WO2017153257A1 - Paketsystem einer elektrischen maschine, elektrische maschine und verfahren zur herstellung des paketsystems - Google Patents

Paketsystem einer elektrischen maschine, elektrische maschine und verfahren zur herstellung des paketsystems Download PDF

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WO2017153257A1
WO2017153257A1 PCT/EP2017/054942 EP2017054942W WO2017153257A1 WO 2017153257 A1 WO2017153257 A1 WO 2017153257A1 EP 2017054942 W EP2017054942 W EP 2017054942W WO 2017153257 A1 WO2017153257 A1 WO 2017153257A1
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magnetic
fibers
fiber
package system
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PCT/EP2017/054942
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Peter Pszola
Moritz Pszola
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Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg
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    • 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—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
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/34—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites
    • H01F1/36—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites in the form of particles
    • H01F1/37—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites in the form of particles in a bonding agent

Definitions

  • the present invention relates to a package system of an electric machine, e.g. a motor, in particular an electric motor, or a transformer, as well as an electric machine with such a package system and a method for producing the package system.
  • an electric machine e.g. a motor, in particular an electric motor, or a transformer
  • a rotor for a modular permanent magnet machine which consists of a laminated laminated core of different sheets.
  • the sheets recesses are formed, which are positioned one above the other in Rebellion ⁇ PelN of the sheets that receiving spaces for the permanent magnets are formed.
  • the object of the present invention is to provide an improved package system for an electrical machine. According to the invention this object is 13 ge ⁇ dissolved by a package system with the features of patent claim 1, an electrical Maschi ⁇ ne having the features of claim 11 and / or by a method with the features of patent claim.
  • a package system for an electrical machine in particular a motor or transformer, the package system comprising at least one magnetic fiber material provided with electrical insulation.
  • the of the present invention is based recognizes ⁇ nis / idea is well a magnetic fiber material ⁇ set, which is inexpensive to manufacture, as example ⁇ as iron wool, which has hitherto been used as an abrasive, and the fibers with an additional electrical insulation to Mistake. This is also easy and cost-effective manner, such as by phosphatizing, embedded in plastic or placing an electrically insulating layer between two layers of fiber material, etc ..
  • the magnetic fiber material can when it is embedded or in art ⁇ material as an electrical insulation impregnated after curing of the Plastic taken from the receiving mold or optionally also very easy if needed in any desired form, for example, pressed or compressed ⁇ the.
  • the female mold preferably has the final shape of the desired package ⁇ ge system.
  • an electrically insulating layer for example paper layer, etc., provided between we ⁇ tendonss two formed from the magnetic fiber material layers and / or the fibers of the fibrous material are provided with an electrically insulating coating, e.g. a nanoceramic or phosphating coating, etc.
  • the electrically insulating coating of the fibers of the fibrous material is a chemical coating, such as a formed by phospha ⁇ animals of the fibers or other layer such as a layer of a nano-ceramic.
  • a layer can be realized by passing the material through a magnetic fiber, respectively geeig ⁇ scribed phosphating bath or another coating process such as nano ceramic coating in a continuous process.
  • Beschich ⁇ processing is used to avoid eddy currents.
  • the electrically insulating coating consists of plastic with which the fiber material is impregnated and / or in which the fiber material is embedded.
  • the fiber material can already be embedded in a plastic pellet and conveyed together with it in an extruder, wherein the plastic is liquefied before the whole is sprayed as a finished injection molding material in the receiving form, for example, for a stator or rotor.
  • the extruder can independently pure
  • Plastic pellets are fed, which have no additional ⁇ bedded fiber material.
  • the fiber material is instead supplied to the extruder separately and mixed therein with the softened or liquefied plastics pellets, be ⁇ ⁇ is injected before the mixture into the associated receiving Forme.
  • the electrically insulating layer which two layers of fibers formed from the fiber material is provided between the Wenig ⁇ least, a paper layer, a plastic layer, a lacquer layer, a paperboard layer and / or a ceramic ⁇ is layer, in particular a Ferritkeramik harsh.
  • the paint can, for example, on the associated fiber layer be applied by means of a doctor blade or be ⁇ sprayed through a nozzle, etc.
  • At least one para-magnetic layer and / or at least ei ⁇ ne diamagnetic layer between at least two layers is provided from fibrous material.
  • the fibers of the layers of fiber material may be both to the electrically isolie ⁇ leaders coating, for example ramikbe Anlagenung a phosphating or Nanoke-, or alternatively be designed without this electrically insulating coating.
  • the electrically insulating layer may be provided between the two layers of fiber material, for example a paper layer, lacquer layer, etc.
  • the magnetic fiber material is a soft magnetic fiber material and / or a fiber material made of an electric sheet.
  • the fibrous material can be any fiber length or lengths aufwei ⁇ sen, including long fibers and / or short fibers, etc ..
  • Such a soft magnetic material fiber is as example ⁇ especially for the production of rotors, stators and transformer cores.
  • the magnetic fiber material is, for example, a fiber braid, for example woven braid, and / or a fiber powder made from comminuted or chopped fibers.
  • a fiber powder can be pressed or compressed particularly easily and in a dense package system.
  • the alignment of magnetic field lines in the mold is easily realized by applying a magnetic field and possibly vibrating the mold before the pressing process begins.
  • the package system includes at least a functional element and / or at least one laminate stack of at least two sheets with a rule ⁇ Between the seats arranged electrically insulating layer. By the functional element or sheet metal package so other radio ⁇ functionalities can be integrated into the packaging system.
  • the functional element can be an attachment point, a conductor track, a tempering line, preferably a cooling line, a bearing, a sensor element, an actuator element, an electronic component, a functional element made of a magnetic field-dependent oriented material, in particular a magnetic shape memory alloy Magnet, in particular be permanent magnet.
  • a functional element can be easily embedded in the fiber material and then the pressing of the fiber material carried ⁇ who.
  • the functional element and / or the laminated core may be embedded in the magnetic fibrous material prior to compression or compression, or may be secured in an associated aperture or depression in the package system subsequent to compression or compression.
  • the attachment of the at least one functional element and / or laminated core in the zugeord ⁇ Neten opening or depression in the package system can be done for example by pressing and / or gluing.
  • the magnetic material fiber can be uniformly compressed or we ⁇ ilias two portions of the fiber material be more or less compressed.
  • the fiber material may comprise all or Be ⁇ rich sectionally same compression or at least two regions which have different degrees of compression.
  • the compression of the fiber material takes place in a direction which acts ⁇ be an anisotropic magnetic behavior of the fiber material.
  • the fibers of the magnetic fiber material are arranged aligned such that the fibers as possible follow the theoretical Ver ⁇ course of the magnetic field lines. In this way, an optimal magnetic flux profile can be achieved with an optimal material utilization.
  • any other orientation of the fibers is possible depending on the function and purpose.
  • the magnetic material fiber an additional soft magnetic ⁇ ULTRASONIC powder material, such as SMC (Soft Magnetic Composites) - powder on.
  • SMC Soft Magnetic Composites
  • the electromagnetic properties of the package system can be additionally optimized, wherein only a small amount of such a powder material is he ⁇ required.
  • SMC powder and Faserpul ⁇ ver can be used.
  • iron powder or fiber powder with or without insulating coating is used.
  • a powder of soft magnetic ferrites such as MnZn or NiZn may be introduced between the fibers.
  • the fiber material is compressed or pressed, for example, such that it has a defined density, for example the highest possible density.
  • an electrically insulating layer between at least two layers formed from the magnetic fiber material is provided as electrical insulation and / or the fibers of the fiber material are provided with an electrically insulating coating as electrical insulation.
  • the fibers may for example be chemically coated, for example by Phospha ⁇ tion of the fibers, coating the fibers with a Nanokera- mik etc., in addition or alternatively, an electrical insulation of the fiber material by impregnating the Faserma ⁇ material and its fibers Plastic and / or by embedding the fiber material and its fibers in plastic he testifies ⁇ .
  • the electrically insulating layer may comprise a paper layer, a
  • the plastic layer may be provided for example as an art ⁇ material film and the lacquer stratification be applied by spraying or by means of a doctor blade, etc., on the layer of the fiber material.
  • the coating of the Fa ⁇ fibers of the package material with a ferritkeramischen insulating layer has the advantage that a very high magnetic conductivity achieved avoid eddy currents the advantage can be, because ferrite ceramics are magnetically conductive but
  • the impregnation of the magnetic fiber material with plastic takes place, for example, by feeding the plastic in a soft or liquid form, in particular by means of an extruder.
  • the soft or liquid plastic is supplied, for example, when the magnetic fiber material is provided in the receiving mold.
  • the embedding of the fiber material in the magnetic material by feeding plastic pellets contained therein magneti ⁇ rule fibers takes place in an extruder.
  • the extruder the extruder
  • Plastic pellets made soft or liquid with the magnetic fiber material additionally contained therein, so that the soft or liquid material can be introduced or injected into the receiving mold.
  • the embedding of the magnetic fiber material in plastic takes place by feeding on the one hand pure plastic pellets to an extruder and on the other hand feeding fiber material to the extruder.
  • the mixed in the soft or liquid plastic of the extruder magnetic fiber material can be introduced or injected together ⁇ men with the soft or liquid plastic in the receiving mold.
  • the fibers of the fiber material can be provided with an electrically insulating coating, in particular a chemical coating and / or a nanoceramic coating. Furthermore, at least one paramagnetic layer and / or at least one diamagnetic layer can be arranged between two layers formed from the fiber material.
  • the fibers of the fiber material can have an electrically insulating coating, eg phosphating, or no additional electrically insulating coating.
  • a further electrically insulating layer for example a paper layer, varnish, a plastic layer, etc. vorgese ⁇ hen.
  • the provision of a paramagnetic and / or diamagnetic layer or the coating of the fibers of the fiber material with a paramagnetic and / or diamagnetic layer has the advantage that the highest possible magnetic barrier between the individual fibers or the layers formed from the fiber material can be achieved For example, can be used advantageously in synchronous reluctance motors.
  • the package system is for example a rotor and / or a stator of an electric motor or a transformer core of a transformer.
  • Partial section of a motor package which shows the Faseraus ⁇ direction along the field lines, in this case, for example, long fibers, short fibers and fiber powder are combined or mixed;
  • FIG. 6 shows a section AA of the Motorpa ⁇ kets shown in Fig. 5 in an enlarged view
  • Figure 7 is a section of an example of a layer ⁇ wise construction of a pact system of the invention.
  • 8 shows a further detail of an example of a layered structure of a pincushion system according to the invention.
  • the package system 1 can be designed as a motor-packet system, for example as a rotor or as a stator or as a transformer packet system, for example as a transformer core, etc. of an electrical machine, such as an electric motor or a transformer, etc., depending on the function and purpose.
  • the package system 1 according to the invention provides a cost- effective solution.
  • the package system according to the invention also enables more complex three-dimensional package designs.
  • the package system 1 according to the invention can close the gap between the solution of stamped sheets and packages of said powder metallurgical material in the middle and lower frequency range.
  • the package system 1 comprises a fiber material of magnetic fibers, preferably soft magnetic fibers.
  • Soft magnetic materials are characterized by an easy magnetization, which is expressed in a small coercive field strength.
  • soft ⁇ magnetic ferrites is as easy as possible (re) Magne ⁇ sizeability, which corresponds to a narrow hysteresis curve.
  • the soft magnetic fibers can be produced, for example, from soft magnetic materials, such as, for example, a suitable alloy based on iron, nickel and / or cobalt, or a soft ferrite, such as, for example, nickel.
  • a soft ferrite such as, for example, nickel.
  • ckel-zinc ferrite IZN for example in the composition Ni a Zn (ia) Fe2 ⁇ 04, or a manganese-zinc ferrite, MnZn, eg in the composition to ⁇ Mn a Zn (ia) Fe2Ü4, etc .
  • the invention is not limited to the aforementioned examples of soft magnetic fibers.
  • any soft magnetic material in particular ⁇ sondere soft magnetic metal or soft magnetic metal ⁇ alloy, which can be provided by means of a phosphating, etc., with an electrically insulating coating, for example.
  • all base materials for the fiber materials can be used, which in the known electrical steel grades such. B. M 800 or M 530, M 330, etc. find use.
  • the magnetic fibers may be present as a braiding, for example woven mesh, or as loose fibers in the form of a fiber powder and are provided with an additional electrically insulating coating.
  • the fibrous powder is, for example, chopped with an additional electrical insulation provided fibers or small shredded fiber material, for example a small chopped fiber mesh, such as a minced fiber entangled mesh or a chopped fiber mat, etc., wherein the fibers of the fiber mesh also with an additional electrical ⁇ rule isolation before chopping or chopping.
  • Such fiber materials are inexpensive to produce, such as the so-called.
  • Steel or iron wool which is also referred to as Wirrgeflecht, and as a grinding or
  • Abrasive material is available in hardware stores or drugstores. Such a metal wool is inexpensive to manufacture z. B. in a peeling process.
  • a woven mesh of magnetic fibers in particular soft magnetic fibers, can be provided with an electrically insulating Be provided coating or an insulating material.
  • the individual fibers can be coated by an insulating phospha ⁇ orientation.
