold deformation of the webs 3, 5 and by the formation of the webs 3, 5, the magnetic flux density within the webs decreases, so that increases the useful for the rotor magnetic flux density, and at the same time the mechanical strength the webs 3, 5 increased.
  • An embodiment with transformations 4, corresponding to FIGS. 3, 3A, 4, 4B and 4C can therefore represent the end product according to the invention or else an intermediate product in the production of an electrical sheet 1.
  • the end product of a production process according to the invention can therefore also, as shown in FIGS.
  • FIG. 5 shows an inventive electrical sheet 1 of a rotor of a reluctance machine, in particular a synchronous reluctance machine (SRM).
  • the electrical steel sheet 1 has thin webs 3 between pockets 2 and the outer circumference of the electrical sheet 1 and additionally thin webs 5 between different pockets 2. All or some of the thin webs 3 and 5 can be used for targeted th improvement of the magnetic flux having a deformation 4 normal to the plane of the electrical steel sheet 1, in particular be designed bent.
  • the thin webs 3 and 5 of the electrical sheet 1 of the reluctance machine gem. Fig. 5, without transformations normal to the plane of the electrical sheet 1, shown.
  • the invention thus makes it possible to improve an electrical machine having a rotor, which has at least one electrical sheet, and in particular to improve the magnetic flux that generates the torque of the electrical machine.

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Abstract

Eine Elektrische Maschine mit einem Rotor der zumindest ein Elektroblech (1) aufweist, wobei das Elektroblech (1) Stege (3, 5) aufweist, wobei die Stege (3) eine Umformung (4) normal zur Ebene des Elektroblechs (1) aufweisen.

