WO2024074465A1 - Method for producing a cofe alloy for a laminated core - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a CoFe alloy for a laminated core.
- Electrical machines can be operated as motors or generators and in most designs have a stator made of a soft magnetic material.
- the direction and strength of the magnetic flux in the rotor and stator are subject to periodic changes.
- This alternating magnetic field induces eddy currents in a circular direction, i.e. also in the direction of the longitudinal axis of the rotor and stator, which dissipate part of the energy supplied to the system as heat, so that this part no longer contributes to the performance of mechanical work.
- a high electrical resistance of the rotor and stator in the axial direction is desirable. This is typically achieved by a layered structure.
- the rotor and/or the stator of an electrical machine can have a large number of identical individual sheets (also called “laminations” or “layers”) that are stacked on top of one another and electrically insulated from one another. Such a structure is called a laminated core (also called a "package").
- laminated core also called a "package”
- the eddy current losses are proportional to the square of the sheet thickness of the individual layers. Consequently: the thinner the layers, the lower the eddy current losses and the higher the efficiency.
- stator and rotor have a high power density so that the electrical machine has a small construction volume and high performance.
- the fill factor of a laminated core describes the proportion of magnetically conductive material within the laminated core, which results from the total volume minus the volume of insulation layers, adhesive layers, air gaps and other layers with poor magnetic conductivity.
- the fill factor depends on, among other things, the power and torque density achievable with the drive, so that a high fill factor is desirable.
- CoFe cobalt-iron
- Commercially available CoFe alloys typically have a composition of 49% Fe, 49% Co and 2% V by weight.
- the task is therefore to create a process with which a laminated core with a high power density can be produced.
- a method for producing a CoFe alloy for a laminated core is provided.
- a stack of a plurality of sheets made of a CoFe alloy with 5 to 55% by weight of Co is provided.
- the stack is heat treated in a final annealing at a temperature T1 in a background magnetic field for a holding time t1, wherein T1 is between 700°C and 960°C, preferably 720°C to 950°C, preferably 760°C to 920°C.
- T1 is between 700°C and 960°C, preferably 720°C to 950°C, preferably 760°C to 920°C.
- the stack is then cooled to a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C.
- the stack is then heat-treated in a magnetic field annealing process, at least temporarily, in an externally applied magnetic field at a temperature T2 for a holding time t2, where T2 is between 500°C and T1, preferably between 650°C and T1, preferably between 700°C and T1, and is then cooled to a temperature less than 300°C, preferably less than 200°C.
- the externally applied magnetic field is greater than the background magnetic field.
- a background magnetic field is present, since the earth itself generates a magnetic field with a field strength of approximately 0.05 mT.
- a metal hood covering the stack can serve as a shield. Consequently, a background magnetic field is created, the value of which is determined from these and other factors.
- the background magnetic field is at most 1 kA/m, preferably less than 0.5 kA/m, preferably less than 0.1 kA/m.
- a further magnetic field is actively applied in addition to the background magnetic field, so that the total magnetic field in the magnetic field annealing is greater than the background magnetic field that is inherently present in the final annealing.
- the external magnetic field that is actively applied is thus greater than 0.1 kA/m.
- the external magnetic field is set so that a field strength of greater than 0.5 A/cm, preferably greater than 1 A/cm, particularly preferably greater than 3 A/cm is present in the soft magnetic material to be annealed.
- Heat treatment at elevated temperatures in an externally applied magnetic field provides sheets or a sheet package made of a CoFe alloy with improved soft magnetic properties.
- the sheets each have a first main surface and a second main surface opposite the first main surface.
- the first main surface of a first sheet may be stacked on the second main surface of a second sheet in a stacking direction perpendicular to the first main surface to form the stack.
- the sheets are loose in the stack.
- the sheets After magnetic field annealing, the sheets are processed into a laminated core.
- the sheets of the stack are fastened together, for example with one or more welds or points, and form a laminated core.
- the laminated core is subjected to the final annealing and then to a separate magnetic field annealing.
- the CoFe alloy contains between 5 and 55% Co by weight.
- the CoFe alloy can be a 50% CoFe alloy, the basic composition of which is approximately 49% Co by weight, approximately 49% Fe by weight and approximately 2% V by weight.
- Well-known trade names are VACOFLUX 48, VACOFLUX 50, VACODUR 50, VACODUR 49, VACODUR S Plus, HIPERCO 50, HIPERCO 50A, HIPERCO 50HS AFK 502 and AFK 502R.
- grain-refining additives such as Nb, Ta, Zr, which limit grain growth and thus enable increased strength.
- CoFe alloys are subjected to a so-called final annealing process to improve their soft magnetic properties.
- the invention is based on the finding that these CoFe alloys have soft magnetic properties that are largely isotropic in the plane of the sheet and that the soft magnetic properties could be further improved for use in electrical machines if a magnetically preferred direction could be created.
- the laminations of the stack or lamination packet may comprise a full section of a stator or a part of a stator such as a stator ring or individual teeth.
- the stack or lamination packet may comprise the shape of a stator or a segment of a stator, such as a lateral part, i.e. building blocks stacked on top of each other to form the part of a stator, or a part of a stator such as a stator ring or individual teeth (a so-called T-tooth), or a stator ring with individual teeth inserted into the stator ring.
- the individual parts had improved soft magnetic properties, such as increased permeability, in the direction of their magnetic stress.
- this would be the radial direction, i.e. the longitudinal axis of the tooth, which in the application points towards the center of the laminated core.
- this would be the circumferential direction for the ring.
- the individual segments of a motor or generator laminated core should therefore ideally be manufactured in such a way that improved properties such as increased permeability and thus reduced magnetic resistance are present in the direction of their main magnetic stress. Improved properties can be seen in comparison to an isotropic sheet. According to the invention, these anisotropic soft magnetic properties are achieved by suitable magnetic field annealing, whereby these improved magnetic properties can be produced in the desired direction.
- the CoFe alloy after magnetic field annealing, has a remanence ratio Br/Bs of greater than or equal to 0.8 with a remanence Br and a magnetic saturation Bs measured at 160 A/cm and/or a maximum permeability p max of more than 25,000, preferably more than 30,000, particularly preferably more than 40,000.
- magnetic field annealing A distinction can be made between two types of technical implementation of magnetic field annealing. If the magnetic field is parallel to the later direction of the flux density in the component, this is referred to as a longitudinal magnetic field. In so-called longitudinal field annealing, the magnetic field can be specified by current-carrying lines in the annealing furnace. If an external uniaxial field is applied in a magnetic field furnace by coil systems, which is parallel to the later direction of the flux density in the component of the parts annealed in it, this can also be referred to as longitudinal field annealing.
- a longitudinal field annealing differs from a so-called transverse field annealing, in which, for example, toroidal cores are strung on a rod and the magnetic field is in the axial ring direction or transverse to the band direction of the toroidal cores.
- This arrangement can be used to produce toroidal cores with a flat, linear "F" loop.
- the desired preferential direction can be generated by suitable annealing in a longitudinal magnetic field, ie the external field is generated by energizing electrical conductors running perpendicular to the sheet plane, which generate a magnetic field parallel to the later magnetic stress direction of the parts, ie the main surface of the sheet.
- an external magnetic field can be used, the source of which is located outside the annealing chamber of the furnace.
- the source can be a coil system that is located in the wall or outside the wall of a furnace.
- the magnetic field source and/or the segment or segments are oriented in such a way that the circumferential direction of the stator segments is as parallel as possible to the course of the applied magnetic field. In this case, there is no ideally tempered preferred direction, since it cannot run almost parallel to the circumferential direction. Nevertheless, an improvement in the properties is achieved compared to an isotropic sheet.
- stator segments can be assembled to form a stator ring before annealing and then the complete stator ring thus assembled can be subjected to annealing in the longitudinal field in order to achieve the desired preferred direction along the circumference.
- stator ring and individual teeth of a stator are manufactured separately, longitudinal field annealing can be used for the stator ring, in which the necessary longitudinal magnetic field is generated by current-carrying conductors.
- the individual teeth can be annealed in an external magnetic field.
- one or more flux guides can be used.
- the flux guide or flux guides are arranged in such a way that the flux impressed into the stator segment by the flux guides corresponds as closely as possible to the direction of flow in the stator composed of the individual segments in the subsequent motor application.
- the external magnetic field can be applied only partially or temporarily or for the entire duration of the heat treatment.
- the magnetic field annealing is carried out in a separate process after the normal final annealing, which serves to adjust the structure in the cooling phase.
- the final annealing can be carried out in a conventional furnace without a magnetic field source and the stack is transported to another furnace equipped with a magnetic field source.
- the final annealing is typically carried out at temperatures T1 of over 700°C or greater than 720°C, preferably between 750°C and 960°C.
- the maximum possible final annealing temperature is limited by the temperature at which the phase transition a/a+y takes place.
- the good soft magnetic properties are only achieved by annealing in the remote a range.
- the temperature T1 can therefore be between 700°C and T a /a+ Y.
- the temperature at which the phase transition a/a+y takes place depends on the composition of the CoFe alloy.
- the holding time t1 of the final annealing can, for example, be between 0.5 and 10 hours.
- the cooling rate of T1 can be between 10 K/h and 1000 K/h, preferably between 30 K/h and 300 K/h. In magnetic field annealing, a maximum temperature is used that is below the temperature of the final annealing.
- the external magnetic field is only applied during the cooling of the magnetic field annealing to a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C. The external magnetic field is thus not applied during the heating and during the holding time t2 of the magnetic field annealing.
- the external magnetic field is applied during the holding time t2 and during the subsequent cooling to a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C.
- the magnetic field can be applied over the entire holding time t2 and entire cooling of T2 to a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C.
- the external magnetic field is applied during less than 50% of the holding time t2 and during the subsequent entire cooling at a temperature less than 300°C, preferably less than 200°C. In some embodiments, the magnetic field is only applied in the second half of the holding time t2 and during the subsequent entire cooling to a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C.
- the holding time t2 of the magnetic field annealing can be between 1 minute and 10 hours.
- the cooling rate of T2 can be between 10 K/h and 1000 K/h, preferably between 30 K/h and 300 K/h.
- the final annealing and the magnetic field annealing can be carried out separately.
- the final annealing and the magnetic field annealing are carried out in different furnaces.
- the final annealing can be carried out under a protective gas atmosphere or a reducing atmosphere and/or the magnetic field annealing in a vacuum or under a protective gas atmosphere.
- the atmosphere in the final annealing and magnetic field annealing can be different.
- Pure nitrogen or argon can be used as a protective atmosphere.
- a hydrogen-containing atmosphere can be used for a reducing atmosphere.
- the hydrogen-containing atmosphere can be pure hydrogen or nitrogen and/or argon with an admixture of hydrogen.
- the protective gas atmosphere or reducing atmosphere is dry.
- the hydrogen-containing atmosphere has an initial dew point of less than -40°C.
- the magnetic field annealing is integrated into the final annealing so that the stack is not first cooled from T 1 to a temperature lower than 300°C and then heated up again to a temperature T2.
- the external magnetic field is applied at least temporarily during the cooling of the stack from the holding temperature T1 of the final annealing, with the heating up and the holding time t1 being carried out in the background magnetic field.
- a stack of a plurality of sheets of a CoFe alloy with 5 to 55 wt.% Co is provided.
- the stack is heat treated in a final annealing at a temperature T1 in the background magnetic field for a holding time t1, where T1 is between 700°C and 960°C, preferably 720°C to 950°C, preferably 760°C to 920°C, followed by cooling to a temperature less than 200°C. At least during cooling, an external magnetic field is applied, the external magnetic field being greater than the background magnetic field.
- the final annealing may be carried out under a protective gas atmosphere or a reducing atmosphere.
- the protective gas atmosphere may be pure nitrogen or argon.
- a hydrogen-containing atmosphere may be used for a reducing atmosphere.
- the hydrogen-containing atmosphere may be pure hydrogen or nitrogen and/or argon with an admixture of hydrogen.
- the protective gas atmosphere or reducing atmosphere may be dry.
- the hydrogen-containing atmosphere has an initial dew point of less than -40°C.
- the holding time t1 can be between 0.5 and 10 hours and/or cooling rates between 10 K/h and 1000 K/h, preferably between 30 K/h and 300 K/h, can be used during cooling.
- the external magnetic field is applied with respect to the stack such that a preferred magnetic direction is created in the laminations.