  • Phosphating is a process in surface technology in which a so-called conversion layer of firmly adhering metal phosphates is formed by chemical reactions of metallic surfaces with aqueous phosphate solutions. In the phosphating process, a pickling attack on the base material takes place, in which metal cations go into solution with evolution of hydrogen. Subsequently, the layer formation takes place by precipitation of sparingly soluble phosphates.
  • these may be, for example, iron, zinc, or manganese phosphate layers, etc.
  • the metal cations involved in layer formation originate from the base material, while the metal cations from the phosphate solution are not involved in the layer structure. In contrast, it follows ⁇ in the layer-forming phosphating the layer structure by metal cations from the phosphate solution.
  • metal cations may be involved from the base material.
  • the layer thickness produced by phosphating can range from a few hundred nanometers, for example in the iron phosphating up to two micrometers and more, for example in a zinc and manganese phosphating.
  • the magnetic and in particular soft magnetic fibers are passed through one or more successive suitable chemical baths or phosphating baths to produce the electrically insulating phosphate layer on the fibers.
  • the fibers can also be provided with an electrically insulating coating of a nanoceramic or provided with another suitable electrically insulating coating.
  • insulating nanoceramic coatings may also consist of ferrite ceramics which have magnetically positive conductive properties but are electrically insulating.
  • the invention is not limited to chemical coatings, e.g. by phosphating, nor on nano- ceramic coatings, e.g. a ferrite ceramic, etc., limited as an electrically insulating coating.
  • a fiber material with a form of electrically insulating coating e.g. phosphating the fiber material to provide a portion of the fiber material with another electrically insulating coating e.g. a nanoceramics, depending on function and purpose.
  • the fibers as base material can be produced in thicknesses down to, for example, a few ym in mass production.
  • the fibers are now obtained by a peeling process from a wire and are classified as varieties no. 0000, 000, 00, 0, 1, 2, 3, 4, 5, where the variety no. 0000 represents the finest fiber. If necessary, however, other shades, especially finer fibers can in the future by further development of the manufacturing process, produces the ⁇ , so a coordinated depending on the application Faserrohmate ⁇ rial can be produced.
  • metal fibers of metal or a metal alloy can be produced, for example, as a rolled up mat product, which has a good cohesion due to the long fiberiness of its fibers. In the case of such fiber mats, for example, 80% of the fibers have a length of greater than 20 cm and accordingly have a good cohesion due to their long-fiber character.
  • soft magnetic iron species are preferably used.
  • the invention is not limited to annealing as an example of an intermediate process. Any intermediate process suitable for increasing the soft magnetic properties of the fibers may be provided.
  • a fiber material 4 of magnetic fibers preferably soft magnetic fibers is provided wherein the fibers having a provided additional electrical insulation.
  • the magnetic fibers for example in the form of one or more pieces of fiber mat, are provided with an additional electrically insulating coating, e.g. a phosphating coating or the like provided.
  • an additional electrically insulating coating e.g. a phosphating coating or the like provided.
  • a plurality Fasermattenstü ⁇ blocks of iron wool or a mesh of iron fibers for example, comparable in which the fibers of the fiber mat pieces are provided with an additional phosphating coating for electrical insulation.
  • the invention is not limited to phosphating the fibers for electrical insulation nor iron wool or iron fibers as magnetic fibers. It can be each provided at ⁇ particular magnetic fiber, especially soft magnetic fiber, as well as any suitable electrically insulating coating on the fibers.
  • the fiber mat pieces 4 are accommodated in a housing ⁇ form.
  • the fiber mat pieces 4 can be additionally aligned in the receiving form, for example, in such a way that they support the magnetic flux. This means that the fibers follow the theoretical course of the magnetic field lines as far as possible.
  • a fiber powder from crushed and provided with an electrically insulating coating fibers such as iron fibers used and introduced into the receiving mold or poured and then compressed.
  • an electrically insulating coating fibers such as iron fibers used and introduced into the receiving mold or poured and then compressed.
  • an electrically insulating coating fibers such as iron fibers used and introduced into the receiving mold or poured and then compressed.
  • Fig. 1 can optionally also in addition to the one or more fiber mats also one or more other components or functional elements are arranged in the receiving mold 7 and then pressed together with the or the fiber mat pieces.
  • components or functional elements 5 Fixed To ⁇ branching points, strip conductors, for example cooling lines, storage, sensor elements, shafts, actuator elements or functional elements of a magnetic-field-dependent oriented material, such as a magnetic shape memory alloy (german, magentic shape memory alloys MSMA), or Magnets 6, insbeson ⁇ permanent magnets, etc. used and integrated into the package of magnetic fibers. In this way, additional functions can be realized in the package or be inte ⁇ grated.
  • the invention is not limited to the mentioned examples of ⁇ components or functional elements. Any suitable component or suitable functional element can be pressed in with it to form the finished package system.
  • the fiber mat pieces 4 with optionally be inserted therein to ⁇ sharmlichen functional elements 5, such as permanent magnets, pressed to form a package or compressed.
  • ⁇ sharmlichen functional elements 5 such as permanent magnets
  • the pressing or compressing the fiber mat pieces 4 with the inserted therein permanent magnet 6 as an example of the functional elements is implemented in the embodiment in Fig. 1 by a stamp, which the fiber mat pieces kom ⁇ primed or pressed together with a sufficiently high pressure to the ferti ⁇ gen package system.
  • the finished package system 1 is shown in Fig. 2 following the pressing or compressing operation.
  • Thejansele ⁇ elements 5 in the embodiment in the form of Permanentmag ⁇ Neten 6 itself are not, for example, additionally compressed, but only the fiber material, here the fiber mats 4. In principle, it is also conceivable, depending on the functional element and its function and purpose, this also with compress.
  • the shape of the receiving die 7 and the punch 8 can be formed ent ⁇ speaking, so that even more complex or more complex three-dimensional shapes are produced with, for example, projections and / or depressions, etc., depending on the function and application.
  • the phosphating coatings and / or, if appropriate, nanoceramic coatings or, if appropriate, also other types of coatings are to be regarded as slip coatings.
  • the fibers can be oriented so that they support the magnetic flux, which means that the fibers follow the theoretical course of the magnetic field lines as far as possible.
  • the physical properties of the package system according to the invention can be adjusted. For example, by using coarser fibers, higher porosity and lighter packages with higher saturation can be achieved.
  • fibers in the known qualities such as electrical sheets and strips, eg M330, M800, etc.
  • electrical sheets are, for example, cold-rolled non-grain oriented electrical sheets and strips in final annealed condition according to DIN EN 10106 or grain oriented electrical sheets and strips in final annealed To ⁇ stand in accordance with DIN EN 10107.
  • the basic material al and the base material quality of the fibers are varied depending on the function and purpose, as well as in the electrical sheets used today such. M800, M530 or M330 etc .. Thus, comparable to the sheets change the properties and costs.
  • the insulating coating of the fibers loading can be varied and thereby in a cost opti mized ⁇ .
  • iron phosphatings, nanoceramic coatings and / or ferrite-ceramic coatings can be selected and thus the magnetic properties as well as the costs and the process properties can be optimized.
  • Fig. 3 the package system 1 according to the invention after removal from the receiving mold is shown following the pressing or compression process.
  • the package system 1 is, as previously, for example, a rotor 2 of an electric machine 1, and arranged on an associated shaft 9 of the electric machine 1.
  • the illustration in Fig. 3 is also purely schematic and greatly simplified. Additionally or alternatively to the magnet or magnets, another component or functional element in the packet ⁇ system 1 can also at least be pressed, for example a shaft, a bearing, etc ..
  • Höganäs Somaloy® be provided the individual powder particles with ei ⁇ ner additional electrical insulation and can be deformed in a pressing process to an inventive packaging system. Also, the isolated fibers can be further processed into a fiber powder and packages are made from this material. This long fibers and Fiber powder are mixed together and combined and optionally additionally a fiber powder, an SMC powder, and / or a ferritic powder are mixed under the long and short fibers, as shown in the section AA in fol ⁇ gender Fig. 6.
  • SMC powder, ferritic powder and / or fiber powder can additionally increase the density of the fiber material provided with additional electrical insulation of the fibers, for example in the form of a fiber mat, a Fasergewirrs and / or fiber ⁇ powder and thus once again Opti ⁇ bring or improve the electromagnetic properties of the package system according to the invention. Since even small amounts of this SMC powder are sufficient as an additive to the Faserma ⁇ material, the use of this SMC powder does not result in a significant increase in the overall price of the package system according to the invention. As previously stated, ferritic powder can also optionally be added additionally or alternatively.
  • a further embodiment of the invention that can be combined with one or more ⁇ ren laminated cores with an additional electrical insulation of the fibers provided fiber material, eg in the form of a fiber mat, egg ⁇ nes fiber tangle and / or fiber powder, as described previously.
  • sheets provided with an insulating layer are combined to form a laminated core.
  • the laminated core can be integrated with the fiber material or in the fiber material, in particular before or after the compression of the fiber material. In this case, a per ⁇ schreibs laminated core in recesses of the fiber materialLe- pressed and / or glued, etc ...
  • the package system according to the invention has the advantage that it permits ei ⁇ ne design freedom in all geometric dimensions and in particular can be produced with more complicated three-dimensional shapes. Furthermore, punching waste can be avoided by compressing fiber mats. Furthermore, the fiber orientation and the fiber density can be adapted very easily to the theoretical known field line course within the package system, whereby optimal magnetic flux curves with optimum material utilization can be realized. An example of fiber alignment along field lines in a motor package is shown in FIG. 5 below.
  • the density By compressing or compressing the fiber material, it is possible to adjust the density and thus optimize the density with regard to the flux concentration in such a way that no saturation occurs with minimal use of material.
  • the density can also be adjusted, for example, selectively in regions of the fiber mate rials ⁇ of the packaging system according to degree of saturation. By the possibility of providing optimal material utilization , furthermore, a weight advantage can be achieved.
  • inexpensive base materials such as iron wool from a soft magnetic Eisenlegie ⁇ tion, coating methods and processing technologies can be used.
  • stator and rotor in different qualities to use for example in respect of the material of the insulating coating, etc., and different pressings, and to press for example, once fiber mats once fiber powder to produ without punching waste ⁇ grace.
  • very cost-effective and targeted kos ⁇ tenoptimATOR motors, etc. can be produced.
  • SMC Soft Magnetic Composites
  • said SMC powder material may further include a powder material made of iron (Fe), silicon (Si) and chromium (Cr), which has no organic binder, and has been developed by Tayio Yuden be used.
  • an at least partially set the porosity of the compressed fiber material of the erfindungsge ⁇ MAESSEN package system cooling by flowing through a ⁇ Me dium, such as air, water, oil, etc. can be achieved.
  • FIG. 4 shows an example of a compact 10 made of a compressed fiber material, here steel fibers.
  • the compact has a high porosity.
  • a preferably high density is usually sought.
  • Fig. 5 is a highly simplified, not drawn to scale and purely schematic partial section of a motor packet is shown as an egg ⁇ nem example of an inventive package system 1.
  • the motor package in this case has a fiber material 4 from Magneti ⁇ 's fibers 11, wherein the fibers 11 are provided with an additional electrical insulation, as previously described with reference to FIGS. 1-4.
  • the fibers 11 in the embodiment are e.g. Long fibers and short fibers, wherein the fibers are additionally mixed with fiber powder with its fiber powder particles.
  • the invention is not limited to long fibers, short fibers and fiber powder nor to a combination thereof.
  • any suitable fiber length of fibers may be used and optionally additionally combined with fibers of at least one other fiber length, e.g. be mixed.
  • the addition of fiber powder or other powder described above is also optional.
  • the fiber orientation of the fibers 11 of the fiber material 4 is along the field lines.
  • the fiber alignment can be achieved, for example, by applying a suitable magnetic field applied to the fiber material 4 in the recording ⁇ form, for example, before pressing.
  • the receiving form may additionally be vibrated to further aid alignment of the fibers along the field lines.
  • FIG. 6 shows a section AA of the motor package shown in FIG. 5 in an enlarged view.
  • the mixture of long fibers 12, short fibers 13 and fiber powder with its fiber powder particles 14 is shown.
  • the invention as set forth above is not limited to this particular Ausgestal ⁇ tung.
  • the 5 and 6 motor package shown is in Fig. Also be prepared as an example of an inventive package system 1 such that a Fa ⁇ sermaterial is used, the first by with no zuslegili ⁇ chen electrically insulating coating such as a coating Phosphating or the like.
  • a fiber powder is used, which is, for example, chopped fibers or finely chopped fiber material, such as a chopped fiber braid, such as a chopped fiber braid or a chopped fiber mat, etc., of magnetic fibers, preferably soft magnetic fibers.
  • the fiber material optionally at least one zusharm ⁇ pending fiber powder, a SMC powder, and / or a ferritic Powder, etc. are mixed in and thereby increased, for example, if necessary, the density.
  • the invention is not limited to the addition of fiber powder, SMC powder, powder of iron (Fe), silicon (Si) and chromium (Cr) without organic binder and / or ferritic powder; it may be any other powder material suitable for the package system be mixed with the fiber material, depending on function and a ⁇ intended purpose.
  • the fibrous material may further comprise any other length of fibers or combi nation ⁇ of fiber lengths, depending on their function and purpose.