Description

Elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung eines Elektro- blechs Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrische Maschine mit einem Rotor der zumindest ein Elektroblech aufweist, wobei das Elektroblech Stege aufweist.
Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Elekt- roblechs für einen Rotor einer elektrischen Maschine.
Stand der Technik
Üblicherweise verwenden derartige elektrische Maschinen, beispielsweise permanenterregte Synchronmaschinen, aber auch fremderregte Maschinen, Reluktanzmaschinen oder Hybridmaschinen, ein ganzes Blechpaket mit mehreren Elektroblechen.
Die Elektrobleche weisen schmale Stege auf, insbesondere am Rand von Taschen, also von Ausnehmungen wie Magnettaschen zur Aufnahme von Permanentmagneten. Zur Reduzierung der magnetischen Leitfähigkeit der Elektrobleche im Bereich der Magnettaschen und für die daraus folgende Erhöhung des Magnetflusses, der zum Drehmoment der elektrischen Maschine beiträgt, ist es bekannt, Magnettaschen so auszuführen, dass sich möglichst dünne Stege nahe den Magnettaschen bilden.
Ein eingebetteter Magnetmotor mit einem Rotor, wobei der Rotor einen Rotorkern umfasst, wobei der Rotorkern radiale Aufnahmeschlitze, erste schrägstehende Aufnahmeschlitze und zweite schrägstehende Aufnahmeschlitze umfasst, ist beispielsweise aus der DE 102008044127 AI bekannt. Abschnitte jedes radialen Aufnahmeschlitzes, an denen die Langschlitze vorgesehen sind, bilden Zwischenräume im Hinblick auf den dazugehöri- gen radialen Magneten. Auf diese Weise ist der Magnetwiderstand erhöht. Die Langschlitze trennen die Magnetpfade vom radialen Magneten.
Für die Herstellung von Elektroblechen ist es bekannt, die benötigten Formen beispielsweise aus einer Blechscheibe zu stanzen.
Aus der DD 242 057 AI ist ein Verfahren zur Verringerung von Wirbelstromverlusten für isotrope Elektrobänder bekannt, wobei ein geglühtes Band abschließend nochmals schwach kaltgeformt wird. Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, elektrische Maschinen mit einem Rotor, der zumindest ein Elektroblech aufweist, zu verbessern und insbesondere den Magnetfluss, der das Drehmoment der elektrischen Maschine gene- riert, zu verbessern.
Weiters ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Elektroblechs für einen Rotor einer elektrischen Maschine anzugeben, durch das insbesondere der Magnetfluss, der das Drehmoment der elektrischen Maschine generiert, verbessert wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Elektrische Maschine mit einem Rotor der zumindest ein Elektroblech aufweist, wobei das Elektroblech Stege aufweist, wobei die Stege eine Umformung normal zur Ebene des Elektroblechs aufweisen. Erfindungsgemäß weisen möglichst schmale Stege, eine Umformung auf, die normal auf die Ebene des Elektrobleches steht, also beispielsweise eine runde, eckige oder wellenförmige Umformung, die sich von der Ebene des Elektroblechs weg erstreckt.
Es hat sich gezeigt, dass durch eine solche lokale Formgebung der Stege die magnetische Flussdichte im Bereich der Umformung reduziert und in anderen, erwünschten Bereichen erhöht wird, so dass der Magnetfluss, der das Drehmoment der elektrischen Maschine generiert, signifikant verbessert wird. Weiters wird die mechanische Festigkeit hierdurch gerade an den betreffenden Stellen, an denen hohe Zugfestigkeit gefordert ist, erhöht. Die Stege können dadurch noch weiter verschmälert werden, wodurch der Magnetfluss noch weiter verbessert wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Elektroblechs für einen Rotor einer elektrischen Maschine, in dem das Elektroblech mit Stegen gestanzt wird, und daraufhin die Stege normal zur Ebene des Elektroblechs kalt umgeformt, insbesondere gebogen, werden.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben. Vorzugsweise weisen die Stege einen Bogen normal zur Ebene des Elektroblechs auf. Dieser ist einfach herstellbar und führt zu einer deutlichen Verbesserung des gewünschten Magnetflusses.
Bevorzugt sind im Elektroblech Taschen ausgebildet und die Taschen sind vom Außenumfang des Elektrobleches durch die erfindungsgemäß umge- formten Stege getrennt. Die Stege liegen also radial außen an den Taschen.
Alternativ oder zusätzlich können erfindungsgemäß umgeformte Stege auch zwischen Taschen angeordnet sein, so dass die Taschen voneinander durch schmale Stege getrennt sind, wobei es sich um die selben Taschen handeln kann, die vom Außenumfang des Elektrobleches durch erfindungsgemäß umgeformte Stege getrennt sind oder auch um davon verschiedene zweite Taschen.
Die Taschen können insbesondere Magnettaschen sein, so dass in den Magnettaschen Permanentmagnete angeordnet sind. Die Taschen können jedoch auch beispielsweise freie Ausnehmungen sein. Die elektrische Maschine ist bevorzugt eine permanenterregte Synchronmaschine, eine fremderregte Maschine, eine Reluktanzmaschine oder eine Hybridmaschine .
Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zur Herstellung eines Elektroblechs für einen Rotor einer elektrischen Maschine, die folgenden Schritte auf:
- Stanzen des Elektrobleches mit Stegen,
- Umformen, insbesondere Biegen, der Stege normal zur Ebene des Elektroblechs durch Kaltumformen. Durch das Kaltumformen der Stege wird die magnetische Leitfähigkeit der Stege reduziert und so die lokale magnetische Flussdichte reduziert und der gewünschte Magnetfluss verbessert. Zusätzlich wird die mechanische Festigkeit des Elektroblechs erhöht. Gemäß einer Ausführungsform werden die Stege mehrmals, insbesondere in kurzen zeitlichen Abständen, normal zur Ebene des Elektroblechs kalt umgeformt, insbesondere hin und her gebogen, um eine gewünschte magnetische Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit an den Stegen zu erzie- len.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Stege nach dem Stanzen und Umformen wieder zurückgeformt, sodass die Stege letztlich wieder eben sind. Hierdurch ist einerseits eine Optimierung des Magnetflusses gege- ben, durch die durchgehend ebene Form des Elektrobleches aber eine einfachere weitere Verarbeitung der Elektrobleche ermöglicht.
Bevorzugt werden in einem erfindungsgemäßen Verfahren im Elektroblech Taschen gestanzt, insbesondere sind die Taschen Magnettaschen, so dass in den Magnettaschen Permanentmagnete angeordnet werden können.
Die Taschen sind bevorzugt vom Außenumfang des Elektrobleches durch die Stege getrennt. Alternativ oder zusätzlich sind bevorzugt die Taschen voneinander durch die Stege getrennt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Elektroblechs eines Rotors einer permanenterregten Synchronmaschine. Fig. 1A ist eine Detailansicht des Ausschnitts„A" der Fig. 1.
Fig. 2 ist eine dreidimensionale Ansicht des Elektroblechs gemäß Fig. 1.
Fig. 2B ist eine Detailansicht des Ausschnitts„B" der Fig. 2.
Fig. 2C ist eine Detailansicht des Ausschnitts„C" der Fig. 2. Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Elektroblechs eines Rotors mit gebogenen Stegen.
Fig. 3A ist eine Detailansicht des Ausschnitts„A" der Fig. 3. Fig. 4 ist eine dreidimensionale Ansicht des Elektroblechs gemäß Fig. 3.
Fig. 4B ist eine Detailansicht des Ausschnitts„B" der Fig. 4. Fig. 4C ist eine Detailansicht des Ausschnitts„C" der Fig. 4.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines Elektroblechs eines Rotors einer Reluktanzmaschine. Fig. 6 ist eine Detailansicht der Fig. 5.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In den Fig. 1, 1A, 2, 2B und 2C ist ein rundes Elektroblech 1 eines Rotors einer permanenterregten Synchronmaschine dargestellt, welches V-förmig ausgerichtete Taschen 2, insbesondere Magnettaschen, aufweist und weitere Freihaltungen oder Bohrungen. Die Taschen 2 sind so in der Nähe des Außenumfanges angeordnet, dass jeweils zwischen einer Tasche 2 und dem Außenumfang ein schmaler Steg 3 vorliegt. Zwischen jeweils zwei Taschen 2 befindet sich, am gegenüberliegenden zweiten Ende der Taschen 2, ebenfalls ein schmaler Steg 5. Die Stege 3, 5 liegen, wie aus dem Stand der Technik bekannt, in einer Ebene mit dem übrigen Teil des Elektroblechs 1. Wie in den Fig. 3, 3A, 4, 4B und 4C dargestellt, weisen erfindungsgemäß die Stege 3 und 5, zumindest während der Herstellung des Elektrobleches 1 , Umformungen 4 normal zur Ebene des Elektroblechs 1 auf, bevorzugt Bögen, die normal auf das Elektroblech 1 stehen. Sowohl durch den Pro- zess des Kaltverformens der Stege 3, 5 als auch durch die Ausbildung der Stege 3, 5 verringert sich die magnetische Flussdichte innerhalb der Stege, so dass sich die für den Rotor nutzbare magnetische Flussdichte erhöht, und wird gleichzeitig die mechanische Festigkeit der Stege 3, 5 erhöht. Eine Ausbildung mit Umformungen 4, entsprechend den Fig. 3, 3A, 4, 4B und 4C kann daher das erfindungsgemäße Endprodukt, oder aber ein Zwischenprodukt bei der Herstellung eines Elektrobleches 1 darstellen. Das Endprodukt eines erfindungsgemäßen Herstellungsprozesses kann daher auch, wie in Fig. 1, 1A, 2, 2B und 2C dargestellt, keine Umformungen 4 aufweisen. In Fig. 5 ist ein erfindungsgemäßes Elektroblech 1 eines Rotors einer Reluktanzmaschine, insbesondere einer synchronen Reluktanzmaschine (synchronous reluctance machine, SRM) dargestellt. Das Elektroblech 1 weist dünne Stege 3 zwischen Taschen 2 und dem Außenumfang des Elektroblechs 1 auf und zusätzlich dünne Stege 5 zwischen verschiedenen Taschen 2. Alle oder einige der dünnen Stege 3 und 5 können zur geziel- ten Verbesserung des magnetischen Flusses eine Umformung 4 normal zur Ebene des Elektroblechs 1 aufweisen, insbesondere gebogen ausgeführt sein. In der Detailansicht der Fig. 6 sind die dünnen Stege 3 und 5 des Elektrobleches 1 der Reluktanzmaschine gem. Fig. 5, ohne Umfor- mungen normal zur Ebene des Elektroblechs 1, dargestellt.
Die Erfindung ermöglicht somit eine elektrische Maschinen mit einem Rotor, der zumindest ein Elektroblech aufweist, zu verbessern und insbesondere den Magnetiluss, der das Drehmoment der elektrischen Maschine generiert, zu verbessern.
Bezugszeichenliste
1 Elektroblech
2 Tasche
3 Steg
4 Umformung
5 Steg