- the external magnetic field may be approximately parallel to the main surfaces of the laminations. In some embodiments, the external magnetic field is approximately parallel to the desired preferred direction.
- the source of the external magnetic field which can be applied in a targeted manner, can be arranged within the annealing chamber of the furnace.
- at least one conductor for example an electrically conductive wire or a cable through which a current can flow, is arranged around the stack.
- the wire can be wound around the stack, wherein multiple windings may be used to increase the magnetic field strength.
- a voltage is applied to the conductor, causing current to flow through the conductor and creating a magnetic field around the conductor.
- the magnetic field thus created thus flows through the stack as the conductor is arranged around the stack.
- the voltage is removed from the conductor so that no magnetic field is anymore generated.
- multiple conductors or multiple windings of one or more conductors are used.
- This arrangement can be used with ring-shaped objects such as a stator ring or a cylindrical stator, with the conductor arranged in the central opening and wrapped around the outside of the ring-shaped object.
- the conductor has the form of copper rods that are connected to each other at the top and bottom of the annealing frame, thus forming an electrical circuit that encloses the part to be annealed like a winding.
- the current flowing through the conductor can be adjusted to generate the desired magnetic field.
- the current per conductor is greater than 5 A, preferably greater than 50 A, preferably greater than 100 A.
- the magnetic field annealing is carried out in a magnetic field furnace which has an excitation magnetic field of greater than 50 kA/m, preferably greater than 100 kA/m, preferably between 100 kA/m and 300 kA/m.
- the conductors for generating the magnetic field are typically arranged outside the annealing chamber or in the walls of the annealing chamber.
- the external magnetic field is adjusted such that a field strength of greater than 0.5 A/cm, preferably greater than 1 A/cm, particularly preferably greater than 3 A/cm is present in the CoFe alloy.
- At least one flux guide piece is provided on the stack and/or on the stack and/or arranged under the stack.
- the flux guide piece can comprise a soft magnetic alloy, for example a CoFe alloy.
- the flux piece is not integrated with the sheets and the stack, but is designed as a separate part, so that an air gap is formed between them.
- the aim is for the air gap to be as small as possible so that the effect of the flux piece is more effective.
- the air gap is at most 0.1 mm, preferably at most 0.05 mm, particularly preferably at most 0.01 mm.
- the laminations are loose in the stack and are secured to form a lamination stack after magnetic field annealing. In some embodiments, the laminations of the stack are secured to form a lamination stack and the lamination stack is subjected to the final annealing and the subsequent magnetic field annealing if a separate process is used for the magnetic field annealing.
- a return ring which forms a magnetic circuit together with the stack or laminated core. This increases the magnetic field in the stack or laminated core.
- the return ring is a part of the respective sheet or laminated core that is removed after the magnetic field annealing. The return ring can be removed by means of laser cutting or erosion.
- the laminated core has the shape of a stator with a stator ring and stator teeth.
- the yoke has the shape of an inner yoke ring that extends between the inner ends of the stator teeth.
- the inner return ring has a width that is at least half the width of the stator teeth.
- the return is not integrated into the laminated core, but is a separate part, so that an air gap between the laminated core and the return path.
- the aim is for the air gap to be as small as possible so that the effect of the return path is more effective.
- the air gap is at most 0.1 mm, preferably at most 0.05 mm, particularly preferably at most 0.01 mm.
- the laminated core can, for example, have a ring shape or an elongated shape.
- an annular laminated core can be a stator ring and an elongated laminated core can be a stator tooth.
- the laminated core can thus be a segment of a stator.
- the laminated core is assembled from several parts or segments after magnetic field annealing.
- the laminated core is segmented into parts before the final annealing and the parts are heat treated in the final annealing and in the magnetic field annealing in an externally applied magnetic field.
- This embodiment has the advantage that the parts can be subjected to different magnetic field annealings.
- the magnetic field can be aligned parallel to the length of the stator teeth in a magnetic field annealing and parallel to the circumferential direction of the stator ring in another magnetic field annealing.
- the magnetic properties of the parts can thus be optimized separately.
- the final annealing can also serve to heal damage caused by segmentation.
- the laminated core is segmented into parts only after the final annealing and the parts are heat-treated in the magnetic field annealing in an externally applied magnetic field. This process also makes it possible to optimize the magnetic properties of the parts in a targeted and separate manner.
- the parts are heat treated together with flux guide pieces in the magnetic field annealing in an externally applied magnetic field.
- the flux piece is not integrated with the sheets or the stack, but is a separate part, so that an air gap is formed between them. The aim is for the air gap to be as small as possible so that the effect of the flux piece is more effective.
- the air gap is at most 0.1 mm, preferably at most 0.05 mm, particularly preferably at most 0.01 mm.
- the laminations are loose in the stack.
- an integrated yoke may also be provided that is part of the respective laminations.
- the respective laminations have the shape of a stator with a stator ring and stator teeth.
- the laminations may have the yoke in the form of an inner yoke ring that extends between the inner ends of the stator teeth.
- the inner yoke ring of the respective laminations has a width that is at least half the width of the stator teeth.
- the yoke ring is a part of the lamination that is removed after magnetic field annealing. The yoke ring can be removed by laser cutting or eroding or punching.
- the return path is a separate part that is arranged at, on or under the stack.
- An air gap is typically formed between the stack and the return path, which should be kept as small as possible.
- the air gap is at most 0.1 mm, preferably at most 0.05 mm, particularly preferably at most 0.01 mm.
- the respective laminations have a ring shape or an elongated shape.
- an annular lamination can have the shape of a stator ring and an elongated lamination can have the shape of a stator tooth.
- the lamination can thus be part of a segment of a stator.
- the sheets are assembled and secured together to form a sheet stack. This can be done by gluing and/or welding.
- the CoFe alloy may have various compositions.
- the CoFe alloy may be a commercially available alloy such as HIPERCO or PERMENDUR.
- the CoFe alloy has
- the sheets can be produced using metallurgical processes.
- a melt of the FeCo alloy with the desired composition is provided and cast under vacuum to form an ingot after subsequent solidification.
- the ingot is hot rolled into the slab and the slab into a hot rolled strip, followed by Quenching the hot-rolled strip from a temperature above 700°C to a temperature below 200°C.
- the cooled hot-rolled strip is cold-rolled to a cold-rolled strip and the sheets are formed from the cold-rolled strip.
- the sheets can therefore have a cold-rolled texture before the final annealing.
- the sheets can be formed from the strip by means of, for example, cutting, punching, laser cutting, eroding or cutting to length.
- the sheets can have a thickness db, where 0.01 mm ⁇ db ⁇ 0.35 mm, preferably 0.01 mm ⁇ db ⁇ 0.2 mm, preferably 0.01 mm ⁇ db ⁇ 0.1 mm, preferably 0.01 mm ⁇ db ⁇ 0.06 mm.
- the sheets are coated with a solution with Mg-containing methylate or Mg-containing propylate or Zr-containing methylate or Zr-containing propylate or with a boehmite-containing suspension, which are converted to MgO or ZrO2 or Al2O3 during the heat treatment.
- the strip from which the sheets are formed is coated with the solution and the sheets are formed with the coating from the coated strip.
- the coating can have a thickness d s , where 0.01 pm ⁇ d s 1 pm, 0.01 pm ⁇ d s 1 pm, preferably 0.01 pm ⁇ d s 0.5 pm, preferably 0.01 pm ⁇ d s 0.2 pm.
- the thickness d s can also be larger, where 0.1 pm ⁇ d s 6 pm, preferably 0.5 pm ⁇ d s 4 pm.
- the sheets are coated with a boehmite-containing suspension, which converts to AI2O3 during heat treatment.
- Figure 1 shows a perspective view of a stack of laminations, each having the shape of a stator.
- Figure 2 shows diagrams of three heat treatments.
- Figure 3 shows a diagram of a setup for heat treatment of a stack in a longitudinal magnetic field.
- Figure 4 shows a hysteresis loop for a comparative example which is finally annealed in the background magnetic field and for an example according to the invention in which a magnetic field is applied during the cooling phase of the final annealing.
- Figure 5 shows a diagram of measured permeabilities for sheets that are finally annealed in different longitudinal magnetic fields and for comparison sheets that are finally annealed without an additional applied magnetic field.
- Figure 6 shows a graph of the maximum permeabilities and coercive field strengths as a function of the longitudinal field.
- Figure 7 shows a graph of the course of the induction B3 at a field strength of 3 A/cm, the remanence Br and the remanence ratio Br/Bs as a function of the longitudinal field.
- Figure 8 shows a graph of the remanence ratio Br/B160 for examples cooled in different magnetic fields.
- Figure 9 shows the magnetic properties He, B3, pmax and Br after post-annealing.
- Figure 10 shows a graph of the decay of pmax and Br/B3 after post-annealing at different temperatures.
- Figure 11 shows a graph of the permeabilities of the annealings with magnetic field and their reference without magnetic field.
- Figure 12A shows a representation of a stator with a return ring.
- Figure 12B shows another representation of the stator with the return ring.
- Figure 12C shows a representation of the stator after removal of the
- Figure 12D shows a representation of a stator with a separate flux guide.
- Figure 13 shows a stator tooth with a flux conductor.
- Figure 14 shows the distribution of flux density in the stator tooth with and without flux guide.
- Figure 15 shows different manufacturing processes by which a laminated core or a part of a laminated core can be manufactured.
- Figure 1 shows a perspective view of a stack 10 made of a plurality of sheets 11 comprising a soft magnetic CoFe alloy.
- the Co-Fe alloy can contain between 5 and 55% cobalt by weight. In one embodiment, the CoFe alloy contains approximately 49% Co, approximately 49% Fe and approximately 2% V by weight. In addition to the main alloying elements Co, Fe and V, these commercially available alloys sometimes contain grain-refining additives such as Nb, Ta and Zr, which limit grain growth and thus enable increased strength.
- CoFe alloy As a CoFe alloy, a CoFe alloy with one of the trade names VACOFLUX 48, VACOFLUX 50, VACODUR 50, VACODUR 49, VACODUR S Plus, HIPERCO 50, HIPERCO 50A, HIPERCO 50HS, AFK 502 and AFK 502R can be used.
- the respective laminations have the shape of a stator 12 with a stator ring 13 and a plurality of stator teeth 14 extending from the inside of the stator ring 13 in the direction of the axis 15 of the stator.
- the laminations 11 may have a rectangular or square shape, or the shape of a part of a stator, for example a ring shape for the stator ring or a T-shape or an I-shape for a stator tooth.
- the respective sheets 11 have a first main surface 16, a second main surface 17 arranged opposite the first main surface 16, and a thickness db, wherein 0.01 mm ⁇ db ⁇ 0.35 mm, preferably, 0.01 mm ⁇ db ⁇ 0.2 mm, preferably 0.01 mm ⁇ db ⁇ 0.1 mm, preferably 0.01 mm ⁇ db ⁇ 0.06 mm.
- the second main surface 17 of a first sheet 11 is arranged on the first main surface 16 of a second sheet 11 to build up the stack in a stacking direction 18 extending perpendicular to the main surfaces 16 and 17.
- One or both of the main surfaces 16, 17 of the respective sheets 11 can be completely or partially coated with an electrically insulating coating 19, which serves as an annealing separator and as electrical insulation between the sheets 11 in the finished laminated core.
- the coating 19 can comprise a ceramic such as Al2O3, MgO or ZrO2 after the final annealing.
- the laminations 11 of the stack 10 are loose and not connected to one another.
- the laminations are connected to one another, for example by means of one or more weld seams, and form a laminated core or a segment of a laminated core, for example a stator ring or stator tooth.
- the stack 10 is subjected to a heat treatment to adjust the soft magnetic properties of the Co-Fe alloy.
- Figure 2 shows diagrams of three examples of possible heat treatments for a CoFe alloy with 5 to 55 wt% Co. These heat treatments can be used to produce a laminated core, a stack of CoFe alloy sheets, or segments and parts of a stator.
- Figure 2A shows an embodiment of a heat treatment 30 which has two separate stages, namely a final annealing 31 which is followed by a separate Magnetic field annealing 32 is followed.
- the stack In the final annealing 31, the stack is heated and held at a temperature T1 for a time t1 and then cooled to a temperature of less than 300°C. The stack can be cooled to room temperature and then stored. After this final annealing, the magnetic field annealing 32 is carried out. This can be carried out at a later time after the stack has been stored at room temperature.