  • the fiber material which is initially provided with no own electrically insulating coating, is given in a next step in a receiving mold, as shown by way of example in Fig. 1, wherein in the receiving form ⁇ optionally additionally provided one or more components or functional elements can be, as previously described with reference to the figures and are therefore not repeated.
  • a liquid plastic is poured into the receiving mold, which penetrates into the fiber material and this penetrates and thereby surrounds or provides the fiber material with an electrically insulating coating.
  • a suitable magnetic field can be applied to the fiber material penetrated or impregnated with the liquid plastic in order to achieve a fiber orientation of the fiber material along the field lines, as already shown by way of example with reference to FIG. 5.
  • Gege ⁇ appropriate, the receiving die can thereby additionally be vibrated to further assist in alignment of the fiber material along the field lines.
  • an additional pressing of the impregnated with the plastic fiber material is not essential and can be omitted. However, if required, an optional additional pressing of the impregnated with the plastic Fa ⁇ sermaterials done, depending on the function and purpose.
  • the finished package system here for example a motor package, can be removed from the receiving mold.
  • Plastic pellets with magnetic, in particular weichmagne ⁇ tables fibers are used, for example, plastic pellets ⁇ with such fibers having a fiber length of ⁇ example 20mm.
  • the fibers contained in the plastic pellets themselves do not have their own electrical insulating coating, such as, for example, a phosphating coating. Instead, the plastic material of the plastic pellets forms an electrically insulating coating for the fibers contained in the plastic pellets.
  • the invention is not limited to plastic pellets with fibers with egg ⁇ ner fiber length of 20mm. The fibers can be both shorter than 20mm and longer than 20mm.
  • an extruder for example a Schneckenextru ⁇ the fed and plasticized or liquefied and added to ⁇ closing the softened or liquefied material in the receiving mold and cured.
  • at least one additional fiber powder, an SMC powder, a powder material of iron (Fe), silicon (Si) and chromium (Cr) which has no organic binder, and / or a ferritic powder, etc. may be mixed in with the plastic pellets, and this increases the density, for example, if necessary.
  • one or more components or functional elements, as described above with reference to the figures, may optionally additionally be provided in the receiving form.
  • a suitable magnetic field can be applied either in addition to achieve a Fa ⁇ serauscardi the fibers of the plastic pellets along the field lines as already described with reference to Figure . 5 has been shown in ⁇ way of example.
  • the recording form can additionally be vibrated to further assist the orientation of the fiber material along the field lines.
  • Plastic pellets is not essential and can be omitted. In principle, however, if required, an additional pressing of the material received in the receiving mold from the plasticized or liquefied plastic pellets can take place, depending on the function and intended use.
  • plastic pellets contained therein magnetic fibers in particular the soft magnetic fibers, and plastic pellets can fiber without such an extruder at ⁇ play
  • a screw extruder fed and weichge ⁇ makes or liquefied.
  • the extruder can then be inde ⁇ pending the fibrous material of magneti ⁇ rule fibers, in particular soft magnetic Fasern supplied from these consisting exclusively of plastic material plastic pellets.
  • the fibrous material may, as described above, as a network, for example, random woven, we ⁇ iquess be made of fibers of a certain length, for example, long fibers, short fibers etc., and / or as loose fibers in the form of a fibrous powder and are fed to the extruder.
  • the fiber material in this case has itself no first additional electrically iso ⁇ -regulating coating as it passes through the extruder and the supplied to the extruder liquefied or plasticized plastic material. Instead, the fiber material is mixed with the plastic material through the extruder and provided by the plastic material with electrical insulation. The soft or liquid plastic material with the fiber material received therein is received in a receiving form, as shown by way of example in FIG. 1.
  • the plastic pellets may also optionally additionally we ⁇ ilias an additional fiber powder, a SMC powder, and / or a ferritic powder, etc. are mixed, and thereby, for example, if necessary increases the density of the ⁇ .
  • ⁇ ipsase ⁇ elements are in the receiving form optionally additionally provided, as previously described with reference to the fi gures ⁇ .
  • Softened at the softened or liquid in the receiving die set ⁇ made material from the through the extruder or liquefied plastic pellets and the underlying composite fiber material may be optionally additionally applied a geeigne ⁇ tes magnetic field in order to achieve a fiber orientation of the fibers of the fibrous material along the field lines as has already been shown with reference to FIG. 5 by way of example.
  • the recording form can additionally be vibrated to further assist the orientation of the fiber material along the field lines.
  • Plastic pellets and the fiber material contained therein is not essential and can be omitted. Basically, however, if necessary, also an additional pressing of the material received in the receiving mold from the plasticized or liquefied plastic pellets and the contained fiber material, depending on the function and purpose.
  • the extruder for example a Schneckenextru ⁇ DERS possible to obtain a sprayable material made of plastic and fiber ⁇ material and so, for example, a gun-stator material, package material, or rotor material, etc. mergege ⁇ represents be.
  • a gun-stator material, package material, or rotor material, etc. etc.
  • the proportion of fiber material in the plastic material is, for example, 50% to 80%.
  • the fiber material such as iron fibers or Koh ⁇ letatin can be used as soft magnetic fibers or any other soft magnetic material, in particular soft ⁇ magnetic metal or metal alloy.
  • FIGS. 7 and 8 Furthermore, a detail of an example of a layered structure of a pact system 1 according to the invention is shown in FIGS. 7 and 8.
  • the fiber material 4 As shown in the cutaway in Fig. 7 and 8, there are more pressed layers 15 of fiber material 4 vorgese ⁇ hen, wherein the fiber material 4, no additional electrically insulating coating as described above with respect to FIGS. 1- 6, having.
  • the fiber material can 4 however, in the embodiment shown in Figs. 7 and 8 optionally have such an additional electrically insulating coating as described above, for example, generated by phosphating Be ⁇ coating, etc ..
  • At least one electrically insulating layer 16 is alternately provided in FIGS. 7 and 8.
  • This electrically insulating layer 16 can be ⁇ at least one paper layer, a plastic layer, a lacquer layer, a cardboard layer, a ceramic layer, in ⁇ example, a ferrite ceramic layer, etc. be.
  • the OF INVENTION ⁇ -making is not limited to the examples of additional insulating layers.
  • an electrically insulating layer 16 between two layers of fibers 15 at least one additional paramagnetic ⁇ tables 17 and / or diamagnetic layer may be provided 18th
  • At least the fiber layers 15 in Figs. 7 and 8 may additionally be pressed if necessary.
  • example ⁇ additionally pressed fiber layers 15, which alternate with each at least one electrically insulating layer 16, such as shown in Fig. 7 and 8, the electrically insulating layers 16 can be comparable to the electrically insulating Coatings of the fibers have different properties.
  • three-dimensional package systems 1 can also be produced by joining operations, such as joining. Pressing and / or gluing, to be created. It is also very easy to use materials such as plastic, paint and / or paper as electrically insulating layers 15.
  • Fig. 7 is at least ei ⁇ ner side of at least an electrically insulating layer 15 additionally a paramagnetic layer 17 and / or diamagnet ⁇ tical layer 18 is provided.
  • the additional paramagnetic layer 17 is shown in FIG. 7 with a dashed line and the additional diamagnetic layer 18 indicated by a polka dot ⁇ th line.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Paketsystem (1) für eine elektrische Maschine (3), insbesondere einen Motor oder Transformator, wobei das Paketsystem (1) wenigstens ein magnetisches Fasermaterial (4) aufweist, dessen Fasern mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen sind.

Description

Paketsystem einer elektrischen Maschine, elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung des Paketsystems
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Paketsystem einer elektrischen Maschine, z.B. eines Motors, insbesondere Elekt- romotors , oder eines Transformators, sowie eine elektrische Maschine mit einem derartigen Paketsystem und ein Verfahren zur Herstellung des Paketsystems.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Bei der Herstellung von Motoren und Transformatoren ist die derzeit am meisten verbreitete Technik das Paketieren von gestanzten Blechen, die mit einer Isolierschicht versehen sind. Damit sind jedoch nur mit großem Aufwand komplexere dreidi¬ mensionale Paketgestaltungen möglich, wie sie insbesondere bei Axial- und Transversalmotoren zur Anwendung kommen. Des Weiteren führt die Verbindungstechnik der Bleche miteinander meist zu gewissen Leistungseinbußen.
Aus der DE 10 2005 041 676 AI ist des Weiteren ein Rotor für eine modulare Permanentmagnet-Maschine bekannt, der aus einem laminierten Blechpaket aus verschiedenen Blechen besteht. In den Blechen sind Ausnehmungen ausgebildet, die beim Aufsta¬ peln der Bleche so übereinander positionierbar sind, dass Aufnahmeräume für Permanentmagnete entstehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Paketsystem für eine elektrische Maschine bereitzustellen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Paketsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine elektrische Maschi¬ ne mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 ge¬ löst.
Demgemäß ist vorgesehen:
Ein Paketsystem für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Motor oder Transformator, wobei das Paketsystem wenigstens ein magnetisches Fasermaterial aufweist, das mit einer elektrischen Isolierung versehen ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Paketsystems für eine elektrische Maschine, mit den Schrit¬ ten :
Bereitstellen eines magnetischen Fasermaterials,
Versehen des magnetischen Fasermaterials mit einer elektrischen Isolierung, und
Vorsehen des magnetischen Fasermaterials in einer Aufnahmeform.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkennt¬ nis/Idee besteht darin, ein magnetisches Fasermaterial einzu¬ setzen, das preiswert in der Herstellung ist, wie beispiels¬ weise Eisenwolle, welche bisher als Scheuermittel eingesetzt wird, und die Fasern mit einer zusätzlichen elektrischen Isolierung zu versehen. Dies ist ebenfalls einfach und kostengünstig realisierbar, beispielsweise mittels Phosphatieren, Einbetten in Kunststoff oder Einlegen einer elektrisch isolierenden Schicht zwischen zwei Schichten aus Fasermaterial usw.. Das magnetische Fasermaterial kann wenn es in Kunst¬ stoff als elektrischer Isolierung eingebettet oder getränkt wird nach dem Aushärten des Kunststoffs aus der Aufnahmeform entnommen oder wahlweise zusätzlich sehr einfach bei Bedarf in jede gewünschte Form z.B. gepresst oder komprimiert wer¬ den. Dabei können problemlos auch Paketsysteme mit komplexe¬ ren dreidimensionalen Formen, z.B. mit Vorsprüngen, Vertiefungen, Aussparungen, Öffnungen usw., realisiert werden im Gegensatz zu den bisher verwendeten Blechpaketen. Die Aufnahmeform weist dabei vorzugsweise die endgültige Kontur des ge¬ wünschten Paketsystems auf.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist als elektrische Isolierung des magnetischen Fasermaterials eine elektrisch isolierende Schicht, z.B. Papierschicht usw., zwischen we¬ nigstens zwei aus dem magnetischen Fasermaterial gebildeten Schichten vorgesehen und/oder die Fasern des Fasermaterials sind mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen, beispielsweise eine Nanokeramik- oder Phosphatierungsbe- schichtung usw..
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die elektrisch isolierende Beschichtung der Fasern des Fasermaterials eine chemische Beschichtung, z.B. eine durch Phospha¬ tieren der Fasern oder anders ausgebildete Schicht, wie z.B. eine Schicht aus einer Nanokeramik. Eine solche Schicht lässt sich in eine kontinuierlichen Prozess realisieren durch Leiten des magnetischen Fasermaterials durch ein jeweils geeig¬ netes Phosphatierungsbad oder einen anderen Beschichtungspro- zess wie nanokeramische Beschichtung. Eine solche Beschich¬ tung dient der Vermeidung von Wirbelströmen.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht die elektrisch isolierende Beschichtung aus Kunststoff mit welchem das Fasermaterial durchtränkt ist und/oder in welche das Fasermaterial eingebettet ist. Zum Durchtränken des Fa¬ sermaterials wird beispielsweise weicher oder flüssiger
Kunststoff über das Fasermaterial in der Aufnahmeform gegos¬ sen oder in einem Spritzgießverfahren in das vorab in die Form eingebrachte Fasermaterial eingespritzt.
Des Weiteren kann das Fasermaterial in ein Kunststoffpellet bereits eingebettet und mit diesem zusammen in einem Extruder gefördert wobei der Kunststoff verflüssigt wird, bevor das Ganze als fertiges Spritzgussmaterial in die Aufnahmeform beispielsweise für einen Stator oder Rotor gespritzt wird.
Ebenso können dem Extruder unabhängig voneinander reine
Kunststoffpellets zugeführt werden, die kein zusätzlich ein¬ gebettetes Fasermaterial aufweisen. Das Fasermaterial wird stattdessen dem Extruder separat zugeführt und darin mit erweichten oder verflüssigten Kunststoffpellets vermischt, be¬ vor die Mischung in die zugeordnete Aufnahmeforme einge¬ spritzt wird.
Bei allen Gieß- oder Spritzgießverfahren können Magnetfelder angelegt werden, um so die Ausrichtung der Fasern zu steuern und entsprechend dem gewünschten Magnetfeldlinienverlauf in¬ nerhalb der Form zu orientieren wobei gegebenenfalls die Form in Vibration versetzt wird, um die Ausrichtung zu begünsti¬ gen .