Claims

Patentansprüche
Elektrische Maschine mit einem Rotor der zumindest ein Elektrob- lech (1) aufweist, wobei das Elektroblech (1) Stege (3, 5) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Stege (3, 5) eine Umformung (4) normal zur Ebene des Elektroblechs (1) aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Stege (3, 5) einen Bogen normal zur Ebene des Elektroblechs (1) aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Elektroblech (1) Taschen (2) ausgebildet sind und die Taschen (2) vom Außenumfang des Elektrobleches (1) durch die Stege (3) getrennt sind.
Elektrische Maschine nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Elektroblech (1) Taschen (2) ausgebildet sind und die Taschen (2) voneinander durch die Stege (5) getrennt sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3 oder 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Taschen (2) Magnettaschen sind und in den Magnettaschen Permanentmagnete angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die elektrische Maschine eine permanenterregte Synchronmaschine, eine fremderregte Maschine, eine Reluktanzmaschine oder eine Hybridmaschine ist.
Verfahren zur Herstellung eines Elektroblechs für einen Rotor einer elektrischen Maschine,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Elekt- roblech (1) mit Stegen (3, 5) gestanzt wird, und daraufhin die Stege (3, 5) normal zur Ebene des Elektroblechs (1) kalt umgeformt, insbesondere gebogen, werden.
Verfahren zur Herstellung eines Elektroblechs nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Stege (3, 5) mehrmals normal zur Ebene des Elektroblechs (1) kalt umgeformt, insbesondere gebogen, werden.
Verfahren zur Herstellung eines Elektroblechs nach Anspruch 7 oder 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Stege (3, 5) nach dem Stanzen und Umformen wieder zurückgeformt werden, sodass die Stege (3, 5) letztlich wieder eben sind.
Verfahren zur Herstellung eines Elektroblechs nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Elekt- roblech (1) Taschen (2) gestanzt werden, wobei insbesondere die Ta- sehen (2) Magnettaschen sind, so dass in den Magnettaschen Permanentmagnete angeordnet werden können.
11. Verfahren zur Herstellung eines Elektroblechs nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Taschen (2) vom Außenumfang des Elektrobleches (1) durch die Stege (3) getrennt sind.
12. Verfahren zur Herstellung eines Elektroblechs nach Anspruch 10 oder 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Taschen (2) voneinander durch die Stege (5) getrennt sind.
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