- the magnetic field annealing the stack is heated and held at a temperature T2 for a time t2 and then cooled to a temperature of less than 300°C. An external magnetic field is applied at least partly during the magnetic field annealing.
- the period of time during which the external magnetic field is applied is shown by the black bar 33 in Figure 2. Outside this range, the heat treatment is carried out in the background magnetic field.
- the background magnetic field is typically at most 1 kA/m, preferably less than 0.5 kA/m, preferably less than 0.1 kA/m.
- the external magnetic field that is actively applied is thus greater than the background magnetic field, i.e. greater than 0.1 kA/m.
- the external magnetic field is set so that a field strength of greater than 0.5 A/cm, preferably greater than 1 A/cm, particularly preferably greater than 3 A/cm is present at the stack.
- the holding time t2 is short, for example half an hour, and the magnetic field is applied after the temperature T2 has been reached and maintained until a temperature of approximately 200°C is reached due to the subsequent cooling from the holding temperature T2. Thereafter, the external magnetic field can be switched off and further cooling to low temperatures can be carried out in the background magnetic field.
- Figure 2B also discloses a two-stage heat treatment 30 with a conclusion 31 and subsequent separate magnetic field annealing 32.
- This heat treatment 30 differs from the heat treatment 30 of Figure 2A by the duration of the holding time t2, which is longer, for example 6 hours.
- the magnetic field is applied during the entire holding time t2 as well as during cooling to a temperature of approximately 200°C.
- the magnetic field is only applied during cooling from the temperature T2, ie after the expiry of the time period t2, or is only applied during the holding time, so that a first period of the holding time t2 is carried out in the background of the magnetic field and a subsequent period of the holding time t2 and the cooling are carried out in the externally applied magnetic field.
- the use of two separate annealings which can be similar to the examples in Figures 2A and 2B for the final annealing and subsequent magnetic field annealing, has the advantage that different process parameters can be optimized and selected for the respective heat treatment.
- One example is the cooling rate, which should be sufficiently high for the final annealing to avoid a lingering period in the precipitation area of the y2 phase, and which should be sufficiently low for the magnetic field annealing to take into account the establishment of a short-range order.
- Different furnace types can be used, which offers technical advantages in terms of temperature accuracy, for example, but also logistical advantages.
- Different annealing atmospheres can be used, e.g. hydrogen for the final annealing and vacuum or protective gas atmosphere for the magnetic field annealing.
- FIG. 2C shows a heat treatment 30' according to a further embodiment in which the magnetic field annealing is integrated in the conclusion 31.
- the heat treatment 30' is thus one-stage.
- the stack is heated to a temperature T1 in the background magnetic field, wherein the temperature T1 is maintained for a holding time t1.
- the stack is cooled to a temperature less than 300°C.
- An external magnetic field is applied at least during the cooling, as schematically shown by the bar 33 in Figure 2C.
- the magnetic field is switched on during the second half of the holding time t1 and remains switched on during the cooling down to a temperature of approximately 250°C. Thereafter, the external magnetic field can be switched off and further cooling to low temperatures in the background magnetic field can be carried out.
- the magnetic field can be applied earlier, for example during the holding time t1.
- the cooling rate for the final annealing and the separate magnetic field annealing can be between 10 K/h and 1000 K/h, for example between 30 K/h and 300 K/h, and the cooling rate during cooling can vary within this range. Normally the cooling rate becomes slower with decreasing temperature, as shown in Figure 2.
- the magnetic field can be applied in relation to the orientation of the stack 10 so as to generate a preferred magnetic direction in the laminations 11.
- the magnetic field can be applied so as to run approximately parallel to the main surfaces 16, 17 of the laminations 11.
- the external magnetic field can run approximately parallel to the desired preferred direction in the laminations 11.
- the magnetic field can be applied so as to run along the length of the stator teeth 14.
- the magnetic field can run not only parallel to the main surfaces, but also parallel to the longitudinal direction of the stator tooth.
- the magnetic field can be applied or the laminations can be oriented with respect to the magnetic field in such a way that the magnetic field runs in the circumferential direction of the ring and parallel to the main surfaces.
- the externally applied magnetic field can be generated in different ways.
- the stack can be arranged in a so-called magnetic field furnace, which has a switchable magnetic field source.
- the switchable magnetic field source can be a coil system arranged in or outside the walls of the furnace.
- the stack can be arranged in the annealing chamber of the furnace with respect to the magnetic field source of the furnace so that the magnetic field runs in the desired preferred direction of the part.
- one or more electrically conductive conductors can be wound around the stack, this structure can be arranged in a furnace and a current flowing through the conductor can be generated.
- the magnetic field This arrangement can be called a longitudinal magnetic field (LF).
- stator ring and individual teeth are manufactured separately, longitudinal field annealing is provided for the stator ring, in which the necessary longitudinal magnetic field is generated during annealing using current-carrying conductors.
- annealing treatment in a magnetic field furnace is provided for the individual teeth.
- the individual teeth are oriented in the magnetic field in such a way that the direction of magnetization impressed by this field corresponds as closely as possible to the direction of magnetization in the later application.
- Figure 3 shows a representation of a structure 40 for heat treating a stack 41 in a longitudinal magnetic field.
- the sheets each have a ring shape with a central opening 43, so that the stack 41 of loose sheets is tubular.
- six turns of a conductor 42 are wound around the stack 41.
- the conductor 42 extends through the opening 43 and then alongside the edge of the stack 41 to form the six turns.
- the conductor 42 can be a copper conductor.
- the copper lines are electrically insulated from each other and from the furnace walls by ceramic tubes and connected to an amplifier (not shown) for supplying DC power.
- the external magnetic field is generated by energizing electrical conductors 42 running perpendicular to the sheet plane, which generate a magnetic field parallel to the later magnetic stress direction of the parts, i.e. the main surface of the sheets, whereby a longitudinal magnetic field is generated.
- a two-step process is investigated in which a final annealing at 800°C for 6 hours is carried out separately from a subsequent magnetic field annealing after the heat treatment according to Figures 2A and 2B.
- An external magnetic field is applied at least partially during the magnetic field annealing.
- the final annealing takes place in the background magnetic field.
- the external magnetic field is applied during the cooling phase of the final annealing (6h at 880°C) and varied by varying the applied current.
- a new sample is wound and annealed for each current.
- Figure 4 shows a rectangular Z-loop for the example according to the invention, which is cooled in the longitudinal magnetic field, while the comparative example, which is subjected to final annealing without an additional externally applied magnetic field and only in the background magnetic field, has a round R-loop.
- FIG. 5 shows a diagram of measured permeabilities (p) for the sheets final annealed in different longitudinal magnetic fields and for a comparison sheet final annealed without additional applied magnetic field.
- the highest applied field of 10.9 A/cm produces a maximum permeability of over 50,000, which is 2.5 times higher than the comparison example without externally applied magnetic field, which has a maximum permeability of 20,000.
- Figure 6 shows a graph of the maximum permeability (pmax) and coercive field strengths as a function of the longitudinal field. For these examples, the maximum permeability (pmax) increases and the coercive field strength (Hc) decreases with increasing magnetic field strength.
- Figure 7 shows a graph of the course of the inductions at a field strength of 3 A/cm (B3), the remanence (Br) and the remanence ratio (Br(Bs)) as a function of the longitudinal field.
- Figure 8 shows a graph of the remanence ratio Br/B160 for examples cooled in different magnetic fields.
- Figure 8 shows an increase in the remanence ratio with increasing longitudinal field.
- An isotropic domain distribution perfectly round R-loop, no anisotropy would produce a remanence ratio of 0.637, shown with the dashed line in Figure 8.
- Table 1 shows magnetic characteristics of the samples after final annealing with applied longitudinal magnetic field HLF during cooling, whereby the longitudinal magnetic field HLF is generated with a current IF in the conductor, and Table 2 shows the activity of the longitudinal magnetic field LF in the cooling phase of the final annealing.
- Figure 10 shows a graph of the decrease of p ma x and Br/B3 with increasing afterglow temperature.
- one of two different magnetic field anneals is carried out, one with a half-hour hold time, where the magnetic field is either actively applied 15 minutes before the start of cooling and during cooling to below 200°, and one with an eight-hour hold time at 800°C, where the magnetic field is applied during the entire hold time and during cooling to below 200°C, corresponding to the heat treatment of Figures 2A and 2B, respectively.
- reference samples that were not exposed to the field are also included.
- Figure 11 shows a graph of the permeabilities of the annealings with magnetic field and their reference without magnetic field and Table 3 shows magnetic values of the separate final annealing and magnetic field annealing from Figure 11 .
- the two sample numbers 2002506 and 2002522 from Table 1 are added for reference.
- Figure 11 shows that the 8h magnetic field annealing at 600°C produces poorer magnetic properties than the 0.5h at 600°C. This is probably because in the 50% CoFe alloys between 500°C and 650°C there is a precipitation range of a V-rich phase, which is also called the y2 phase. On the one hand, this range should be passed through quickly after the final annealing in order to avoid the magnetically disadvantageous precipitations. On the other hand, the cooling rate should be high enough to adjust the zero crossing of the magnetocrystalline anisotropy constant K1, which depends on both the Co content and the state of order. Typical cooling rates after the final annealing are in the range 100-200°C/h. With magnetic field annealing, it can be advantageous to choose a different cooling rate in order to adjust the short-range order. To set different cooling rates, it may therefore be advantageous to carry out magnetic final annealing and magnetic field annealing separately with different temperature profiles.
- a flux conductor and/or a return element can be used.
- Figures 12A and 12B show a schematic perspective view and a plan view of a stator 50 with a stator ring 51 and stator teeth 52, the further comprises an integrated magnetic return inner ring 53 extending between the inner ends of the stator teeth 52.
- Figure 12A further shows the current-carrying conductors 54 arranged in the gaps of the stator.
- the magnetic return inner ring 53 is removed after the magnetic field annealing, for example by means of eroding or laser cutting, in order to produce the stator 50 with stator ring 51 and stator teeth 52, as shown in Figure 12C.
- the flux conductor 55 can take on various forms. An example is shown in Figure 12D, in which the flux conductor 55 has the form of an inner return ring 53, which is separated from the adjacent stator teeth 52 by an air gap 56. Analogously, an outer return ring could be used as a flux conductor for a stator designed as an external rotor.
- FIG. 13 Another example is shown in Figure 13, in which the flux guide 60 has the shape of an elongated cuboid that is flush with the single tooth 61:
- a separate flux guide can be used that is arranged as close as possible to the stack so that an air gap between the flux guide and the stack remains small.
- Figure 14 shows the distribution of the flux density in the stator tooth with and without a flux conductor over the height, the middle height is marked by the black vertical line. It is possible that the flux density that can be achieved in the tooth is not distributed evenly over the tooth height, as shown by curve 70. On the other hand, when using a flux conductor, even the areas that are more difficult to saturate are completely magnetized, as shown by curve 71. Using such a flux conductor, it is therefore possible to anneal individual teeth in an external magnetic field in such a way that the setting of a preferred magnetic direction is more effective. Preferably, there is as little air gap as possible between the flux conductor and the stator tooth to be annealed. To avoid welding of the parts, one or both parts can have an annealing-resistant coating or the Parts should be separated from each other using an annealing separator such as ceramic annealing powder applied before annealing.
- an annealing separator such as ceramic annealing powder applied before annealing.
- Figure 15 shows six different manufacturing paths 100 by which a laminated core or a part of a laminated core can be manufactured.
- a strip of a CoFe alloy according to one of the compositions described herein is provided.
- This strip can be produced by metallurgical processes. For example, a melt of the FeCo alloy with the desired composition is provided and cast under vacuum to form an ingot after subsequent solidification. The ingot is hot rolled into the slab and the slab into a hot rolled strip, followed by quenching the hot rolled strip from a temperature above 700°C to a temperature below 200°C. The cooled hot rolled strip is cold rolled into a cold rolled strip.
- the strip is coated with an electrically insulating layer or a layer that can form an electrically insulating layer after heat treatment.
- a plurality of sheets are formed from the coated strip and stacked and connected in box 103 to form a laminated core.
- the sheets can be stacked to form a laminated core, for example by punching and secured to one another via a heat-resistant connection or connections, for example at least one laser weld seam or laser weld points.
- the laminated core is subjected to final annealing according to one of the embodiments described herein.