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die elektrisch isolierende Schicht, welche zwischen die wenigs¬ tens zwei aus dem Fasermaterial gebildeten Faserschichten vorgesehen wird, eine Papierschicht, eine KunststoffSchicht , eine Lackschicht, ein Kartonlage und/oder eine Keramik¬ schicht, insbesondere eine Ferritkeramikschicht. Der Lack kann dabei beispielsweise auf die zugeordnete Faserschicht mittels eines Rakels aufgetragen oder durch eine Düse aufge¬ sprüht werden usw.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist wenigstens eine paramagnetische Schicht und/oder wenigstens ei¬ ne diamagnetische Schicht zwischen wenigstens zwei Schichten aus Fasermaterial vorgesehen. Die Fasern der Schichten aus Fasermaterial können dabei sowohl mit der elektrisch isolie¬ renden Beschichtung, z.B. eine Phosphatierungs- oder Nanoke- ramikbeschichtung, oder alternativ auch ohne diese elektrisch isolierende Beschichtung versehen sein. In beiden Fällen kann zwischen den zwei Schichten aus Fasermaterial die elektrisch isolierende Schicht vorgesehen werden, beispielsweise eine Papierschicht, Lackschicht usw..
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das magnetische Fasermaterial ein weichmagnetisches Fasermaterial und/oder ein Fasermaterial aus einem Elektroblech . Das Fasermaterial kann jede beliebige Faserlänge oder -längen aufwei¬ sen, darunter Langfasern und/oder Kurzfasern usw.. Ein solches weichmagnetisches Fasermaterial eignet sich beispiels¬ weise besonders für die Herstellung von Rotoren, Statoren und Transformatorkernen .
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das magnetische Fasermaterial beispielsweise ein Fasergeflecht, z.B. Wirrgeflecht, und/oder ein Faserpulver aus zerkleinerten oder zerhackten Fasern. Ein Faserpulver kann besonders leicht und zu einem dichten Paketsystem gepresst oder komprimiert werden. Des Weiteren ist die Ausrichtung an Magnetfeldlinien in der Pressform leicht realisierbar indem ein Magnetfeld angelegt wird und gegebenenfalls die Form in Vibration versetzt wird, bevor der Pressvorgang beginnt. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Paketsystem wenigstens ein Funktionselement und/oder wenigstens ein Blechpaket aus wenigstens zwei Blechen mit einer dazwi¬ schen angeordneten elektrisch isolierenden Schicht auf. Durch das Funktionselement oder Blechpaket können so weitere Funk¬ tionalitäten in das Paketsystem integriert werden. Beispielsweise kann das Funktionselement ein Befestigungspunkt, eine Leiterbahn, eine Temperier-Leitungen, vorzugsweise Kühlungsleitung, ein Lager, ein Sensor-Element, ein Aktor-Element, ein elektronisches Bauelement, ein Funktionselement aus einem magnetfeldabhängig orientierten Material, insbesondere einer magnetischen Formgedächtnislegierung, oder ein Magnet, insbesondere Permanentmagnet sein. Ein solches Funktionselement kann problemlos in das Fasermaterial eingebettet werden und anschließend das Pressen des Fasermaterials durchgeführt wer¬ den. Das Funktionselement und/oder das Blechpaket kann vor dem Pressen oder Komprimieren in das magnetische Fasermaterial eingebettet oder im Anschluss an das Pressen oder Komprimieren in einer zugeordneten Öffnung oder Vertiefung in dem Paketsystem befestigt werden. Das Befestigen des wenigstens einen Funktionselements und/oder Blechpakets in der zugeord¬ neten Öffnung oder Vertiefung in dem Paketsystem kann beispielsweise durch Einpressen und/oder Einkleben erfolgen.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das magnetische Fasermaterial gleichmäßig komprimiert oder we¬ nigstens zwei Abschnitte des Fasermaterials unterschiedlich stark komprimiert sein. Das Fasermaterial kann in allen Be¬ reichen oder sektional dieselbe Komprimierung aufweisen oder wenigsten zwei Bereiche, welche unterschiedlich stark komprimiert sind. Durch eine sektionale oder bereichsweise unter¬ schiedlich starke Pressung des Fasermaterials und eine damit verbundene Erzeugung von unterschiedlichen Dichten des Fasermaterials kann erreicht werden, dass dort wo z.B. hohe magne¬ tische Flüsse benötigt werden auch viel magnetisch leitendes Material vorhanden ist. In den Bereichen wo nur wenig magnetischer Fluss vorliegt kann mit geringeren Dichten beispielsweise eine Gewichts- und/oder Kühloptimierung erreicht werden. Auch kann durch die Pressrichtung ein anisotropes magnetisches Verhalten des Materials erreicht werden, was bei be¬ stimmten technischen Anwendungen von Vorteil ist.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt die Komprimierung des Fasermaterials in einer Richtung, die ein anisotropes magnetisches Verhalten des Fasermaterials be¬ wirkt .
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Fasern des magnetischen Fasermaterials derart ausgerichtet angeordnet, dass die Fasern möglichst dem theoretischen Ver¬ lauf der Magnetfeldlinien folgen. Auf diese Weise kann ein optimaler magnetischer Flussverlauf bei einer optimalen Materialausnutzung erzielt werden. Es ist jedoch auch jede andere Ausrichtung der Fasern möglich je nach Funktion und Einsatzzweck .
In noch einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das magnetische Fasermaterial ein zusätzliches weichmagneti¬ sches Pulvermaterial, z.B. SMC (Soft Magnetic Composites) - Pulver, auf. Dadurch können die elektromagnetischen Eigenschaften des Paketsystems zusätzlich optimiert werden, wobei nur eine geringe Menge an einem derartigen Pulvermaterial er¬ forderlich ist. Anstelle des SMC-Pulvers kann auch Faserpul¬ ver eingesetzt werden. Abhängig von den Anforderungen der Applikation ist es möglich, dass Eisenpulver oder Faserpulver mit oder ohne Isolierbeschichtung eingesetzt wird. Auch kann ein Pulver aus weichmagnetischen Ferriten, wie beispielweise MnZn oder NiZn, zwischen die Fasern eingebracht werden. Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Fasermaterial komprimiert oder gepresst, beispielweise derart, dass es eine definierte Dichte, z.B. möglichst hohe Dichte, aufweist. Durch die Pressung oder Komprimierung des Fasermaterials kann so die Dichte des Paketsystems eingestellt und damit die Dichte bezüglich der Flusskonzentration optimiert werden. Beispielsweise derart, dass sich bei minimalem Mate¬ rialeinsatz keine magnetische Flusssättigung einstellt.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine elektrisch isolierende Schicht zwischen wenigstens zwei aus dem magnetischen Fasermaterial gebildeten Schichten als elektrische Isolierung vorgesehen und/oder die Fasern des Fasermaterials werden mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung als elektrische Isolierung versehen. Als
elektrisch isolierende Beschichtung können die Fasern beispielsweise chemisch beschichtet werden, z.B. durch Phospha¬ tieren der Fasern, Beschichten der Fasern mit einer Nanokera- mik usw.. Zusätzlich oder alternativ kann eine elektrisch Isolierung des Fasermaterials auch durch Tränken des Faserma¬ terials und seiner Fasern mit Kunststoff und/oder durch Einbetten des Fasermaterials und seiner Fasern in Kunststoff er¬ zeugt werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die elektrisch isolierende Schicht eine Papierschicht, eine
Kunststoffschicht , eine Lackschicht, ein Kartonlage und/oder eine Keramikschicht, insbesondere eine Ferritkeramikschicht, sein. Die Kunststoffschicht kann beispielsweise als Kunst¬ stofffolie vorgesehen sein und die Lackschichtung durch Aufsprühen oder mittels eines Rakels usw. auf die Schicht aus dem Fasermaterial aufgebracht werden. Das Beschichten der Fa¬ sern des Paketmaterials mit einer ferritkeramischen Isolierschicht hat den Vorteil, dass eine möglichst hohe magnetische Leitfähigkeit unter Vermeidung von Wirbelströmen erreicht werden kann, da Ferritkeramik magnetisch leitend aber
elektrisch isolierend ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Tränken des magnetischen Fasermaterials mit Kunststoff beispielweise durch Zuführen des Kunststoffs in weicher oder flüssiger Form, insbesondere mittels eines Extruders. Der weiche oder flüssige Kunststoff wird beispielsweise zugeführt, wenn das magnetische Fasermaterial in der Aufnahmeform vorgesehen ist.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Einbetten des magnetischen Fasermaterials in Kunststoff durch Zuführen von Kunststoffpellets mit darin enthaltenen magneti¬ schen Fasern einem Extruder. In dem Extruder werden die
Kunststoffpellets mit dem darin zusätzlich enthaltenen magnetischen Fasermaterial weich oder flüssig gemacht, so dass das weiche oder flüssige Material in die Aufnahmeform eingebracht oder eingespritzt werden kann.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt das Einbetten des magnetischen Fasermaterials in Kunststoff durch Zuführen von einerseits reinen Kunststoffpellets einem Extruder und Zuführen von andererseits Fasermaterial dem Extruder. Das in den weichen oder flüssigen Kunststoff des Extruders eingemischte magnetische Fasermaterial kann zusam¬ men mit dem weichen oder flüssigen Kunststoff in die Aufnahmeform eingebracht oder eingespritzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Fasern des Fasermaterials mit einer elektrisch isolierenden Be- schichtung, insbesondere einer chemischen Beschichtung und/oder einer nanokeramischen Beschichtung, versehen werden. Des Weiteren können wenigstens eine paramagnetische Schicht und/oder wenigstens eine diamagnetische Schicht zwischen zwei aus dem Fasermaterial gebildeten Schichten angeordnet werden. Die Fasern des Fasermaterials können dabei eine elektrisch isolierende Beschichtung, z.B. Phosphatierung, oder keine zusätzliche elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen.
Falls die Fasern keine eigene elektrisch isolierende Be¬ schichtung aufweisen ist neben der wenigstens einen paramagnetischen Schicht und/oder wenigstens einen diamagnetische Schicht eine zusätzlich elektrisch isolierende Schicht, z.B. eine Papierlage, Lack, eine KunststoffSchicht usw. vorgese¬ hen. Das Vorsehen einer paramagnetischen und/oder diamagnetischen Schicht oder das Beschichten der Fasern des Fasermaterials mit einer paramagnetischen und/oder diamagnetischen Schicht hat den Vorteil, dass eine möglichst hohe magnetische Barriere zwischen den einzelnen Fasern oder den aus dem Fasermaterial gebildeten Schichten erreicht werden kann, was beispielsweise vorteilhaft bei Synchronreluktanzmotoren zum Einsatz kommen kann.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Paketsystem beispielsweise ein Rotor und/oder ein Stator eines Elektromotors oder ein Transformatorkern eines Transformators.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbe¬ sondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Ver¬ besserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei: eine schematische Ansicht einer Aufnahmeform m welcher Fasermaterial und Magnete zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Paketsystems für eine elektrische Maschine aufgenommen sind, wobei das Fasermaterial und die Magnete vor dem Komprimie- rungs- oder Pressprozeß mittels eines Stempels ge¬ zeigt sind, dabei kann zusätzlich oder alternativ zu den Magneten auch eine Welle oder ein anderes Bauteil eingebettet sein; einen schematische Ansicht des Fasermaterials und der Magnete gemäß Fig. 1 nach dem Komprimierungs¬ oder Pressprozeß; eine schematische Ansicht des fertig montierten Pa¬ ketsystems gemäß der Fig. 1 und 2; ein Bild eines Presslings;
Teilschnitt eines Motorpakets, welche die Faseraus¬ richtung entlang der Feldlinien zeigt, wobei in hierbei z.B. Langfasern, Kurzfasern und Faserpulver kombiniert bzw. gemischt sind; und
Fig. 6 ein Ausschnitt A-A des in Fig. 5 gezeigten Motorpa¬ kets in einer vergrößerten Ansicht, und
Fig. 7 ein Ausschnitt eines Beispiels für einen schicht¬ weisen Aufbau eines erfindungsgemäßen Paktsystems; und Fig. 8 ein weiterer Ausschnitt eines Beispiels für einen schichtweisen Aufbau eines erfindungsgemäßen Paktsystems .
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise ma߬ stabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - so¬ fern nichts Anderes ausführt ist -jeweils mit denselben Be¬ zugszeichen versehen.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen Schritte der Herstellung eines Paketsystems 1, hier beispielsweise eines Rotors 2, für eine elektrische Maschine 3 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Paketsystem 1 kann als ein Motor-Paketsystem beispielsweise als Rotor oder als Stator oder als Transformator- Paketsystem beispielweise als Transformatorkern usw. einer elektrischen Maschine, wie einem Elektromotor oder einem Transformator usw., ausgebildet sein, je nach Funktion und Einsatz zweck .
Wie zuvor beschrieben wird zur Herstellung von Motoren und Transformatoren das Paketieren von gestanzten Blechen herangezogen, die mit einer Isolierschicht versehen sind. Damit sind jedoch keine komplexeren dreidimensionalen Paketgestal- tungen möglich und die Verbindungstechniken der Bleche miteinander führt in der Regel zu Leistungseinbußen.