- the laminated core can have different shapes. The subsequent steps of the manufacturing process, including the magnetic field annealing, are adapted depending on this.
- the laminated core in box 105 has the shape of a stator.
- the laminated core is produced as a single cut and is in its final shape during the final annealing.
- box 106 the Laminated core in final contour or the stator annealed in a longitudinal magnetic field.
- Figure 3 For example, the structure of Figure 3 can be used.
- the laminated core has an integrated return path in box 107.
- the laminated core has the shape of a stator with an inner return path ring that extends between the inner ends of the stator teeth.
- the stator with the inner return path ring is annealed in the longitudinal magnetic field.
- the structure of Figure 12A can be used.
- the inner return path ring is removed, for example by laser cutting.
- the laminated core has the shape of a stator ring.
- the stator ring is annealed in the longitudinal magnetic field.
- the structure of Figure 3 can be used.
- the laminated core has the shape of a stator tooth, which can have an I-shape.
- the stator teeth are subjected to magnetic field annealing in a magnetic field furnace. The magnetic field can run along the main surface and longitudinal direction of the respective stator teeth.
- the third and fourth manufacturing paths can then be combined by assembling the stator ring of the third manufacturing path with the stator teeth of the fourth manufacturing path to form a stator in box 111.
- stator teeth with a T-shape are annealed in the magnetic field furnace in box 113.
- These stator teeth can be subjected to magnetic field annealing with one or more flux guide pieces.
- These flux guide pieces can be separate parts or connected to the respective stator tooth or integrated into the respective stator tooth.
- the flux guide piece is removed from the stator tooth, for example by laser cutting.
- the T-shaped stator teeth are then joined to form a stator in box 114.
- the laminated core or laminated cores have the shape of a stator tooth with a T shape. These stator teeth are first joined to form a stator in box 115.
- the assembled stator is then annealed in a longitudinal magnetic field in box 116.
- the structure of Figure 3 can be used.
- an inner return part can be used which extends between the inner ends of the stator teeth, as shown in Fig. 12D.
- the return part is not materially connected here, but is attached to the T-teeth with as small an air gap as possible.
- the production paths shown in Fig. 15 can also be modified such that the packaging described in box 103 is limited to the stacking of loose sheets and the materially bonding of the sheets to form a laminated core only takes place after the final annealing or after the magnetic field annealing.
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Abstract
A first embodiment relates to a method for producing a CoFe alloy for a laminated core. According to the method, a stack of a plurality of laminations made of a CoFe alloy with 5 to 55 wt.% Co is thermally treated at a temperature (T1) in a background magnetic field for a holding time (t1) in a final annealing process, T1 ranging from 700 °C to 960 °C, preferably 720 °C to 950 °C, preferably 760 °C to 920 °C. The stack is then cooled to a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C, and is then thermally treated at least temporarily in an externally applied magnetic field at a temperature (T2) for a holding time (t2) in a magnetic annealing process, T2 ranging from 500 °C to T1, preferably from 650 °C to T1, preferably from 700 °C to T1. The stack is then cooled to a temperature of less than 300 °C, preferably less than 200 °C. The externally applied magnetic field is greater than the background magnetic field.
Description
Beschreibung Description
Verfahren zum Herstellen einer CoFe-Legierung für ein Blechpaket Process for producing a CoFe alloy for a laminated core
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer CoFe-Legierung für ein Blechpaket. The invention relates to a method for producing a CoFe alloy for a laminated core.
Elektrische Maschinen können als Motoren oder Generatoren betrieben werden und weisen in den meisten Ausführungen einen Stator aus einem weichmagnetischen Material auf. Im Betrieb von elektrischen Maschinen unterliegen Richtung und Stärke des magnetischen Flusses im Rotor und Stator einem periodischen Wechsel. Dieses magnetische Wechselfeld induziert in kreisförmiger Richtung dazu, also auch in Richtung der Längsachse des Rotors und Stators, Wirbelströme, welche einen Teil der dem System zugeführten Energie als Wärme dissipieren, sodass dieser Teil keinen Beitrag zur Verrichtung mechanischer Arbeit mehr leistet. Um Wirbelströme und die damit verbundenen Verluste gering zu halten, ist ein hoher elektrischer Widerstand von Rotor und Stator in axialer Richtung (Richtung der Längsachse des Rotors und Stators) erstrebenswert. Erreicht wird dies typischerweise durch einen geschichteten Aufbau. Electrical machines can be operated as motors or generators and in most designs have a stator made of a soft magnetic material. When electrical machines are in operation, the direction and strength of the magnetic flux in the rotor and stator are subject to periodic changes. This alternating magnetic field induces eddy currents in a circular direction, i.e. also in the direction of the longitudinal axis of the rotor and stator, which dissipate part of the energy supplied to the system as heat, so that this part no longer contributes to the performance of mechanical work. In order to keep eddy currents and the associated losses low, a high electrical resistance of the rotor and stator in the axial direction (direction of the longitudinal axis of the rotor and stator) is desirable. This is typically achieved by a layered structure.
Der Rotor und/oder der Stator einer elektrischen Maschine können eine Vielzahl identischer Einzelbleche (auch „Lamellen“ oder „Lagen“ genannt) aufweisen, die aufeinandergestapelt und dabei gegeneinander elektrisch isoliert werden. Man bezeichnet einen solchen Aufbau als Blechpaket (auch „Paket“, engl.: „stack“). Dabei sind die Wirbelstromverluste proportional zum Quadrat der Blechdicke der Einzellagen. Folglich: Je dünner die Lagen, desto niedriger die Wirbelstromverluste und desto höher der Wirkungsgrad. The rotor and/or the stator of an electrical machine can have a large number of identical individual sheets (also called "laminations" or "layers") that are stacked on top of one another and electrically insulated from one another. Such a structure is called a laminated core (also called a "package"). The eddy current losses are proportional to the square of the sheet thickness of the individual layers. Consequently: the thinner the layers, the lower the eddy current losses and the higher the efficiency.
Es ist wünschenswert, dass der Stator und der Rotor eine hohe Leistungsdichte haben, damit die elektrische Maschine ein kleines Bauvolumen und eine hohe Leistung hat. Der Füllfaktor eines Blechpakets beschreibt den Anteil magnetisch leitfähigen Materials innerhalb des Blechpakets, der sich aus dem Gesamtvolumen abzüglich des Volumens von Isolationsschichten, Klebeschichten, Luftspalten und anderen magnetisch schlecht leitenden Schichten ergibt. Vom Füllfaktor hängt u.a.
die mit dem Antrieb erzielbare Leistungs- und Drehmomentdichte ab, so dass ein hoher Füllfaktor wünschenswert ist. It is desirable that the stator and rotor have a high power density so that the electrical machine has a small construction volume and high performance. The fill factor of a laminated core describes the proportion of magnetically conductive material within the laminated core, which results from the total volume minus the volume of insulation layers, adhesive layers, air gaps and other layers with poor magnetic conductivity. The fill factor depends on, among other things, the power and torque density achievable with the drive, so that a high fill factor is desirable.
Ferner ist eine hohe magnetische Leitfähigkeit (Permeabilität) des Materials sowie das Vermögen, eine möglichst große Flussdichte (Induktion) zu tragen, von Vorteil, um die Leistung des Stators zu erhöhen. Bei Anwendungen, in denen eine möglichst hohe Leistungsdichte notwendig oder gewünscht ist, werden Kobalt-Eisen (CoFe) - Legierungen verwendet. Kommerziell verfügbare CoFe-Legierungen weisen typischerweise eine Zusammensetzung von 49 Gewichts-% Fe, 49 Gewichts-% Co und 2 Gewichts-% V auf. Furthermore, a high magnetic conductivity (permeability) of the material and the ability to carry as high a flux density (induction) as possible are advantageous in order to increase the performance of the stator. In applications where the highest possible power density is necessary or desired, cobalt-iron (CoFe) alloys are used. Commercially available CoFe alloys typically have a composition of 49% Fe, 49% Co and 2% V by weight.
Aufgabe besteht somit darin, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein Blechpaket mit einer hohen Leistungsdichte hergestellt werden kann. The task is therefore to create a process with which a laminated core with a high power density can be produced.
Erfindungsgemäß wird in einem ersten Ausführungsbeispiel ein Verfahren zum Herstellen einer CoFe-Legierung für ein Blechpaket bereitgestellt. Ein Stapel aus einer Vielzahl von Blechen aus einer CoFe-Legierung mit 5 bis 55 Gewichts-% Co wird bereitgestellt. Der Stapel wird in einer Schlussglühung bei einer Temperatur T1 in einem Hintergrundmagnetfeld für eine Haltezeit t1 wärmebehandelt, wobei T1 zwischen 700°C und 960°C, vorzugsweise 720°C bis 950°C, vorzugsweise 760°C bis 920°C liegt. Danach wird der Stapel auf eine Temperatur kleiner als 300°C, vorzugsweise kleiner als 200°C abgekühlt. Danach wird der Stapel in einer Magnetfeldglühung zumindest zeitweise in einem extern angelegten Magnetfeld bei einer Temperatur T2 für eine Haltezeit t2 wärmebehandelt, wobei T2 zwischen 500°C und T1 , vorzugsweise zwischen 650°C und T1 , vorzugsweise zwischen 700°C und T 1 , liegt und danach auf eine Temperatur kleiner als 300°C, vorzugsweise kleiner als 200°C abgekühlt. Das extern angelegte Magnetfeld ist größer als das Hintergrundmagnetfeld. According to the invention, in a first embodiment, a method for producing a CoFe alloy for a laminated core is provided. A stack of a plurality of sheets made of a CoFe alloy with 5 to 55% by weight of Co is provided. The stack is heat treated in a final annealing at a temperature T1 in a background magnetic field for a holding time t1, wherein T1 is between 700°C and 960°C, preferably 720°C to 950°C, preferably 760°C to 920°C. The stack is then cooled to a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C. The stack is then heat-treated in a magnetic field annealing process, at least temporarily, in an externally applied magnetic field at a temperature T2 for a holding time t2, where T2 is between 500°C and T1, preferably between 650°C and T1, preferably between 700°C and T1, and is then cooled to a temperature less than 300°C, preferably less than 200°C. The externally applied magnetic field is greater than the background magnetic field.
Auch wenn kein Magnetfeld gezielt angelegt wird, ist ein Hintergrundmagnetfeld vorhanden, da die Erde selbst ein Magnetfeld mit einer Feldstärke von ungefähr 0,05 mT erzeugt. Ferner können Störmagnetfelder vorhanden sein, die beispielweise durch die elektrisch leitenden Heizelemente eines Ofens erzeugt sind. Gleichzeitig kann eine metallische Haube, die den Stapel abdeckt, als Abschirmung dienen.
Folglich entsteht einen Hintergrundmagnetfeld, dessen Wert aus diesen und weiteren Faktoren gebildet wird. Das Hintergrundmagnetfeld beträgt höchstens 1 kA/m, vorzugsweise kleiner als 0,5 kA/m, vorzugsweise kleiner als 0,1 kA/m. Even if no magnetic field is deliberately applied, a background magnetic field is present, since the earth itself generates a magnetic field with a field strength of approximately 0.05 mT. There may also be interfering magnetic fields, which are generated, for example, by the electrically conductive heating elements of a furnace. At the same time, a metal hood covering the stack can serve as a shield. Consequently, a background magnetic field is created, the value of which is determined from these and other factors. The background magnetic field is at most 1 kA/m, preferably less than 0.5 kA/m, preferably less than 0.1 kA/m.
In der Magnetfeldglühung wird ein weiteres Magnetfeld zusätzlich zu dem Hintergrundmagnetfeld aktiv angelegt, so dass das Gesamtmagnetfeld in der Magnetfeldglühung größer ist als das Hintergrundmagnetfeld, das inhärent in der Schlussglühung vorhanden ist. Das externe Magnetfeld, das aktiv angelegt wird, ist somit größer als 0,1 kA/m. In manchen Ausführungsbeispielen wird das externe Magnetfeld so eingestellt, dass in dem zu glühenden weichmagnetischen Material eine Feldstärke größer 0,5 A/cm, bevorzugt größer als 1 A/cm, besonders bevorzugt größer als 3 A/cm vorliegt. In the magnetic field annealing, a further magnetic field is actively applied in addition to the background magnetic field, so that the total magnetic field in the magnetic field annealing is greater than the background magnetic field that is inherently present in the final annealing. The external magnetic field that is actively applied is thus greater than 0.1 kA/m. In some embodiments, the external magnetic field is set so that a field strength of greater than 0.5 A/cm, preferably greater than 1 A/cm, particularly preferably greater than 3 A/cm is present in the soft magnetic material to be annealed.
Durch die Wärmebehandlung bei erhöhten Temperaturen in einem extern angelegten Magnetfeld werden Bleche bzw. ein Blechpaket aus einer CoFe-Legierung mit verbesserten weichmagnetischen Eigenschaften bereitgestellt. Heat treatment at elevated temperatures in an externally applied magnetic field provides sheets or a sheet package made of a CoFe alloy with improved soft magnetic properties.
Die Bleche weisen jeweils eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche auf, die gegenüber der ersten Hauptoberfläche liegt. Die erste Hauptoberfläche eines ersten Blechs kann auf die zweite Hauptoberfläche eines zweiten Blechs in einer Stapelrichtung, die senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche liegt, gestapelt werden, um den Stapel zu bilden. In manchen Ausführungsbeispielen sind die Bleche lose im Stapel. Nach der Magnetfeldglühung werden die Bleche zu einem Blechpaket verarbeitet. In anderen Ausführungsbeispielen sind die Bleche des Stapels miteinander befestigt, beispielsweise mit einem oder mehreren Schweißnähten oder -punkten und bilden ein Blechpaket. Das Blechpaket wird der Schlussglühung und danach einer getrennten Magnetfeldglühung unterzogen. The sheets each have a first main surface and a second main surface opposite the first main surface. The first main surface of a first sheet may be stacked on the second main surface of a second sheet in a stacking direction perpendicular to the first main surface to form the stack. In some embodiments, the sheets are loose in the stack. After magnetic field annealing, the sheets are processed into a laminated core. In other embodiments, the sheets of the stack are fastened together, for example with one or more welds or points, and form a laminated core. The laminated core is subjected to the final annealing and then to a separate magnetic field annealing.
Die CoFe-Legierung weist zwischen 5 und 55 Gewichts-% Co auf. Die CoFe- Legierung kann eine 50%-CoFe-Legierung sein, deren Grundzusammensetzung durch ca. 49 Gewichts-% Co, ca. 49 Gewichts-% Fe und ca. 2 Gewichts-% V gegeben ist. Bekannte Handelsnamen sind VACOFLUX 48, VACOFLUX 50, VACODUR 50, VACODUR 49, VACODUR S Plus, HIPERCO 50, HIPERCO 50A, HIPERCO 50HS AFK 502 und AFK 502R. Neben den Hauptlegierungselementen
Co, Fe und V sind in diesen kommerziell erhältlichen Legierungen teilweise kornfeinende Zusätze wie z.B. Nb, Ta, Zr enthalten, welche das Kornwachstum begrenzen und so erhöhte Festigkeiten ermöglichen. The CoFe alloy contains between 5 and 55% Co by weight. The CoFe alloy can be a 50% CoFe alloy, the basic composition of which is approximately 49% Co by weight, approximately 49% Fe by weight and approximately 2% V by weight. Well-known trade names are VACOFLUX 48, VACOFLUX 50, VACODUR 50, VACODUR 49, VACODUR S Plus, HIPERCO 50, HIPERCO 50A, HIPERCO 50HS AFK 502 and AFK 502R. In addition to the main alloying elements Co, Fe and V are partly contained in these commercially available alloys as grain-refining additives such as Nb, Ta, Zr, which limit grain growth and thus enable increased strength.
CoFe-Legierungen werden einer so genannten Schlussglühung unterzogen, um die weichmagnetischen Eigenschaften zu verbessern. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei diesen CoFe-Legierungen diese weichmagnetischen Eigenschaften in der Blechebene weitestgehend isotrop sind und dass die weichmagnetischen Eigenschaften zur Anwendung in elektrischen Maschinen noch verbessert werden könnten, wenn eine magnetisch bevorzugte Richtung erzeugt werden könnte. CoFe alloys are subjected to a so-called final annealing process to improve their soft magnetic properties. The invention is based on the finding that these CoFe alloys have soft magnetic properties that are largely isotropic in the plane of the sheet and that the soft magnetic properties could be further improved for use in electrical machines if a magnetically preferred direction could be created.
Die Bleche des Stapels oder des Blechpakets können einen Vollschnitt eines Stators oder einen Teil eines Stators wie einen Statorring oder Einzelzähne aufweisen. Der Stapel oder das Blechpaket kann die Gestalt eines Stators oder ein Segment eines Stators aufweisen, wie einen lateralen Teil, d.h. Bausteine, die aufeinander gestapelt werden, um den Teil eines Stators zu bilden, oder einen Teil eines Stators wie einen Statorring oder Einzelzähne (einen sogenannten T-Zahn), oder aus einem Statorring mit in den Statorring eingefügten Einzelzähnen aufweisen. The laminations of the stack or lamination packet may comprise a full section of a stator or a part of a stator such as a stator ring or individual teeth. The stack or lamination packet may comprise the shape of a stator or a segment of a stator, such as a lateral part, i.e. building blocks stacked on top of each other to form the part of a stator, or a part of a stator such as a stator ring or individual teeth (a so-called T-tooth), or a stator ring with individual teeth inserted into the stator ring.
Für die Fertigung von Blechpaketen wäre es wünschenswert, wenn die jeweiligen Einzelteile in der Richtung ihrer magnetischen Beanspruchung verbesserte weichmagnetische Eigenschaften wie z.B. eine erhöhte Permeabilität aufweisen würden. Im Fall der Einzelzähne wäre das die radiale Richtung, d.h. die Längsachse des Zahns, welche in der Anwendung zur Mitte des Blechpakets weist. Im Fall eines Statorrings wäre das für den Ring die Umfangsrichtung. For the production of laminated cores, it would be desirable if the individual parts had improved soft magnetic properties, such as increased permeability, in the direction of their magnetic stress. In the case of individual teeth, this would be the radial direction, i.e. the longitudinal axis of the tooth, which in the application points towards the center of the laminated core. In the case of a stator ring, this would be the circumferential direction for the ring.
Die Einzelsegmente eines Motor- oder Generatorblechpaketes sollten also idealerweise so gefertigt werden, dass in Richtung ihrer magnetischen Hauptbeanspruchung verbesserte Eigenschaften wie z.B. eine erhöhte Permeabilität und damit ein verminderter magnetischer Widerstand vorhanden sind. Verbesserte Eigenschaften sind dabei im Vergleich zu einem isotropen Blech zu sehen.
Erfindungsgemäß werden diese anisotropisch weichmagnetischen Eigenschaften durch geeignete Magnetfeldglühungen erreicht, wobei diese verbesserten magnetischen Eigenschaften in der gewünschten Richtung erzeugt werden können. The individual segments of a motor or generator laminated core should therefore ideally be manufactured in such a way that improved properties such as increased permeability and thus reduced magnetic resistance are present in the direction of their main magnetic stress. Improved properties can be seen in comparison to an isotropic sheet. According to the invention, these anisotropic soft magnetic properties are achieved by suitable magnetic field annealing, whereby these improved magnetic properties can be produced in the desired direction.
In manchen Ausführungsbeispielen weist nach der Magnetfeldglühung die CoFe- Legierung ein Remanenzverhältnis Br/Bs von größer oder gleich 0,8 mit einer Remanenz Br und einer magnetischen Sättigung Bs gemessen bei 160 A/cm und/oder eine Maximalpermeabilität pmax von über 25.000, bevorzugt über 30.000, besonders bevorzugt über 40.000, auf. In some embodiments, after magnetic field annealing, the CoFe alloy has a remanence ratio Br/Bs of greater than or equal to 0.8 with a remanence Br and a magnetic saturation Bs measured at 160 A/cm and/or a maximum permeability p max of more than 25,000, preferably more than 30,000, particularly preferably more than 40,000.
Es kann zwischen zwei Arten der technischen Realisierung von Magnetfeldglühungen unterschieden werden. Liegt das Magnetfeld parallel zur späteren Richtung der Flussdichte im Bauteil, so spricht man von einem magnetischen Längsfeld. Bei sogenannten Längsfeldglühungen kann die Vorgabe des Magnetfeldes durch stromführende Leitungen im Glühofen erfolgen. Wird in einem Magnetfeldofen durch Spulensysteme ein äußeres uniaxiales Feld aufgebracht, welches parallel zur späteren Richtung der Flussdichte im Bauteil der darin geglühten Teile liegt, so kann man auch hier von einer Längsfeldglühung sprechen. A distinction can be made between two types of technical implementation of magnetic field annealing. If the magnetic field is parallel to the later direction of the flux density in the component, this is referred to as a longitudinal magnetic field. In so-called longitudinal field annealing, the magnetic field can be specified by current-carrying lines in the annealing furnace. If an external uniaxial field is applied in a magnetic field furnace by coil systems, which is parallel to the later direction of the flux density in the component of the parts annealed in it, this can also be referred to as longitudinal field annealing.
Eine Längsfeldglühung unterscheidet sich von einer sogenannten Querfeldglühung, bei der zum Beispiel Ringbandkerne auf einer Stange aufgefädelt sind und das Magnetfeld in axialer Ringrichtung bzw. quer zur Bandrichtung der Ringbandkerne liegt. Diese Anordnung kann verwendet werden, Ringbandkerne mit einer flachen, linearen „F“-Schleife zu erzeugen. A longitudinal field annealing differs from a so-called transverse field annealing, in which, for example, toroidal cores are strung on a rod and the magnetic field is in the axial ring direction or transverse to the band direction of the toroidal cores. This arrangement can be used to produce toroidal cores with a flat, linear "F" loop.
Für den Fall der Glühung eines kompletten Stators in Gestalt eines Stapels von losen Blechen oder eines Blechpakets kann die gewünschte Vorzugsrichtung durch eine geeignete Glühung in einem magnetischen Längsfeld erzeugt werden, d.h. das äußere Feld wird durch die Bestromung senkrecht zur Blechebene verlaufender elektrischer Leiter erzeugt, die ein Magnetfeld parallel zur späteren magnetischen Beanspruchungsrichtung der Teile, d.h. die Hauptoberfläche des Blechs, erzeugen.
Für den Fall der Glühung einzelner Statorsegmente kann dagegen ein externes Magnetfeld verwendet werden, dessen Quelle außerhalb des Glühraums des Ofens angeordnet ist. Beispielweise kann die Quelle ein Spulensystem sein, das in der Wand oder außerhalb der Wand eines Ofens angeordnet ist. Die Magnetfeldquelle und/oder das Segment bzw. die Segmente werden derart orientiert, dass die Umfangsrichtung der Statorsegmente möglichst parallel zum Verlauf des angelegten Magnetfeldes angeordnet ist. In diesem Fall gibt es keine ideal eingetemperte Vorzugsrichtung, da sie nicht nahezu parallel zur Umfangsrichtung verlaufen kann. Trotzdem wird aber eine Verbesserung der Eigenschaften im Vergleich zu einem isotropen Blech erreicht. In the case of annealing a complete stator in the form of a stack of loose sheets or a laminated core, the desired preferential direction can be generated by suitable annealing in a longitudinal magnetic field, ie the external field is generated by energizing electrical conductors running perpendicular to the sheet plane, which generate a magnetic field parallel to the later magnetic stress direction of the parts, ie the main surface of the sheet. In the case of annealing individual stator segments, however, an external magnetic field can be used, the source of which is located outside the annealing chamber of the furnace. For example, the source can be a coil system that is located in the wall or outside the wall of a furnace. The magnetic field source and/or the segment or segments are oriented in such a way that the circumferential direction of the stator segments is as parallel as possible to the course of the applied magnetic field. In this case, there is no ideally tempered preferred direction, since it cannot run almost parallel to the circumferential direction. Nevertheless, an improvement in the properties is achieved compared to an isotropic sheet.
Für den Fall der Glühung einzelner Statorsegmente können die Statorsegmente schon vor der Glühung zu einem Statorring zusammengesetzt und dann der so gefügte komplette Statorring einer Glühung im Längsfeld unterzogen werden, um so die gewünschte Vorzugsrichtung entlang des Umfangs zu erreichen. In the case of annealing individual stator segments, the stator segments can be assembled to form a stator ring before annealing and then the complete stator ring thus assembled can be subjected to annealing in the longitudinal field in order to achieve the desired preferred direction along the circumference.