Des Weiteren gibt es auch ein pulvermetallurgisches Material, das sog. Soft Magnetic Composites (SMC)- Material der Fa. Höganäs Somaloy ®, wobei die einzelnen Pulverpartikel eben¬ falls mit einer Isolierschicht versehen sind und in einem Pressverfahren zu einem Paket verformt werden. Dieses Material eignet sich für hohe Frequenzen von größer 1000 Hz und dreidimensionale Paketgestaltungen. Es weist aber den Nachteil auf, dass es sehr teuer ist und Pakete aus diesem Mate¬ rial bei niedrigen Frequenzen elektromagnetisch gegenüber den Blechpaketen nachteilig sind.
Das erfindungsgemäße Paketsystem 1 stellt dagegen eine preis¬ werte Lösung bereit. Dabei ermöglicht das erfindungsgemäße Paketsystem auch komplexere dreidimensionale Paketgestaltungen. Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Paketsystem 1 die Lücke zwischen der Lösung aus gestanzten Blechen und Paketen aus dem genannten pulvermetallurgischen Material im mittleren und unteren Frequenzbereich schließen.
Das erfindungsgemäße Paketsystem 1 weist ein Fasermaterial aus magnetischen Fasern, vorzugsweise weichmagnetischen Fasern, auf. Weichmagnetische Werkstoffe kennzeichnen sich hierbei durch eine leichte Magnetisierbarkeit, die sich in einer kleinen Koerzitivfeidstärke ausdrückt. Für z.B. weich¬ magnetische Ferrite wird eine möglichst leichte (Um-) Magne¬ tisierbarkeit angestrebt, was einer schmalen Hysteresekurve entspricht .
Die weichmagnetischen Fasern können beispielsweise aus weichmagnetischen Werkstoffen hergestellt werden, wie z.B. geeigneten Legierung auf der Basis von Eisen, Nickel und/oder Co- balt, oder einem Weichferrit, wie beispielsweise einem Ni- ckel-Zink-Ferrit iZn, z.B. in der Zusammensetzung NiaZn( i- a)Fe2<04, oder einem Mangan-Zink-Ferrit MnZn, z.B. in der Zu¬ sammensetzung MnaZn ( i-a) Fe2Ü4, usw.. Die Erfindung ist jedoch auf die genannten Beispiele für weichmagnetische Fasern nicht beschränkt. Es kann jedes weichmagnetische Material, insbe¬ sondere weichmagnetische Metall oder weichmagnetische Metall¬ legierung, verwendet werden, welches mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung, z.B. mittels einer Phosphatierung usw., versehen werden kann. Es können insbesondere auch alle Basismaterialien für die Fasermaterialien verwendet werden, die in den bekannten Elektroblechqualitäten wie z. B. M 800 oder M 530, M 330 etc. Verwendung finden.
Die magnetischen Fasern können dabei als ein Geflecht, beispielsweise Wirrgeflecht, oder als lose Fasern in Form eines Faserpulvers vorliegen und sind mit einer zusätzlichen elektrisch isolierenden Beschichtung versehen. Bei dem Faserpulver handelt es sich beispielsweise um kleingehackte mit einer zusätzlichen elektrischen Isolierung versehene Fasern oder kleingehacktes Fasermaterial, z.B. ein kleingehacktes Fasergeflecht, wie ein kleingehacktes Faserwirrgeflecht oder eine kleingehackte Fasermatte usw., bei welchem die Fasern des Fasergeflechts ebenfalls mit einer zusätzlichen elektri¬ schen Isolierung vor dem Zerhacken oder Zerkleinern versehen wurden .
Derartige Fasermaterialien sind preiswert herstellbar, wie beispielsweise die sog. Stahl- oder Eisenwolle, welche auch als Wirrgeflecht bezeichnet wird, und als Schleif- oder
Scheuermaterial in Baumärkten oder Drogerien erhältlich ist. Eine derartige Metallwolle ist preiswert in der Herstellung z. B. in einem Schälverfahren.
Ein Wirrgeflecht aus magnetischen Fasern, insbesondere weichmagnetischen Fasern, kann mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung oder einem Isoliermaterial versehen werden. Beispielsweise können die einzelnen Fasern durch eine Phospha¬ tierung isolierend beschichtet werden. Die Phosphatierung ist ein Verfahren in der Oberflächentechnik, bei dem durch chemische Reaktionen von metallischen Oberflächen mit wässrigen Phosphat-Lösungen eine sogenannte Konversionsschicht aus fest haftenden Metallphosphaten gebildet wird. Dabei erfolgt bei der Phosphatierung zunächst ein Beizangriff auf den Grundwerkstoff, bei dem Metallkationen unter Wasserstoffentwick- lung in Lösung gehen. Daraufhin erfolgt die Schichtbildung durch Ausfällung schwerlöslicher Phosphate. Je nach Art der Lösung kann es sich dabei beispielsweise um Eisen-, Zink-, oder Manganphosphatschichten usw. handeln. Im Fall einer nicht-schichtbildenden Phosphatierung stammen die an der Schichtbildung beteiligten Metallkationen aus dem Grundwerkstoff, während die Metallkationen aus der Phosphatlösung nicht am Schichtaufbau beteiligt sind. Im Gegensatz dazu er¬ folgt bei der schichtbildenden Phosphatierung der Schichtaufbau durch Metallkationen aus der Phosphatlösung. Dabei können zusätzlich Metallkationen aus dem Grundwerkstoff beteiligt sein. Die durch Phosphatierung erzeugte Schichtdicke kann von einigen hundert Nanometern beispielsweise bei der Eisenphos- phatierung bis zu zwei Mikrometern und mehr beispielsweise bei einer Zink- und Manganphospatierung reichen.
Zum Phosphatieren werden die magnetischen und insbesondere weichmagnetischen Fasern beispielsweise als Faserwirrgeflecht oder Fasermatte usw. durch ein oder mehrere aufeinander folgende geeignete chemische Bäder oder Phosphatierungsbäder geleitet zum Erzeugen der elektrisch isolierenden Phosphatschicht auf den Fasern. Neben einer chemischen Beschichtung, beispielsweise mittels Phosphatieren können die Fasern auch mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung aus einer Na- nokeramik versehen werden oder mit einer anderen geeigneten elektrisch isolierenden Beschichtung versehen werden. Derar- tige isolierende nanokeramische Beschichtungen können auch aus Ferritkeramik bestehen, die magnetisch positive Leiteigenschaften haben aber elektrisch isolieren.
Die Erfindung ist jedoch weder auf chemische Beschichtungen, z.B. durch Phosphatieren, noch auf Beschichtungen aus Nanoke- ramik, z.B. einer Ferritkeramik usw., als elektrisch isolierende Beschichtung beschränkt. Des Weiteren ist es auch denkbar, neben einem Fasermaterial mit einer Form von elektrisch isolierenden Beschichtung z.B. eine Phosphatierung des Fasermaterials, einen Teil des Fasermaterials mit einer anderen elektrisch isolierenden Beschichtung zu versehen z.B. einer Nanokeramik, je nach Funktion und Einsatzzweck.
Dabei können Fasermatten, die beispielweise durch sehr lange miteinander verwirrte Fasern zusammengehalten werden, in einem z.B. kontinuierlichen Prozess durch die entsprechenden chemischen Bäder oder Phosphatierungsbäder befördert werden. Ein solches Verfahren kann kostengünstig realisiert werden.
Die Fasern als Grundmaterial können in Dicken bis herunter zu beispielsweise wenigen ym in Großserien produziert werden. Die Fasern werden heute dabei durch einen Schälvorgang aus einem Draht gewonnen und werden als Sorten Nr. 0000, 000, 00, 0, 1, 2, 3, 4, 5 klassifiziert, wobei die Sorte Nr. 0000 die feinste Faser darstellt. Bei Bedarf können aber zukünftig auch durch Weiterentwicklung des Herstellprozesses noch andere Abstufungen, insbesondere feinere Fasern, produziert wer¬ den, wodurch ein je nach Anwendung abgestimmtes Faserrohmate¬ rial produziert werden kann.
Gebrauchsartikel mit Metallfasern werden bisher als Schleif¬ oder Scheuermittel oder Filtermedien oder Porenbrennern hergestellt und über Baumärkte und Drogerien vertrieben oder über den fachlichen Industriehandel. Die Metallfasern aus Metall oder einer Metalllegierung sind beispielsweise als aufgerollte Mattenware herstellbar, die aufgrund der Langfaserigkeit ihrer Fasern einen guten Zusammenhalt aufweist. Im Falle solcher Fasermatten weisen beispielsweise 80% der Fasern eine Länge von größer 20cm auf und weisen dem entsprechend aufgrund ihrer Langfaserigkeit einen guten Zusammenhalt auf.
Für die elektromagnetischen Anwendungen werden vorzugsweise spezielle weichmagnetische Eisensorten verwendet. Wahlweise zusätzlich kann man durch einen Zwischenprozess des Ausglühens die weichmagnetischen Eigenschaften der Fasern nochmals verbessern. Die Erfindung ist jedoch auf das Ausglühen als Beispiel für einen Zwischenprozess nicht beschränkt. Es kann jeder Zwischenprozess vorgesehen werden, der geeignet ist, die weichmagnetischen Eigenschaften der Fasern zu erhöhen.
Wie in der schematischen und stark vereinfachten Ansicht in Fig. 1 gezeigt ist, wird zur Herstellung eines Rotors 2 als einem Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Motor¬ oder Transformatorpaket, ein Fasermaterial 4 aus magnetischen Fasern, vorzugsweise weichmagnetischen Fasern, bereitgestellt, wobei die Fasern mit einer zusätzlichen elektrischen Isolierung versehen sind.
Die magnetischen Fasern, beispielsweise in Form von einer o- der mehreren Fasermattenstücken, werden dazu mit einer zusätzlichen elektrisch isolierenden Beschichtung, z.B. einer Phosphatierungsbeschichtung oder dergleichen, versehen.
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zur Herstel¬ lung eines erfindungsgemäßen Paketsystems 1 für eine elektrische Maschine 3 werden beispielsweise mehrere Fasermattenstü¬ cke aus Eisenwolle oder einem Geflecht aus Eisenfasern ver- wendet, wobei die Fasern der Fasermattenstücke dabei zur elektrischen Isolierung mit einer zusätzlichen Phosphatie- rungsbeschichtung versehen sind.
Die Erfindung ist jedoch weder auf ein Phosphatieren der Fasern zur elektrischen Isolierung noch auf Eisenwolle oder Eisenfasern als magnetische Fasern beschränkt. Es kann jede an¬ dere magnetische Faser, insbesondere weichmagnetische Faser, sowie jede geeignete elektrisch isolierende Beschichtung auf den Fasern vorgesehen werden.
Anschließend werden die mit der elektrisch isolierenden Beschichtung versehenen Fasermattenstücke 4 in eine Aufnahme¬ form gebracht. Die Fasermattenstücke 4 können dabei in der Aufnahmeform zusätzlich ausgerichtet werden beispielsweise derart, dass sie den magnetischen Fluss unterstützen. Das bedeutet, dass die Fasern möglichst dem theoretischen Verlauf der Magnetfeldlinien folgen.
Statt der Fasermattenstücke 4 in Fig. 1 kann auch ein Faserpulver aus zerkleinerten und mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehenen Fasern, z.B. Eisenfasern, verwendet und in die Aufnahmeform eingebracht oder geschüttet und anschließend verdichtet werden. Wie bereits ausgeführt, kön¬ nen solche Faserpulver durch einen Zerhack- oder Zerkleine- rungsprozess von z.B. Fasermatten gewonnen werden. Man kann also die elektrisch isolierende Oberflächenbeschichtung z.B. in einem kontinuierlichen Prozess mittels chemischen Bädern erreichen und dann daraus anschließend mittels Zerkleinern das Faserpulver herstellen. Dieses Faserpulver kann auch zusammen mit den Fasermattenstücken vermischt und gepresst werden .
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel können wahlweise zusätzlich neben den ein oder mehreren Fasermatten auch ein oder mehrere weitere Bauteile oder Funktionselemente in der Aufnahmeform 7 angeordnet und anschließend zusammen mit der oder den Fasermattenstücken verpresst werden. Als Bauteile oder Funktionselemente 5 können beispielsweise Befesti¬ gungspunkte, Leiterbahnen, Kühlungsleitungen, Lager, Sensor- Elemente, Wellen, Aktor-Elemente oder Funktionselemente aus einem magnetfeldabhängig orientierten Material, wie beispielsweise einer magnetischen Formgedächtnislegierung (engl, magentic shape memory alloys MSMA) , oder Magnete 6, insbeson¬ dere Permanentmagnete usw. verwendete und in das Paket aus magnetischen Fasern integriert werden. Auf diese Weise können zusätzliche Funktionen in dem Paket realisiert oder inte¬ griert werden. Die Erfindung ist dabei auf die genannten Bei¬ spiele für Bauteile bzw. Funktionselemente nicht beschränkt. Es kann jedes geeignete Bauteil bzw. geeignete Funktionsele¬ ment mit eingepresst werden zur Ausbildung des fertigen Paketsystems .
Wie in Fig. 1 rein schematisch dargestellt ist, werden die Fasermattenstücke 4 mit gegebenenfalls darin eingelegten zu¬ sätzlichen Funktionselementen 5, wie beispielsweise Permanentmagneten, zu einem Paket verpresst oder komprimiert. Das Verpressen oder Komprimieren der Fasermattenstücke 4 mit den darin eingelegten Permanentmagneten 6 als Beispiel für Funktionselemente wird in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 durch einen Stempel realisiert, welcher die Fasermattenstücke kom¬ primiert oder mit einem ausreichend hohen Druck zu dem ferti¬ gen Paketsystem zusammenpresst .