Für den Fall der getrennten Fertigung von Statorring und Einzelzähnen eines Stators kann für den Statorring eine Längsfeldglühung verwendet werden, bei der das notwendige magnetische Längsfeld durch stromführende Leiter erzeugt wird. Die Einzelzähne können in diesem Fall in einem äußeren Magnetfeld geglüht werden. If the stator ring and individual teeth of a stator are manufactured separately, longitudinal field annealing can be used for the stator ring, in which the necessary longitudinal magnetic field is generated by current-carrying conductors. In this case, the individual teeth can be annealed in an external magnetic field.
Bei der Magnetfeldglühng von Statorsegmenten im äußeren Magnetfeld können ein oder mehrere Flussleitstücke verwendet werden. Das Flussleitstück bzw. die Flussleitstücke werden so angeordnet, dass der durch die Flussleitstücke in das Statorsegment eingeprägte Fluss möglichst weitgehend der Flussrichtung im aus den Einzelsegmenten zusammengesetzten Stator in der späteren Motoranwendung entspricht. When annealing stator segments in an external magnetic field, one or more flux guides can be used. The flux guide or flux guides are arranged in such a way that the flux impressed into the stator segment by the flux guides corresponds as closely as possible to the direction of flow in the stator composed of the individual segments in the subsequent motor application.
In der Magnetfeldglühung kann das externe Magnetfeld nur teilweise bzw. zeitweise oder über die ganze Dauer der Wärmebehandlung angelegt werden. In magnetic field annealing, the external magnetic field can be applied only partially or temporarily or for the entire duration of the heat treatment.
In einem ersten Verfahren wird die Magnetfeldglühung in einem getrennten Verfahren nach der normalen Schlussglühung, die dazu dient, das Gefüge in der Abkühlphase einzustellen, durchgeführt. Beispielweise kann die Schlussglühung in
einem herkömmlichen Ofen ohne Magnetfeldquelle durchgeführt werden und der Stapel in einen weiteren Ofen transportiert werden, der mit einer Magnetfeldquelle ausgestattet ist. In a first process, the magnetic field annealing is carried out in a separate process after the normal final annealing, which serves to adjust the structure in the cooling phase. For example, the final annealing can be carried out in a conventional furnace without a magnetic field source and the stack is transported to another furnace equipped with a magnetic field source.
Die Schlussglühung wird typischerweise bei Temperaturen T1 von über 700°C oder größer als 720°C, bevorzugt zwischen 750°C und 960°C durchgeführt. Die maximal mögliche Schlussglühtemperatur wird durch die Temperatur, bei der der Phasenübergang a/a+y stattfindet, beschränkt. Nur durch eine Glühung im ferntischen a-Bereich werden die guten weichmagnetischen Eigenschaften eingestellt. Die Temperatur T1 kann somit zwischen 700°C und Ta/a+Y liegen. Die Temperatur, bei der der Phasenübergang a/a+y stattfindet, ist von der Zusammensetzung der CoFe-Legierung abhängig. Die Haltezeit t1 der Schlussglühung kann zum Beispiel zwischen 0,5 und 10 Stunden liegen. Die Abkühlrate der Abkühlung von T1 kann zwischen 10 K/h und 1000 K/h, bevorzugt zwischen 30 K/h und 300 K/h liegen. In der Magnetfeldglühung wird eine maximale Temperatur verwendet, die unterhalb der Temperatur der Schlussglühung liegt. The final annealing is typically carried out at temperatures T1 of over 700°C or greater than 720°C, preferably between 750°C and 960°C. The maximum possible final annealing temperature is limited by the temperature at which the phase transition a/a+y takes place. The good soft magnetic properties are only achieved by annealing in the remote a range. The temperature T1 can therefore be between 700°C and T a /a+ Y. The temperature at which the phase transition a/a+y takes place depends on the composition of the CoFe alloy. The holding time t1 of the final annealing can, for example, be between 0.5 and 10 hours. The cooling rate of T1 can be between 10 K/h and 1000 K/h, preferably between 30 K/h and 300 K/h. In magnetic field annealing, a maximum temperature is used that is below the temperature of the final annealing.
In manchen Ausführungsbeispielen wird das externe Magnetfeld nur während der Abkühlung der Magnetfeldglühung auf einer Temperatur kleiner als 300°C, vorzugsweise kleiner als 200°C, angelegt. Das externe Magnetfeld ist somit während des Aufheizens und während der Haltezeit t2 der Magnetfeldglühung nicht angelegt. In some embodiments, the external magnetic field is only applied during the cooling of the magnetic field annealing to a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C. The external magnetic field is thus not applied during the heating and during the holding time t2 of the magnetic field annealing.
In manchen Ausführungsbeispielen wird das externe Magnetfeld während der Haltezeit t2 und während der anschließenden Abkühlung auf einer Temperatur kleiner als 300°C, vorzugsweise kleiner als 200°C, angelegt. Das Magnetfeld kann über die Gesamthaltezeit t2 und gesamte Abkühlung von T2 auf einer Temperatur kleiner als 300°C, vorzugsweise kleiner als 200°C, angelegt werden. In some embodiments, the external magnetic field is applied during the holding time t2 and during the subsequent cooling to a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C. The magnetic field can be applied over the entire holding time t2 and entire cooling of T2 to a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C.
In manchen Ausführungsbeispielen wird das externe Magnetfeld während weniger als 50% der Haltezeit t2 und während der anschließenden gesamten Abkühlung auf einer Temperatur kleiner als 300°C, vorzugsweise kleiner als 200°C, angelegt.
In manchen Ausführungsbeispielen wird das Magnetfeld erst in der zweiten Hälfte der Haltezeit t2 und während der anschließenden gesamten Abkühlung auf einer Temperatur kleiner als 300°C, vorzugsweise kleiner als 200°C, angelegt. In some embodiments, the external magnetic field is applied during less than 50% of the holding time t2 and during the subsequent entire cooling at a temperature less than 300°C, preferably less than 200°C. In some embodiments, the magnetic field is only applied in the second half of the holding time t2 and during the subsequent entire cooling to a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C.
Die Haltezeit t2 der Magnetfeldglühung kann zwischen 1 Minute und 10 Stunden liegen. Die Abkühlrate der Abkühlung von T2 kann zwischen 10 K/h und 1000 K/h, bevorzugt zwischen 30 K/h und 300 K/h, liegen. The holding time t2 of the magnetic field annealing can be between 1 minute and 10 hours. The cooling rate of T2 can be between 10 K/h and 1000 K/h, preferably between 30 K/h and 300 K/h.
Die Schlussglühung und die Magnetfeldglühung können getrennt durchgeführt werden. Beispielweise werden in manchen Ausführungsbeispielen die Schlussglühung und die Magnetfeldglühung in unterschiedlichen Öfen durchgeführt. The final annealing and the magnetic field annealing can be carried out separately. For example, in some embodiments the final annealing and the magnetic field annealing are carried out in different furnaces.
Die Schlussglühung kann unter einer Schutzgasatmosphäre oder einer reduzierenden Atmosphäre und/oder die Magnetfeldglühung im Vakuum oder unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden. Bei einem zweistufigen Verfahren mit getrennten Schluss- und Magnetfeldglühungen kann die Atmosphäre in der Schlussglühung und Magnetfeldglühung unterschiedlich sein. Als Schutzatmosphäre kann reiner Stickstoff oder Argon verwendet werden. Für eine reduzierende Atmosphäre kann eine wasserstoffhaltige Atmosphäre verwendet werden. Die wasserstoffhaltige Atmosphäre kann reiner Wasserstoff oder Stickstoff und/oder Argon mit Beimischung von Wasserstoff sein. In einem Ausführungsbeispiel ist die Schutzgasatmosphäre oder reduzierende Atmosphäre trocken. In manchen Ausführungsbeispielen weist die wasserstoffhaltige Atmosphäre einen Ausgangstaupunkt von weniger als -40°C auf. The final annealing can be carried out under a protective gas atmosphere or a reducing atmosphere and/or the magnetic field annealing in a vacuum or under a protective gas atmosphere. In a two-stage process with separate final and magnetic field annealings, the atmosphere in the final annealing and magnetic field annealing can be different. Pure nitrogen or argon can be used as a protective atmosphere. A hydrogen-containing atmosphere can be used for a reducing atmosphere. The hydrogen-containing atmosphere can be pure hydrogen or nitrogen and/or argon with an admixture of hydrogen. In one embodiment, the protective gas atmosphere or reducing atmosphere is dry. In some embodiments, the hydrogen-containing atmosphere has an initial dew point of less than -40°C.
In einem alternativen Verfahren wird die Magnetfeldglühung in die Schlussglühung integriert, sodass der Stapel nicht zunächst von T 1 auf einer Temperatur kleiner als 300°C abgekühlt und dann danach wieder auf eine Temperatur T2 aufgeheizt wird. Insbesondere wird das externe Magnetfeld zumindest zeitweise während der Abkühlung des Stapels von der Haltetemperatur T1 der Schlussglühung angelegt, wobei das Aufheizen und die Haltezeit t1 im Hintergrundmagnetfeld durchgeführt werden.
In dem alternativen Verfahren zum Herstellen eines Blechpakets wird ein Stapel aus einer Vielzahl von Blechen aus einer CoFe-Legierung mit 5 bis 55 Gewichts-% Co bereitgestellt. Der Stapel wird in einer Schlussglühung bei einer Temperatur T1 im Hintergrundmagnetfeld für eine Haltezeit t1 , wobei T 1 zwischen 700°C und 960°C, vorzugsweise 720°C bis 950°C, vorzugsweise 760°C bis 920°C liegt, gefolgt von einer Abkühlung auf eine Temperatur kleiner als 200°C, wärmebehandelt. Zumindest während der Abkühlung wird ein externes Magnetfeld angelegt, wobei das externe Magnetfeld größer als das Hintergrundmagnetfeld ist. In an alternative method, the magnetic field annealing is integrated into the final annealing so that the stack is not first cooled from T 1 to a temperature lower than 300°C and then heated up again to a temperature T2. In particular, the external magnetic field is applied at least temporarily during the cooling of the stack from the holding temperature T1 of the final annealing, with the heating up and the holding time t1 being carried out in the background magnetic field. In the alternative method for producing a laminated core, a stack of a plurality of sheets of a CoFe alloy with 5 to 55 wt.% Co is provided. The stack is heat treated in a final annealing at a temperature T1 in the background magnetic field for a holding time t1, where T1 is between 700°C and 960°C, preferably 720°C to 950°C, preferably 760°C to 920°C, followed by cooling to a temperature less than 200°C. At least during cooling, an external magnetic field is applied, the external magnetic field being greater than the background magnetic field.
Die Schlussglühung kann unter einer Schutzgasatmosphäre oder einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden. Die Schutzgasatmosphäre kann reiner Stickstoff oder Argon sein. Für eine reduzierende Atmosphäre kann eine wasserstoffhaltige Atmosphäre verwendet werden. Die wasserstoffhaltige Atmosphäre kann reinen Wasserstoff oder Stickstoff und/oder Argon mit Beimischung von Wasserstoff sein. In einem Ausführungsbeispiel kann die Schutzgasatmosphäre oder reduzierende Atmosphäre trocken sein. In manchen Ausführungsbeispielen weist die wasserstoffhaltige Atmosphäre einen Ausgangstaupunkt von weniger als -40°C auf. The final annealing may be carried out under a protective gas atmosphere or a reducing atmosphere. The protective gas atmosphere may be pure nitrogen or argon. A hydrogen-containing atmosphere may be used for a reducing atmosphere. The hydrogen-containing atmosphere may be pure hydrogen or nitrogen and/or argon with an admixture of hydrogen. In one embodiment, the protective gas atmosphere or reducing atmosphere may be dry. In some embodiments, the hydrogen-containing atmosphere has an initial dew point of less than -40°C.
In beiden Verfahren, d.h. einstufig und zweistufig, kann die Haltezeit t1 zwischen 0,5 und 10 Stunden betragen und/oder Abkühlraten zwischen 10 K/h und 1000 K/h, bevorzugt zwischen 30 K/h und 300 K/h während der Abkühlung verwendet werden. In both processes, i.e. single-stage and two-stage, the holding time t1 can be between 0.5 and 10 hours and/or cooling rates between 10 K/h and 1000 K/h, preferably between 30 K/h and 300 K/h, can be used during cooling.
In manchen Ausführungsbeispielen wird das externe Magnetfeld in Bezug auf den Stapel so angelegt, dass eine magnetische Vorzugsrichtung in den Blechen erzeugt wird. Beispielsweise kann das externe Magnetfeld ungefähr parallel zu den Hauptoberflächen der Bleche verlaufen. In manchen Ausführungsbeispielen verläuft das externe Magnetfeld ungefähr parallel zu der gewünschten Vorzugsrichtung. In some embodiments, the external magnetic field is applied with respect to the stack such that a preferred magnetic direction is created in the laminations. For example, the external magnetic field may be approximately parallel to the main surfaces of the laminations. In some embodiments, the external magnetic field is approximately parallel to the desired preferred direction.
Die Quelle des externen Magnetfelds, das gezielt angelegt werden kann, kann innerhalb des Glühraums des Ofens angeordnet werden. In manchen Ausführungsbeispielen wird zumindest ein Leiter, beispielsweise ein elektrisch leitender Draht oder ein Kabel, durch den ein Strom fließen kann, um den Stapel herum angeordnet. Beispielsweise kann der Draht um den Stapel gewickelt werden,
wobei mehrere Wicklungen verwendet werden können, um die Magnetfeldstärke zu erhöhen. Zum Anlegen des externen Magnetfelds wird eine Spannung an dem Leiter angelegt, wodurch Strom durch den Leiter fließt und ein Magnetfeld um den Leiter herum erzeugt. Das so erzeugte Magnetfeld fließt somit durch den Stapel, da der Leiter um den Stapel herum angeordnet ist. Zum Ausschalten des Magnetfelds wird die Spannung vom Leiter entfernt, sodass kein Magnetfeld mehr erzeugt ist. Typischerweise werden mehrere Leiter oder mehrere Wicklungen eines oder mehrerer Leiter verwendet. Diese Anordnung kann bei ringförmigen Gegenständen wie einem Statorring oder einem zylinderförmigen Stator verwendet werden, wobei der Leiter in der zentralen Öffnung angeordnet und um die Außenseite des ringförmigen Gegenstands gewickelt wird. The source of the external magnetic field, which can be applied in a targeted manner, can be arranged within the annealing chamber of the furnace. In some embodiments, at least one conductor, for example an electrically conductive wire or a cable through which a current can flow, is arranged around the stack. For example, the wire can be wound around the stack, wherein multiple windings may be used to increase the magnetic field strength. To apply the external magnetic field, a voltage is applied to the conductor, causing current to flow through the conductor and creating a magnetic field around the conductor. The magnetic field thus created thus flows through the stack as the conductor is arranged around the stack. To turn off the magnetic field, the voltage is removed from the conductor so that no magnetic field is anymore generated. Typically, multiple conductors or multiple windings of one or more conductors are used. This arrangement can be used with ring-shaped objects such as a stator ring or a cylindrical stator, with the conductor arranged in the central opening and wrapped around the outside of the ring-shaped object.
In manchen Ausführungsbeispielen hat der Leiter die Form von Kupferstäben, die am oberen und unteren Teil des Glühgestells miteinander verbunden werden und somit einen elektrischen Kreis bilden, der das zu glühende Teil wie eine Wicklung umschließt. In some embodiments, the conductor has the form of copper rods that are connected to each other at the top and bottom of the annealing frame, thus forming an electrical circuit that encloses the part to be annealed like a winding.
Der Strom, der durch den Leiter fließt, kann eingestellt werden, um das gewünschte Magnetfeld zu erzeugen. In manchen Ausführungsbeispielen beträgt der Strom je Leiter größer 5 A, vorzugsweise größer 50 A, vorzugsweise größer 100 A. The current flowing through the conductor can be adjusted to generate the desired magnetic field. In some embodiments, the current per conductor is greater than 5 A, preferably greater than 50 A, preferably greater than 100 A.
In manchen Ausführungsbeispielen wird die Magnetfeldglühung in einem Magnetfeldofen durchgeführt, der ein Anregungsmagnetfeld von größer als 50 kA/m, vorzugsweise größer als 100 kA/m, vorzugsweise zwischen 100 kA/m und 300 kA/m, aufweist. In einem Magnetfeldofen werden typischerweise die Leiter zum Erzeugen des Magnetfelds außerhalb des Glühraums bzw. in den Wänden des Glühraums angeordnet. In some embodiments, the magnetic field annealing is carried out in a magnetic field furnace which has an excitation magnetic field of greater than 50 kA/m, preferably greater than 100 kA/m, preferably between 100 kA/m and 300 kA/m. In a magnetic field furnace, the conductors for generating the magnetic field are typically arranged outside the annealing chamber or in the walls of the annealing chamber.
In manchen Ausführungsbeispielen wird das externe Magnetfeld so eingestellt, dass in der CoFe-Legierung eine Feldstärke größer 0,5 A/cm, bevorzugt größer als 1 A/cm, besonders bevorzugt größer als 3 A/cm vorliegt. In some embodiments, the external magnetic field is adjusted such that a field strength of greater than 0.5 A/cm, preferably greater than 1 A/cm, particularly preferably greater than 3 A/cm is present in the CoFe alloy.
In manchen Ausführungsbeispielen wird zum Verstärken des Magnetfelds in den Blechen zumindest ein Flussleitstück am Stapel und/oder auf dem Stapel und/oder
unter dem Stapel angeordnet. Das Flussleitstück kann eine weichmagnetische Legierung, beispielsweise eine CoFe-Legierung, aufweisen. In some embodiments, to amplify the magnetic field in the sheets, at least one flux guide piece is provided on the stack and/or on the stack and/or arranged under the stack. The flux guide piece can comprise a soft magnetic alloy, for example a CoFe alloy.
In manchen Ausführungsbeispielen ist das Flussstück mit den Blechen und dem Stapel nicht integriert, sondern als ein getrenntes Teil ausgebildet, sodass ein Luftspalt dazwischen gebildet wird. Es wird angestrebt, dass der Luftspalt möglichst klein ist, damit die Wirkung des Flussstückes effektiver ist. In manchen Ausführungsbeispielen beträgt der Luftspalt höchstens 0,1 mm, bevorzugt höchstens 0,05 mm, besonders bevorzugt höchstens 0,01 mm. In some embodiments, the flux piece is not integrated with the sheets and the stack, but is designed as a separate part, so that an air gap is formed between them. The aim is for the air gap to be as small as possible so that the effect of the flux piece is more effective. In some embodiments, the air gap is at most 0.1 mm, preferably at most 0.05 mm, particularly preferably at most 0.01 mm.
In manchen Ausführungsbeispielen sind die Bleche lose im Stapel und werden nach der Magnetfeldglühung zu einem Blechpaket befestigt. In manchen Ausführungsbeispielen werden die Bleche des Stapels zu einem Blechpaket befestigt und das Blechpaket der Schlussglühung und der nachfolgenden Magnetfeldglühung, wenn ein getrenntes Verfahren für die Magnetfeldglühung verwendet wird, unterzogen. In some embodiments, the laminations are loose in the stack and are secured to form a lamination stack after magnetic field annealing. In some embodiments, the laminations of the stack are secured to form a lamination stack and the lamination stack is subjected to the final annealing and the subsequent magnetic field annealing if a separate process is used for the magnetic field annealing.
In manchen Ausführungsbeispielen wird ein Rückschlussring bereitgestellt, der zusammen mit dem Stapel bzw. Blechpaket einen magnetischen Kreis bildet. Dadurch wird das Magnetfeld im Stapel bzw. Blechpaket erhöht. In manchen Ausführungsbeispielen ist der Rückschlussring ein Teil des jeweiligen Blechs bzw. Blechpakets, der nach der Magnetfeldglühung entfernt wird. Der Rückschlussring kann mittels Laserschneidens oder Erodierens entfernt werden. In some embodiments, a return ring is provided which forms a magnetic circuit together with the stack or laminated core. This increases the magnetic field in the stack or laminated core. In some embodiments, the return ring is a part of the respective sheet or laminated core that is removed after the magnetic field annealing. The return ring can be removed by means of laser cutting or erosion.
In manchen Ausführungsbeispielen weist das Blechpaket die Gestalt eines Stators mit einem Statorring und Statorzähnen auf. In diesen Ausführungsbeispielen weist der Rückschluss die Form eines inneren Rückschlussrings auf, der sich zwischen den inneren Enden der Statorzähne erstreckt. In some embodiments, the laminated core has the shape of a stator with a stator ring and stator teeth. In these embodiments, the yoke has the shape of an inner yoke ring that extends between the inner ends of the stator teeth.
In manchen Ausführungsbeispielen weist der innere Rückschlussring eine Breite auf, die mindestens halb so groß ist wie die Breite der Statorzähne. In some embodiments, the inner return ring has a width that is at least half the width of the stator teeth.
In manchen Ausführungsbeispielen ist der Rückschluss nicht in das Blechpaket nicht integriert, sondern ein getrenntes Teil, sodass ein Luftspalt zwischen dem Blechpaket
und dem Rückschluss gebildet wird. Es wird angestrebt, dass der Luftspalt möglichst klein ist, damit die Wirkung des Rückschlusses effektiver ist. In manchen Ausführungsbeispielen beträgt der Luftspalt höchstens 0,1 mm, bevorzugt höchstens 0,05 mm, besonders bevorzugt höchstens 0,01 mm. In some embodiments, the return is not integrated into the laminated core, but is a separate part, so that an air gap between the laminated core and the return path. The aim is for the air gap to be as small as possible so that the effect of the return path is more effective. In some embodiments, the air gap is at most 0.1 mm, preferably at most 0.05 mm, particularly preferably at most 0.01 mm.
Das Blechpaket kann zum Beispiel eine Ringform oder eine längliche Form aufweisen. Beispielsweise kann ein ringförmiges Blechpaket ein Statorring und ein längliches Blechpaket ein Statorzahn sein. Das Blechpaket kann somit ein Segment eines Stators sein. The laminated core can, for example, have a ring shape or an elongated shape. For example, an annular laminated core can be a stator ring and an elongated laminated core can be a stator tooth. The laminated core can thus be a segment of a stator.
In manchen Ausführungsbeispielen wird nach der Magnetfeldglühung das Blechpaket aus mehreren Teilen bzw. Segmenten zusammengesetzt. In some embodiments, the laminated core is assembled from several parts or segments after magnetic field annealing.
In manchen Ausführungsbeispielen wird das Blechpaket vor der Schlussglühung in Teile segmentiert und die Teile werden in der Schlussglühung und in der Magnetfeldglühung im extern angelegten Magnetfeld wärmebehandelt. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass die Teile unterschiedlichen Magnetfeldglühungen unterzogen werden können. Somit kann zum Beispiel das Magnetfeld parallel zu der Länge der Statorzähne in einer Magnetfeldglühung und parallel zu der Umfangsrichtung des Statorrings in einer weiteren Magnetfeldglühung ausgerichtet werden. Die magnetischen Eigenschaften der Teile können somit getrennt optimiert werden. Ferner kann die Schlussglühung auch dazu dienen, Beschädigungen, die vom Segmentieren verursacht sind, zu heilen. In some embodiments, the laminated core is segmented into parts before the final annealing and the parts are heat treated in the final annealing and in the magnetic field annealing in an externally applied magnetic field. This embodiment has the advantage that the parts can be subjected to different magnetic field annealings. For example, the magnetic field can be aligned parallel to the length of the stator teeth in a magnetic field annealing and parallel to the circumferential direction of the stator ring in another magnetic field annealing. The magnetic properties of the parts can thus be optimized separately. Furthermore, the final annealing can also serve to heal damage caused by segmentation.
Alternativ wird in manchen Ausführungsbeispielen erst nach der Schlussglühung das Blechpaket in Teile segmentiert und die Teile werden in der Magnetfeldglühung im extern angelegten Magnetfeld wärmebehandelt. Dieses Verfahren ermöglicht auch, dass die magnetischen Eigenschaften der Teile gezielt und getrennt optimiert werden können. Alternatively, in some embodiments, the laminated core is segmented into parts only after the final annealing and the parts are heat-treated in the magnetic field annealing in an externally applied magnetic field. This process also makes it possible to optimize the magnetic properties of the parts in a targeted and separate manner.