Das fertige Paketsystem 1 ist in Fig. 2 im Anschluss an den Press- oder Komprimierungsvorgang gezeigt. Die Funktionsele¬ mente 5 in dem Ausführungsbeispiel in Form von Permanentmag¬ neten 6 selbst werden dabei z.B. nicht zusätzlich komprimiert, sondern nur das Fasermaterial, hier die Fasermatten 4. Grundsätzlich ist es auch denkbar, je nach Funktionselement und dessen Funktion und Einsatzzweck, dieses ebenfalls mit zu komprimieren .
Je nach gewünschter herzustellender Form des Paketsystems 1 kann die Form der Aufnahmeform 7 sowie des Stempels 8 ent¬ sprechend ausgebildet werden, so dass auch kompliziertere o- der komplexere dreidimensionale Formen erzeugt werden mit z.B. Vorsprüngen und/oder Vertiefungen usw., je nach Funktion und Einsatzzweck.
Dem Pressvorgang kommt entgegen, dass die Phosphatierungsbe- schichtungen und/oder gegebenenfalls nanokeramische Beschich- tungen oder ggf. auch andere Beschichtungsarten als Gleitbe- schichtung anzusehen sind. Dabei können die Fasern beispielsweise so ausgerichtet werden, dass sie den magnetischen Fluss unterstützen, was bedeutet, dass die Fasern möglichst dem theoretischen Verlauf der Magnetfeldlinien folgen. Durch Parameter wie beispielsweise die Faserfeinheit, die Ausrichtung der Fasern, dem Grundmaterial der Fasern, der isolierenden Beschichtung und/oder der durch den Press- oder Komprimierungsvorgang erreichten Dichte sowie die Sinterparameter sind die physikalischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Paketsystems einstellbar. Beispielsweise können durch die Verwendung von gröberen Fasern eine höhere Porosität und leichtere Pakete mit einer höheren Sättigung erzielt werden. Durch die Ausrichtung oder gezielte Ausrichtung der Fasern können unerwünschte Magnetfeldlinien unterdrückt werden und gewünschte Feldlinien quasi gezüchtet bzw. gefördert oder unterstützt werden. Des Weiteren kann man Fasern herstellen in den bekannten Qualitäten wie bei Elektroblechen und -bändern, z.B. M330, M800 usw.. Derartige Elektrobleche sind beispielsweise kaltgewalzte nicht kornorientierte Elektrobleche und -bänder im schlussgeglühten Zustand gemäß DIN EN 10106 oder kornorientierte Elektrobleche und -bänder im schlussgeglühten Zu¬ stand gemäß DIN EN 10107. Grundsätzlich kann das Grundmateri- al und die Grundmaterialqualität der Fasern je nach Funktion und Einsatzzweck variiert werden, ebenso wie bei den heute verwendeten Elektroblechen wie z. B. M800, M530 oder M330 etc.. Damit ändern sich vergleichbar zu den Blechen die Eigenschaften und Kosten. Außerdem kann die isolierende Be- schichtung der Fasern variiert werden und damit kostenopti¬ miert eingesetzt werden. Beispielsweise können Eisenphospha- tierungen, nanokeramische Beschichtungen und/oder ferritkeramischen Beschichtungen gewählt werden und so die magnetischen Eigenschaften sowie die Kosten und die Prozesseigenschaften optimiert werden.
In Fig. 3 ist das erfindungsgemäße Paketsystem 1 nach der Entnahme aus der Aufnahmeform im Anschluss an den Press- oder Komprimierungsvorgang gezeigt. Das Paketsystem 1 ist dabei, wie zuvor beispielsweise ein Rotor 2 einer elektrischen Maschine 1, und auf einer zugeordneten Welle 9 der elektrischen Maschine 1 angeordnet. Die Darstellung in Fig. 3 ist dabei ebenfalls rein schematisch und stark vereinfacht. Zusätzlich oder alternativ zu dem Magnet oder Magneten kann auch wenigstens ein anderes Bauteil oder Funktionselement in dem Paket¬ system 1 mit eingepresst werden, beispielsweise eine Welle, ein Lager usw ..
Neben den rein gepressten Fasermaterialien können in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform auch Kombinationen der zuvor beschriebenen Blechpakete und SMC (Soft Magnetic Composites) - Pulver zur Anwendung kommen. Bei dem pulvermetallurgischen Material bzw. SMC- Material z. B. der Fa.
Höganäs Somaloy®, werden die einzelnen Pulverpartikel mit ei¬ ner zusätzlich elektrischen Isolierschicht versehen und können in einem Pressverfahren zu einem erfindungsgemäßen Paketsystem verformt werden. Auch können die isolierten Fasern zu einem Faserpulver weiterverarbeitet werden und aus diesem Material Pakete hergestellt werden. Dabei können Langfasern und Faserpulver miteinander vermischt und kombiniert werden und gegebenenfalls zusätzlich ein Faserpulver, ein SMC-Pulver, und/oder ein ferritisches Pulver unter die Lang- und Kurzfasern gemischt werden, wie in dem Ausschnitt A-A in nachfol¬ gender Fig. 6 gezeigt ist.
Die Zugabe von SMC-Pulver, ferritischem Pulver und/oder Faserpulver kann die Dichte des mit einer zusätzlichen elektrischen Isolierung der Fasern versehenen Fasermaterials, z.B. in Form einer Fasermatte, eines Fasergewirrs und/oder Faser¬ pulvers, zusätzlich erhöhen und damit noch einmal eine Opti¬ mierung oder Verbesserung der elektromagnetischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Paketsystems bringen. Da bereits geringe Mengen dieses SMC-Pulvers als Zusatz zu dem Faserma¬ terial ausreichen, resultiert der Einsatz dieses SMC-Pulvers nicht in einer nennenswerten Erhöhung des Gesamtpreises des erfindungsgemäßen Paketsystems. Wie zuvor ausgeführt, kann auch wahlweise zusätzlich oder alternativ ferritisches Pulver zugesetzt werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das mit einer zusätzlichen elektrischen Isolierung der Fasern versehenen Fasermaterial, z.B. in Form einer Fasermatte, ei¬ nes Fasergewirrs und/oder Faserpulvers, mit einem oder mehre¬ ren Blechpaketen kombiniert werden, wie sie zuvor beschrieben wurden. Bei solchen Blechpakten werden Bleche, die mit einer Isolierschicht versehen sind, zu einem Blechpaket zusammenge- fasst. Das Blechpaket kann dabei mit dem Fasermaterial bzw. in das Fasermaterial integriert werden, insbesondere vor oder nach dem Komprimieren des Fasermaterials. Dabei kann ein je¬ weiliges Blechpaket in Aussparungen des Fasermaterials einge- presst und/oder eingeklebt werden usw...
Durch diesen Technologiemix in einem erfindungsgemäßen Paketsystem kann eine funktions- und preisoptimierte Topologie hergestellt werden, die auch die Herstellung von komplexeren dreidimensionalen PaketSystemen ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Paketsystem hat den Vorteil, dass es ei¬ ne Gestaltungsfreiheit in allen geometrischen Dimensionen erlaubt und insbesondere mit komplizierteren dreidimensionalen Formen hergestellt werden kann. Des Weiteren können Stanzabfälle durch das Komprimieren von Fasermatten vermieden werden. Des Weiteren können der Faserverlauf und die Faserdichte dem theoretischen bekannten Feldlinienverlauf innerhalb des Paketsystems sehr einfach angepasst werden, wodurch optimale magnetische Flussverläufe mit optimaler Materialausnutzung realisiert werden können. Ein Beispiel für eine Faserausrichtung entlang von Feldlinien bei einem Motorpaket ist in nachfolgender Fig. 5 gezeigt.
Durch die Pressung oder Komprimierung des Fasermaterials kann die Dichte eingestellt und damit die Dichte bezüglich der Flusskonzentration so optimiert werden, dass sich bei minimalem Materialeinsatz keine Sättigung einstellt. Die Dichte kann auch beispielsweise selektiv in Bereichen des Fasermate¬ rials des Paketsystems je nach Sättigungsgrad eingestellt werden. Durch die Möglichkeit eine optimale Materialausnut¬ zung bereitzustellen kann des Weiteren ein Gewichtsvorteil erzielt werden. Außerdem können preiswerte Grundmaterialien, wie z.B. Eisenwolle aus einer weichmagnetischen Eisenlegie¬ rung, Beschichtungsverfahren sowie Verarbeitungstechnologien genutzt werden. Auch ist es einfach möglich im Stator und im Rotor unterschiedliche Qualitäten, z.B. hinsichtlich des Materials, der isolierenden Beschichtung usw., und unterschiedliche Verpressungen zu benutzen, z.B. einmal Fasermatten und einmal Faserpulver zu verpressen, ohne Stanzabfälle zu produ¬ zieren. Auf diese Weise können sehr einfach und gezielt kos¬ tenoptimierte Motoren usw. hergestellt werden. Weiter können Parameter wie die Faserqualität, die Faserdicke und/oder der Faserverlauf derart eingestellt werden, dass an¬ wendungsspezifische und preisoptimierte Paketsysteme erzielt werden können.
Während die Standardblechpakete bei höheren Frequenzen ab ca. 1000Hz gegenüber den Pulvermaterialien wie SMC (Soft Magnetic Composites) - Pulver Nachteile aufweisen, können die bei dem erfindungsgemäßen Paketsystem eingesetzten Fasermaterialien für höhere Frequenzanwendungen eine immer noch gute Eignung aufweisen. Damit kann die Lücke bei Frequenzanwendungen zwischen Blechpaketen und Pulvermaterialien wie SMC (Soft Magnetic Composites) - Pulver preiswert geschlossen werden. Ne¬ ben dem genannten SMC-Pulvermaterial kann des Weiteren auch ein Pulvermaterial aus Eisen (Fe) , Silizium (Si) und Chrom (Cr) , welches keinen organischen Binder aufweist und von Tayio Yuden entwickelt wurde, eingesetzt werden.
Durch die Faserstruktur können vibrationsdämpfende Eigenschaften des Paketsystems eingestellt werden, was zu erhebli¬ chen Akustikvorteilen führt.
Des Weiteren kann durch eine zumindest teilweise eingestellte Porosität des komprimierten Fasermaterials des erfindungsge¬ mäßen Paketsystems eine Kühlung durch ein durchströmendes Me¬ dium, wie z.B. Luft, Wasser, Öl usw., erreicht werden.
Durch die Möglichkeit in das Fasermaterial Funktionselemente wie Befestigungselemente, Lagerungen, Leiter, Kühlungsleitungen, Sensor-Elemente, Aktor-Elemente, Elemente aus eine mag¬ netischen Formgedächtnislegierung (engl, magentic shape memo- ry alloys MSMA) , oder Magnete, insbesondere Permanentmagnete, usw. zu integrieren und das Fasermaterial dabei in einem Pressvorgang zusätzlich zu komprimieren, sowie durch die geometrische Gestaltungsfreiheit sind Funktionsintegrationen er- zielbar. Dies führt zu kompakten Gesamtprodukten, Preisvorteilen bezüglich Herstellung und Montage und zur Realisierung zusätzlicher Funktionen usw..
In Fig. 4 ist ein Beispiel für einen Pressling 10 aus einem komprimierten Fasermaterial, hier aus Stahlfasern, gezeigt. Der Pressling weist dabei eine hohe Porosität auf. Bei einer elektromagnetischen Anwendung des erfindungsgemäßen Paketsystem wird dagegen eine vorzugsweise hohe Dichte in der Regel angestrebt .
In Fig. 5 ist ein stark vereinfachter, nicht maßstäblicher und rein schematischer Teilschnitt eines Motorpakets als ei¬ nem Beispiel für ein erfindungsgemäßes Paketsystem 1 gezeigt. Das Motorpaket weist dabei ein Fasermaterial 4 aus magneti¬ schen Fasern 11 auf, wobei die Fasern 11 mit einer zusätzlichen elektrischen Isolierung versehen sind, wie zuvor mit Bezug auf die Fig. 1-4 beschrieben wurde.
Bei den Fasern 11 handelt es sich in dem Ausführungsbeispiel z.B. um Langfasern und Kurzfasern, wobei die Fasern zusätzlich mit Faserpulver mit seinen Faserpulverpartikeln gemischt sind .
Die Erfindung ist aber weder auf Langfasern, Kurzfasern und Faserpulver noch auf eine Kombination daraus beschränkt.
Grundsätzlich kann jede geeignete Faserlänge der Fasern verwendet und wahlweise zusätzlich mit Fasern wenigstens einer anderen Faserlänge kombiniert, z.B. gemischt, werden. Das Hinzumischen von Faserpulver oder einem anderen zuvor beschriebenen Pulver ist ebenfalls optional.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist verläuft die Faserausrichtung der Fasern 11 des Fasermaterials 4 entlang der Feldlinien. Die Faserausrichtung kann beispielsweise durch Anlegen eines ge- eigneten Magnetfeldes an das Fasermaterial 4 in der Aufnahme¬ form z.B. vor dem Pressen angelegt werden. Gegebenenfalls kann die Aufnahmeform zusätzlich in Vibration versetzt werden zum zusätzlichen Unterstützen der Ausrichtung der Fasern entlang der Feldlinien.
In Fig. 6 ist ein Ausschnitt A-A des in Fig. 5 gezeigten Motorpakets in einer vergrößerten Ansicht gezeigt. Dabei ist die Mischung aus Langfasern 12, Kurzfasern 13 und Faserpulver mit seinen Faserpulverpartikeln 14 gezeigt. Wie zuvor ausgeführt ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Ausgestal¬ tung beschränkt.
In einer alternativen Ausführungsform kann das in Fig. 5 und 6 gezeigte Motorpaket als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Paketsystems 1 auch derart hergestellt werden, dass ein Fa¬ sermaterial verwendet wird, das zunächst mit keiner zusätzli¬ chen elektrisch isolierenden Beschichtung, wie beispielsweise einer Beschichtung durch Phosphatieren oder dergleichen, versehen ist.
Das Fasermaterial aus magnetischen, insbesondere weichmagne¬ tischen Fasern, kann wie zuvor beschrieben als ein Geflecht, beispielsweise Wirrgeflecht, aus Fasern wenigstens einer be¬ stimmten Länge, z.B. Langfasern, Kurzfasern usw. und/oder als lose Fasern in Form eines Faserpulvers vorliegen. Wie ebenfalls zuvor beschrieben wird z.B. ein Faserpulver verwendet, bei welchem es sich beispielsweise um kleingehackte Fasern oder kleingehacktes Fasermaterial, z.B. ein kleingehacktes Fasergeflecht, wie ein kleingehacktes Faserwirrgeflecht oder eine kleingehackte Fasermatte usw., aus magnetischen Fasern, vorzugsweise weichmagnetischen Fasern, handelt.
Dabei kann dem Fasermaterial wahlweise wenigstens ein zusätz¬ liches Faserpulver, ein SMC-Pulver, und/oder ein ferritisches Pulver usw. untergemischt werden und dadurch beispielsweise bei Bedarf die Dichte erhöht werden. Die Erfindung ist aber auf den Zusatz von Faserpulver, SMC-Pulver, Pulver aus Eisen (Fe) , Silizium (Si) und Chrom (Cr) ohne organischen Binder und/oder ferritischem Pulver nicht beschränkt, es kann jedes andere für das Paketsystem geeignete Pulvermaterial unter das Fasermaterial untergemischt werden, je nach Funktion und Ein¬ satzzweck. Neben Langfasern und Kurzfasern kann das Fasermaterial des Weiteren jede andere Länge von Fasern oder Kombi¬ nation von Faserlängen aufweisen, je nach Funktion und Einsatzzweck .
Das Fasermaterial, welches zunächst mit keiner eigenen elektrisch isolierenden Beschichtung versehen ist, wird in einem nächsten Schritt in eine Aufnahmeform gegeben, wie sie zuvor beispielhaft in Fig. 1 gezeigt ist, wobei in der Auf¬ nahmeform wahlweise zusätzlich ein oder mehrere Bauteile oder Funktionselemente vorgesehen werden können, wie sie zuvor mit Bezug auf die Figuren beschrieben wurden und daher nicht wiederholt werden. Anschließend wird ein flüssiger Kunststoff in die Aufnahmeform gegossen, welcher in das Fasermaterial eindringt und dieses durchdringt und dadurch das Fasermaterial mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung umgibt oder versieht. An das mit dem flüssigen Kunststoff durchdrungene oder durchtränkte Fasermaterial kann wahlweise zusätzlich ein geeignetes Magnetfeld angelegt werden, um eine Faserausrich¬ tung des Fasermaterials entlang der Feldlinien zu erzielen wie bereits mit Bezug auf Fig. 5 beispielhaft gezeigt. Gege¬ benenfalls kann die Aufnahmeform dabei zusätzlich in Vibration versetzt werden zum weiteren Unterstützen der Ausrichtung des Fasermaterials entlang der Feldlinien.
Ein zusätzliches Pressen des mit dem Kunststoff durchtränkten Fasermaterials ist dabei nicht unbedingt erforderlich und kann entfallen. Es kann jedoch bei Bedarf wahlweise ein zu- sätzliches Pressen des mit dem Kunststoff durchtränkten Fa¬ sermaterials erfolgen, je nach Funktion und Einsatzzweck. Nach dem Aushärten oder Verfestigen des Kunststoffs kann das fertige Paketsystem, hier beispielsweise ein Motorpaket, aus der Aufnahmeform entfernt werden.
Statt wie zuvor beschrieben, das Fasermaterial mit flüssigem Kunststoff in der Aufnahmeform auszugießen, können auch
Kunststoffpellets mit magnetischen, insbesondere weichmagne¬ tischen Fasern, verwendet werden, beispielsweise Kunststoff¬ pellets mit solchen Fasern mit einer Faserlänge von bei¬ spielsweise 20mm. Die in den Kunststoffpellets enthaltenen Fasern weisen selbst keine eigene elektrische isolierende Be- schichtung auf, wie beispielsweise eine Phosphatierungsbe- schichtung. Stattdessen bildet das Kunststoffmaterial der Kunststoffpellets eine elektrisch isolierende Beschichtung für die in den Kunststoffpellets enthaltenden Fasern. Die Erfindung ist hierbei auf Kunststoffpellets mit Fasern mit ei¬ ner Faserlänge von 20mm nicht beschränkt. Die Fasern können sowohl kürzer als 20mm als auch länger als 20mm sein. Die Kunststoffpellets mit den darin eingeschlossenen Fasern aus einem magnetischen, insbesondere weichmagnetischen Material, werden einem Extruder, beispielsweise einem Schneckenextru¬ der, zugeführt und weichgemacht oder verflüssigt und an¬ schließend das weichgemachte oder verflüssigte Material in der Aufnahmeform aufgenommen und ausgehärtet. Den Kunststoffpellets kann wahlweise zusätzlich wenigstens ein zusätzliches Faserpulver, ein SMC-Pulver, ein Pulvermaterial aus Eisen (Fe) , Silizium (Si) und Chrom (Cr) , welches keinen organischen Binder aufweist, und/oder ein ferritisches Pulver usw. untergemischt werden und dadurch beispielsweise bei Bedarf die Dichte erhöht werden. Wie zuvor beschrieben können in der Aufnahmeform wahlweise zusätzlich ein oder mehrere Bauteile oder Funktionselemente vorgesehen werden, wie sie zuvor mit Bezug auf die Figuren beschrieben wurden. An das weichgemachte oder flüssige in der Aufnahmeform aufge¬ nommene Material aus den durch den Extruder weichgemachten oder verflüssigten Kunststoffpellets kann wahlweise zusätzlich ein geeignetes Magnetfeld angelegt werden, um eine Fa¬ serausrichtung der Fasern der Kunststoffpellets entlang der Feldlinien zu erzielen wie bereits mit Bezug auf Fig. 5 bei¬ spielhaft gezeigt wurde. Gegebenenfalls kann die Aufnahmeform dabei zusätzlich in Vibration versetzt werden zum weiteren Unterstützen der Ausrichtung des Fasermaterials entlang der Feldlinien .
Ein zusätzliches Pressen des in der Aufnahmeform aufgenommenen Materials aus den weichgemachten oder verflüssigten
Kunststoffpellets ist nicht unbedingt erforderlich und kann entfallen. Grundsätzlich kann aber bei Bedarf ein zusätzliches Pressen des in der Aufnahmeform aufgenommenen Materials aus den weichgemachten oder verflüssigten Kunststoffpellets erfolgen, je nach Funktion und Einsatzzweck.
Statt Kunststoffpellets mit darin enthaltenen magnetischen Fasern, insbesondere weichmagnetischen Fasern, können auch Kunststoffpellets ohne derartige Faser einem Extruder, bei¬ spielsweise eine Schneckenextruder, zugeführt und weichge¬ macht oder verflüssigt werden. Dem Extruder kann dabei unab¬ hängig von diesen ausschließlich aus Kunststoffmaterial bestehenden Kunststoffpellets das Fasermaterial aus magneti¬ schen Fasern, insbesondere weichmagnetischen Fasern, zugeführt werden. Das Fasermaterial kann, wie zuvor beschrieben, als ein Geflecht, beispielsweise Wirrgeflecht, aus Fasern we¬ nigstens einer bestimmten Länge, z.B. Langfasern, Kurzfasern usw. und/oder als lose Fasern in Form eines Faserpulvers vorliegen und dem Extruder zugeführt werden. Das Fasermaterial weist dabei selbst zunächst keine zusätzliche elektrisch iso¬ lierende Beschichtung auf, wenn es dem Extruder und dem durch den Extruder verflüssigten oder weichgemachten Kunststoffmaterial zugeführt wird. Stattdessen wird das Fasermaterial mit dem Kunststoffmaterial durch den Extruder vermengt und durch das Kunststoffmaterial mit einer elektrischen Isolierung versehen. Das weiche oder flüssige Kunststoffmaterial mit dem darin aufgenommenen Fasermaterial wird in einer Aufnahmeform aufgenommen, wie sie beispielhaft in Fig. 1 gezeigt ist.
Den Kunststoffpellets kann ebenfalls wahlweise zusätzlich we¬ nigstens ein zusätzliches Faserpulver, ein SMC-Pulver, und/oder ein ferritisches Pulver usw. untergemischt werden und dadurch beispielsweise bei Bedarf die Dichte erhöht wer¬ den. Wie zuvor beschrieben können in der Aufnahmeform wahlweise zusätzlich ein oder mehrere Bauteile oder Funktionsele¬ mente vorgesehen werden, wie sie zuvor mit Bezug auf die Fi¬ guren beschrieben wurden.
An das weichgemachte oder flüssige in der Aufnahmeform aufge¬ nommene Material aus den durch den Extruder weichgemachten oder verflüssigten Kunststoffpellets und dem darunter gemischten Fasermaterial kann wahlweise zusätzlich ein geeigne¬ tes Magnetfeld angelegt werden, um eine Faserausrichtung der Fasern des Fasermaterials entlang der Feldlinien zu erzielen wie bereits mit Bezug auf Fig. 5 beispielhaft gezeigt wurde. Gegebenenfalls kann die Aufnahmeform dabei zusätzlich in Vibration versetzt werden zum weiteren Unterstützen der Ausrichtung des Fasermaterials entlang der Feldlinien.
Ein zusätzliches Pressen des in der Aufnahmeform aufgenommenen Materials aus den weichgemachten oder verflüssigten
Kunststoffpellets und dem darin enthaltenen Fasermaterial ist nicht unbedingt erforderlich und kann entfallen. Grundsätzlich kann aber bei Bedarf ebenfalls ein zusätzliches Pressen des in der Aufnahmeform aufgenommenen Materials aus den weichgemachten oder verflüssigten Kunststoffpellets und dem darin enthaltenen Fasermaterial erfolgen, je nach Funktion und Einsatzzweck.
Mittels des Extruders, beispielsweise eines Schneckenextru¬ ders, kann ein spritzbares Material aus Kunststoff und Faser¬ material erhalten werden und so z.B. ein spritzbarer Statorwerkstoff, Paketwerkstoff, oder Rotorwerkstoff usw. bereitge¬ stellt werden. Dies gilt für alle Ausführungsbeispiele mit Extruder. Des Weiteren liegt der Anteil an Fasermaterial in dem Kunststoffmaterial beispielsweise bei 50% bis 80%.
Als Fasermaterial können beispielsweise Eisenfasern oder Koh¬ lefasern als weichmagnetische Fasern verwendet werden oder jedes andere weichmagnetische Material, insbesondere weich¬ magnetische Metall oder Metalllegierung.
Des Weiteren ist in den Fig. 7 und 8 jeweils ein Ausschnitt eines Beispiels für einen schichtweisen Aufbau eines erfindungsgemäßen Paktsystems 1 gezeigt.
Wie in dem Ausschnitt in Fig. 7 und 8 gezeigt ist, sind dabei mehrere gepresste Schichten 15 aus Fasermaterial 4 vorgese¬ hen, wobei das Fasermaterial 4 keine zusätzliche elektrisch isolierende Beschichtung, wie zuvor mit Bezug auf die Fig. 1- 6 beschrieben wurde, aufweist. Grundsätzlich kann das Fasermaterial 4 jedoch in dem Ausführungsbeispiel in den Fig. 7 und 8 gegebenenfalls auch eine solche zusätzliche elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen, wie sie zuvor beschrieben wurde, beispielsweise eine durch Phosphatierung erzeugte Be¬ schichtung usw..
Zwischen den Faserschichten 15 ist in Fig. 7 und 8 jeweils abwechselnd wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht 16 vorgesehen. Diese elektrisch isolierende Schicht 16 kann da¬ bei wenigstens eine Papierschicht, eine KunststoffSchicht , eine Lackschicht, ein Kartonlage, eine Keramikschicht, bei¬ spielsweise eine Ferritkeramikschicht usw. sein. Die Erfin¬ dung ist jedoch auf die Beispiele für zusätzliche isolierende Schichten nicht beschränkt. Wahlweise kann zusätzlich zu we¬ nigstens einer elektrisch isolierenden Schicht 16 zwischen zwei Faserschichten 15 wenigstens eine zusätzliche paramagne¬ tische 17 und/oder diamagnetische Schicht 18 vorgesehen sein.
Zumindest die Faserschichten 15 in Fig. 7 und 8 können zusätzlich gepresst sein bei Bedarf.
Bei dem schichtweise Aufbau der Faserschichten 15, beispiels¬ weise zusätzlich gepressten Faserschichten 15, die sich abwechseln mit jeweils wenigstens einer elektrisch isolierenden Schicht 16, wie z.B. in Fig. 7 und 8 gezeigt ist, können die elektrisch isolierenden Schichten 16 vergleichbar zu den elektrisch isolierenden Beschichtungen der Fasern unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
Mit derartig aufgebauten Sandwichmaterialien, wie sie beispielhaft in Fig. 7 und 8 gezeigt sind, können ebenfalls dreidimensionale Paketsysteme 1 durch Fügevorgänge, wie z.B. Pressen und/oder Kleben, erstellt werden. Dabei können auch sehr einfach Materialien wie Kunststoff, Lack und/oder Papier als elektrisch isolierende Schichten 15 benutzt werden.
Es können aber vor dem Hintergrund unterschiedlicher technischer Zielsetzungen auch Materialien wie beispielsweise Keramik, z.B. Ferritkeramik, paramagnetische und/oder diamagnetische Schichten eingesetzt werden, beispielsweise in dem Aus¬ führungsbeispiel in Fig. 7. In Fig. 7 ist auf wenigstens ei¬ ner Seite wenigstens einer elektrisch isolierenden Schicht 15 zusätzlich eine paramagnetische Schicht 17 und/oder diamagne¬ tische Schicht 18 vorgesehen. Die zusätzliche paramagnetische Schicht 17 ist in Fig. 7 mit einer gestrichelten Linie und die zusätzliche diamagnetische Schicht 18 mit einer gepunkte¬ ten Linie angedeutet.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Fig. 1 bis 8 vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht be¬ schränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizier¬ bar. Die Ausführungsformen wie sie mit Bezug auf die Fig. 1 sind 8 beschrieben wurden sind auch miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale hiervon
Bezugs zeichenliste Paketsystem
Rotor
elektrische Maschine
magnetisches Fasermaterial Funktionselement
Magnet
Aufnahmeform
Stempel
Welle
Pressling
Faser
Langfaser
Kurzfaser
Faserpulverpartikel
Faserschicht
elektrisch isolierende Schicht paramagnetische Schicht
diamagnetische Schicht

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Paketsystem (1) für eine elektrische Maschine (3), insbe¬ sondere einen Motor oder Transformator, wobei das Paketsystem (1) wenigstens ein magnetisches Fasermaterial (4) aufweist, das mit einer elektrischen Isolierung versehen ist.
2. Paketsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzei chnet ,
dass als elektrische Isolierung des magnetischen Fasermaterials eine elektrisch isolierende Schicht zwischen wenigstens zwei Schichten des magnetischen Fasermaterials vorgesehen ist und/oder wobei die Fasern des Fasermaterials mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen sind.
3. Paketsystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzei chnet ,
dass die elektrisch isolierende Beschichtung der Fasern eine chemische Beschichtung, insbesondere eine durch Phosphatieren der Fasern gebildete Schicht oder Beschichtung, und/oder eine nanokeramische Beschichtung ist.
4. Paketsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet ,
dass die elektrisch isolierende Beschichtung aus Kunststoff besteht, mit welchem das Fasermaterial durchtränkt ist und/oder in welche das Fasermaterial eingebettet ist.
5. Paketsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet ,
dass die elektrisch isolierende Schicht eine Papierschicht, eine Kunststoffschicht , eine Lackschicht, ein Kartonlage und/oder eine Keramikschicht, insbesondere eine Ferritkera¬ mikschicht, ist.
6. Paketsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet ,
dass wenigstens eine paramagnetische Schicht und/oder wenigs¬ tens eine diamagnetische Schicht zwischen wenigstens zwei Schichten aus Fasermaterial vorgesehen ist, wobei die Fasern der Schichten aus Fasermaterials insbesondere mit der
elektrisch isolierenden Beschichtung oder ohne die elektrisch isolierende Beschichtung versehen sind, wobei zwischen den zwei Schichten aus Fasermaterial mit den Fasern ohne die elektrisch isolierende Beschichtung vorzugsweise wenigstens die elektrisch isolierende Schicht vorgesehen ist.
7. Paketsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet ,
dass das magnetische Fasermaterial (4) ein weichmagnetisches Fasermaterial und/oder ein Fasermaterial aus einem Elektrob- lechmaterial ist und wobei das Fasermaterial (4) insbesondere ein Langfasermaterial (12) und/oder ein Kurzfasermaterial (13) ist.
8. Paketsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet ,
dass das magnetische Fasermaterial (4) ein Fasergeflecht, insbesondere Wirrgeflecht, und/oder ein Faserpulver (14) aus zerkleinerten Fasern ist.
9. Paketsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zei chnet ,
dass das Paketsystem (1) wenigstens ein Funktionselement (5) und/oder wenigstens ein Blechpaket aus wenigstens zwei Ble¬ chen mit einer dazwischen angeordneten elektrisch isolierenden Schicht aufweist, wobei das Funktionselement (5) insbe¬ sondere ein Befestigungspunkt, eine Leiterbahn, eine Tempe- rier-Leitung, vorzugsweise Kühlungsleitung, ein Lager, eine Welle, ein Sensor-Element, ein Aktor-Element, ein Funktions- element aus einem magnetfeldabhängig orientierten Material, insbesondere einer magnetischen Formgedächtnislegierung MSMA, oder ein Magnet, insbesondere Permanentmagnet (6), ist.
10. Paketsystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzei chnet ,
dass zumindest das magnetische Fasermaterial (4) des Paket¬ systems gesintert ist.
11. Paketsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet ,
dass Fasern des magnetischen Fasermaterials (4) derart ausge¬ richtet sind, dass die Fasern möglichst dem theoretischen Verlauf der Magnetfeldlinien folgen.
12. Paketsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet ,
dass das magnetische Fasermaterial (4) ein zusätzliches weichmagnetisches Pulvermaterial, insbesondere SMC (Soft Mag- netic Composites) - Pulver oder ein Pulvermaterial aus Eisen, Silizium und Chrom (Cr), aufweist.
13. Paketsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet ,
dass magnetische Fasermaterial (4) derart komprimiert ist, dass es eine definierte, vorzugsweise möglichst hohe Dichte aufweist .
14. Paketsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet ,
dass das magnetische Fasermaterial (4) gleichmäßig kompri¬ miert oder wenigstens zwei Abschnitte mit einer unterschied¬ lichen Komprimierung aufweist, wobei der eine Abschnitt eine stärkere Komprimierung als der andere Abschnitt aufweist.
15. Paketsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet ,
dass die Komprimierung des Fasermaterials in einer Richtung erfolgt, die ein anisotropes magnetisches Verhalten des Fa¬ sermaterials bewirkt.
16. Paketsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet ,
dass das Paketsystem (1) ein Rotor (2), ein Stator oder ein Transformatorkern ist.
17. Elektrische Maschine (3) mit einem Paketsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
18. Elektrische Maschine nach Anspruch 17,
dadurch gekennzei chnet ,
dass die elektrische Maschine (3) ein elektronisches oder elektromechanisches Gerät, insbesondere ein Motor und vor¬ zugsweise eine Elektromotor mit einem Rotor (2) und einem Stator, ein Transformator, ein Sensor, ein Hubmagnet oder ein elektronisches Bauteil, insbesondere eine Spule oder eine Drossel ist.
19. Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Paketsystems für eine elektrische Maschine, insbesondere nach ei¬ nem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 18, mit den Schritten:
Bereitstellen eines magnetischen Fasermaterials (4),
Versehen des magnetischen Fasermaterials mit einer elektrischen Isolierung und
Vorsehen des magnetischen Fasermaterials (4) in einer Aufnahmeform (7) .
20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzei chnet durch ,
Vorsehen einer elektrisch isolierenden Schicht zwischen wenigstens zwei Schichten des magnetischen Fasermaterials als elektrische Isolierung und/oder
Versehen der Faser des Fasermaterials mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung als elektrische Isolierung, wobei die elektrisch isolierende Beschichtung insbesondere ein che¬ misches Beschichten, vorzugsweise ein Phosphatieren der Fasern, und/oder ein Beschichten mit einer Nanokeramik, insbesondere einer Ferritkeramik, ein Tränken mit Kunststoff und/oder ein Einbetten in Kunststoff umfasst.
21. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzei chnet ,
dass die elektrisch isolierende Schicht eine Papierschicht, eine Kunststoffschicht , eine Lackschicht, ein Kartonlage und/oder eine Keramikschicht, insbesondere eine Ferritkera¬ mikschicht, ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21,
gekennzei chnet durch,
Tränken des magnetischen Fasermaterials (4) mit Kunststoff durch Zuführen des Kunststoffs in weicher oder flüssiger Form, insbesondere mittels eines Extruders, wobei der weiche oder flüssige Kunststoff vorzugsweise zugeführt wird, wenn das magnetische Fasermaterial in der Aufnahmeform (7) vorge¬ sehen ist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22,
gekennzei chnet durch,
Einbetten des magnetischen Fasermaterials in Kunststoff durch Zuführen von Kunststoffpellets mit darin enthaltenen magneti¬ schen Fasern einem Extruder und Vorsehen des in den weichen oder flüssigen Kunststoff eingebetteten magnetischen Fasermaterials (4) in der Aufnahmeform (7) .
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, gekennzei chnet durch,
Einbetten des magnetischen Fasermaterials (4) in Kunststoff durch Zuführen von einerseits reinen Kunststoffpellets einem Extruder und Zuführen von andererseits Fasermaterial dem Extruder und Vorsehen des in den weichen oder flüssigen
Kunststoff des Extruders eingemischten magnetischen Faserma¬ terials (4) zusammen mit dem Kunststoff in der Aufnahmeform (7) .
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24,
gekennzei chnet durch,
Versehen der Fasern des Fasermaterials mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung, insbesondere einer chemischen Beschichtung und/oder einer nanokeramischen Beschichtung.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25,
gekennzei chnet durch,
Anordnen wenigstens einer paramagnetischen Schicht (17) und/oder eine diamagnetischen Schicht (18) zwischen zwei Schichten aus dem Fasermaterial, wobei die Fasern des Faser¬ materials eine elektrisch isolierende Beschichtung oder keine zusätzliche elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26,
gekennzei chnet durch ,
Einbringen von wenigstens einem Funktionselement (5) und/oder wenigstens einem Blechpaket zusammen mit dem magnetischen Fasermaterial und seiner elektrischen Isolierung in die Aufnahmeform (7) .
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27,
gekennzei chnet durch, Pressen des magnetischen Fasermaterials (4) zu einer gewünschten Form, wobei das wenigstens eine Funktionselement (5) und/oder wenigstens eine Blechpaket in das gepresste Fa¬ sermaterial integriert oder integrierbar ist.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 oder 28,
gekennzei chnet durch ,
Befestigen des wenigstens einen Funktionselements (5) und/oder Blechpakets in einer zugeordneten Öffnung oder Vertiefung in dem Paketsystem (1), insbesondere nach dem Pressen des magnetischen Fasermaterials (4) in die gewünschte Form, wobei das Befestigen des wenigstens einen Funktionselements (5) und/oder Blechpakets in der zugeordneten Öffnung oder Vertiefung in dem Paketsystem (1) insbesondere durch Einpressen und/oder Einkleben erfolgt.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29,
gekennzei chnet durch,
Hinzufügen eines weichmagnetischen Pulvers, insbesondere SMC (Soft Magnetic Composites) - Pulvers, dem magnetischen Faser¬ material (4), dessen Fasern zusätzlich mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen sind, Hinzufügen eines na- nokeramischen Pulvers, insbesondere eines ferritkeramischen Pulversoder eines Pulvers aus Eisen, Silizum und Chrom, und/oder Hinzufügen von Faserpulver aus zerkleinerten Fasern (11) ·
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 30,
dadurch gekennzei chnet ,
dass das magnetische Fasermaterial (4) ein weichmagnetisches Fasermaterial oder ein Fasermaterial aus einem Elektroblech¬ material ist und wobei das Fasermaterial (4) aus einem weich¬ magnetischen Material und/oder Elektroblechmaterial insbesondere ein Langfasermaterial (12) und/oder ein Kurzfasermaterial (13) ist.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 31, gekennzei chnet durch,
Sintern des magnetischen Fasermaterials (4) und vorzugsweise Sintern des magnetischen Fasermaterials (4) vor, während und/oder nach dem Pressen des magnetischen Fasermaterials (4) in eine gewünschte Form.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 32,
dadurch gekennzei chnet ,
dass der Schritt des Vorsehens des magnetischen Fasermaterials (4) in einer Aufnahmeform (7) den Schritt aufweist, des Ausrichtens des Fasermaterials entlang von Magnetfeldlinien, insbesondere durch Anlegen eines Magnetfelds und gegebenen¬ falls Versetzen der Aufnahmeform in zusätzliche Vibration vor dem nachfolgenden Schritt des Pressens des magnetischen Fasermaterials (4) in eine gewünschte Form.
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