In manchen Ausführungsbeispielen werden die Teile zusammen mit Flussleitstücken in der Magnetfeldglühung im extern angelegten Magnetfeld wärmebehandelt. In manchen Ausführungsbeispielen ist das Flussstück mit den Blechen bzw. dem Stapel nicht integriert, sondern ein getrenntes Teil, sodass ein Luftspalt dazwischen gebildet
wird. Es wird angestrebt, dass der Luftspalt möglichst klein ist, damit die Wirkung des Flussstückes effektiver ist. In manchen Ausführungsbeispielen beträgt der Luftspalt höchstens 0,1 mm, bevorzugt höchstens 0,05 mm, besonders bevorzugt höchstens 0,01 mm. In some embodiments, the parts are heat treated together with flux guide pieces in the magnetic field annealing in an externally applied magnetic field. In some embodiments, the flux piece is not integrated with the sheets or the stack, but is a separate part, so that an air gap is formed between them. The aim is for the air gap to be as small as possible so that the effect of the flux piece is more effective. In some embodiments, the air gap is at most 0.1 mm, preferably at most 0.05 mm, particularly preferably at most 0.01 mm.
In manchen Ausführungsbeispielen sind die Bleche im Stapel lose vorhanden. Bei einem losen Stapel kann auch ein integrierter Rückschluss bereitgestellt werden, der Teil der jeweiligen Bleche ist. In manchen Ausführungsbeispielen weisen die jeweiligen Bleche die Gestalt eines Stators mit einem Statorring und Statorzähnen auf. In diesen Ausführungsbeispielen können die Bleche den Rückschluss in Form eines inneren Rückschlussrings haben, der sich zwischen den inneren Enden der Statorzähne erstreckt. In manchen Ausführungsbeispielen weist der innere Rückschlussring der jeweiligen Bleche eine Breite auf, die mindestens halb so groß ist wie die Breite der Statorzähne. In manchen Ausführungsbeispielen ist der Rückschlussring ein Teil des Blechs, der nach der Magnetfeldglühung entfernt wird. Der Rückschlussring kann mittels Laserschneidens oder Erodierens oder Stanzens entfernt werden. In some embodiments, the laminations are loose in the stack. In a loose stack, an integrated yoke may also be provided that is part of the respective laminations. In some embodiments, the respective laminations have the shape of a stator with a stator ring and stator teeth. In these embodiments, the laminations may have the yoke in the form of an inner yoke ring that extends between the inner ends of the stator teeth. In some embodiments, the inner yoke ring of the respective laminations has a width that is at least half the width of the stator teeth. In some embodiments, the yoke ring is a part of the lamination that is removed after magnetic field annealing. The yoke ring can be removed by laser cutting or eroding or punching.
In manchen Ausführungsbeispielen ist der Rückschluss ein getrenntes Teil, das an, auf oder unter dem Stapel angeordnet ist. Ein Luftspalt wird typischerweise zwischen dem Stapel und dem Rückschluss gebildet, der so klein wie möglich gehalten werden sollte. In manchen Ausführungsbeispielen beträgt der Luftspalt höchstens 0,1 mm, bevorzugt höchstens 0,05 mm, besonders bevorzugt höchstens 0,01 mm. In some embodiments, the return path is a separate part that is arranged at, on or under the stack. An air gap is typically formed between the stack and the return path, which should be kept as small as possible. In some embodiments, the air gap is at most 0.1 mm, preferably at most 0.05 mm, particularly preferably at most 0.01 mm.
In manchen Ausführungsbeispielen weisen die jeweiligen Bleche eine Ringform oder eine längliche Form auf. Beispielsweise kann ein ringförmiges Blech die Gestalt eines Statorrings und ein längliches Blech die Gestalt eines Statorzahns haben. Das Blech kann somit Teil eines Segments eines Stators sein. In some embodiments, the respective laminations have a ring shape or an elongated shape. For example, an annular lamination can have the shape of a stator ring and an elongated lamination can have the shape of a stator tooth. The lamination can thus be part of a segment of a stator.
In manchen Ausführungsbeispielen werden nach der Magnetfeldglühung und eventuellem Entfernen des Rückschlussrings die Bleche miteinander zu einem Blechpaket zusammengesetzt und befestigt. Dies kann mittels Klebens und/oder Schweißens durchgeführt werden.
Die CoFe-Legierung kann verschiedene Zusammensetzungen aufweisen. In manchen Ausführungsbeispielen kann die CoFe-Legierung eine kommerzielle erhältliche Legierung wie HIPERCO oder PERMENDUR sein. In manchen Ausführungsbeispielen weist die CoFe-Legierung In some embodiments, after magnetic field annealing and possible removal of the return ring, the sheets are assembled and secured together to form a sheet stack. This can be done by gluing and/or welding. The CoFe alloy may have various compositions. In some embodiments, the CoFe alloy may be a commercially available alloy such as HIPERCO or PERMENDUR. In some embodiments, the CoFe alloy has
35 bis 55 Gewichts-% Co und bis zu 2,5 Gewichts-% V, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, oder 35 to 55 wt% Co and up to 2.5 wt% V, balance Fe and unavoidable impurities, or
45 Gewichts-% < Co < 52 Gewichts-%, 45 Gewichts-% < Fe < 52 Gewichts-%, 0,5 Gewichts-% < V < 2,5 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, oder 45 wt% < Co < 52 wt%, 45 wt% < Fe < 52 wt%, 0.5 wt% < V < 2.5 wt%, balance Fe and unavoidable impurities, or
35 Gewichts-% < Co < 55 Gewichts-%, vorzugsweise 45 Gewichts-% < Co < 52 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Ni < 0,5 Gewichts-%, 0,5 Gewichts-% < V < 2,5 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, oder 35 wt% < Co < 55 wt%, preferably 45 wt% < Co < 52 wt%, 0 wt% < Ni < 0.5 wt%, 0.5 wt% < V < 2.5 wt%, balance Fe and unavoidable impurities, or
35 Gewichts-% < Co < 55 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < V < 2,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < (Ta + 2Nb) < 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Zr < 1 ,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Ni < 5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < C < 0,5 Gewichts-%, 0 Gewichts- % < Cr < 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Mn < 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Si < 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < AI < 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < B < 0,01 Gewichts- %, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, oder 35 wt% < Co < 55 wt%, 0 wt% < V < 2.5 wt%, 0 wt% < (Ta + 2Nb) < 1 wt%, 0 wt% < Zr < 1.5 wt%, 0 wt% < Ni < 5 wt%, 0 wt% < C < 0.5 wt%, 0 wt% < Cr < 1 wt%, 0 wt% < Mn < 1 wt%, 0 wt% < Si < 1 wt%, 0 wt% < AI < 1 wt%, 0 wt% < B < 0.01 wt%, balance Fe and unavoidable impurities, or
5 bis 25 Gewichts-% Co, 0,3 bis 5,0 Gewichts-% V, 0 Gewichts-% < Si < 3 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Cr < 3 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Mn < 3 Gewichts- %, 0 Gewichts-% < AI < 3 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, oder 5 to 25 wt% Co, 0.3 to 5.0 wt% V, 0 wt% < Si < 3 wt%, 0 wt% < Cr < 3 wt%, 0 wt% < Mn < 3 wt%, 0 wt% < Al < 3 wt%, balance Fe and unavoidable impurities, or
47 Gewichts-% < Co < 50 Gewichts-%, 1 Gewichts-% < V < 3 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Ni < 0,2 Gewichts-%, 0,08 Gewichts-% < Nb < 0,12 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < C < 0,007 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Mn < 0,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Si < 0,1 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen auf. 47 wt% < Co < 50 wt%, 1 wt% < V < 3 wt%, 0 wt% < Ni < 0.2 wt%, 0.08 wt% < Nb < 0.12 wt%, 0 wt% < C < 0.007 wt%, 0 wt% < Mn < 0.5 wt%, 0 wt% < Si < 0.1 wt%, balance Fe and unavoidable impurities.
Die Bleche können mit metallurgischen Verfahren hergestellt werden. In manchen Ausführungsbeispielen wird eine Schmelze aus der FeCo-Legierung mit der gewünschten Zusammensetzung bereitgestellt und unter Vakuum gegossen, um nach anschließendem Erstarren einen Gussblock zu formen. Der Gussblock wird zu der Bramme und die Bramme zu einem Warmwalzband warmgewalzt, gefolgt vom
Abschrecken des Warmwalzbandes von einer Temperatur oberhalb 700°C auf eine Temperatur kleiner 200°C. Das abgekühlte Warmwalzband wird zu einem kaltgewalzten Band kaltgewalzt und die Bleche aus dem kaltgewalzten Band geformt. Die Bleche können somit vor der Schlussglühung eine Kaltwalztextur aufweisen. The sheets can be produced using metallurgical processes. In some embodiments, a melt of the FeCo alloy with the desired composition is provided and cast under vacuum to form an ingot after subsequent solidification. The ingot is hot rolled into the slab and the slab into a hot rolled strip, followed by Quenching the hot-rolled strip from a temperature above 700°C to a temperature below 200°C. The cooled hot-rolled strip is cold-rolled to a cold-rolled strip and the sheets are formed from the cold-rolled strip. The sheets can therefore have a cold-rolled texture before the final annealing.
Die Bleche können mittels zum Beispiel Schneidens, Stanzens, Laserscheidens, Erodierens oder Ablängens aus dem Band geformt werden. Die Bleche können eine Dicke db aufweisen, wobei 0,01 mm < db < 0,35 mm, vorzugsweise, 0,01 mm < db < 0,2 mm, vorzugsweise 0,01 mm < db < 0,1 mm, vorzugsweise 0,01 mm < db < 0,06 mm ist. The sheets can be formed from the strip by means of, for example, cutting, punching, laser cutting, eroding or cutting to length. The sheets can have a thickness db, where 0.01 mm < db < 0.35 mm, preferably 0.01 mm < db < 0.2 mm, preferably 0.01 mm < db < 0.1 mm, preferably 0.01 mm < db < 0.06 mm.
In manchen Ausführungsbeispielen werden die Bleche mit einer Lösung mit Mg- enthaltendem Methylat oder Mg-enthaltendem Propylat oder Zr-enthaltendem Methylat oder Zr-enthaltendem Propylat oder mit einer Böhmit-enthaltenden Suspension beschichtet, die sich während der Wärmebehandlung zu MgO bzw. ZrÜ2 bzw. AI2O3 umwandeln. Typischerweise wird das Band, aus dem die Bleche geformt werden, mit der Lösung beschichtet und die Bleche werden mit der Beschichtung aus dem beschichten Band geformt. Die Beschichtung kann eine Dicke ds aufweisen, wobei 0,01 pm < ds 1 pm, 0,01 pm < ds 1 pm, vorzugsweise, 0,01 pm < ds 0,5 pm, vorzugsweise 0,01 pm < ds 0,2 pm ist. Im Fall der AI2O3 haltigen Beschichtung kann die Dicke ds auch größer sein, wobei 0,1 pm < ds 6 pm, vorzugsweise 0,5 pm < ds 4 pm. In some embodiments, the sheets are coated with a solution with Mg-containing methylate or Mg-containing propylate or Zr-containing methylate or Zr-containing propylate or with a boehmite-containing suspension, which are converted to MgO or ZrO2 or Al2O3 during the heat treatment. Typically, the strip from which the sheets are formed is coated with the solution and the sheets are formed with the coating from the coated strip. The coating can have a thickness d s , where 0.01 pm < d s 1 pm, 0.01 pm < d s 1 pm, preferably 0.01 pm < d s 0.5 pm, preferably 0.01 pm < d s 0.2 pm. In the case of the coating containing AI2O3, the thickness d s can also be larger, where 0.1 pm < d s 6 pm, preferably 0.5 pm < d s 4 pm.
In manchen Ausführungsbeispielen werden die Bleche mit einer Böhmit-enthaltenden Suspension beschichtet, die sich während der Wärmebehandlung zu AI2O3 umwandelt. In some embodiments, the sheets are coated with a boehmite-containing suspension, which converts to AI2O3 during heat treatment.
Ausführungsbeispiele und Beispiele werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Design examples and examples are now explained in more detail using the drawings.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Stapels von Blechen, die jeweils die Form eines Stators aufweisen.
Figur 2 zeigt Diagramme von drei Wärmebehandlungen. Figure 1 shows a perspective view of a stack of laminations, each having the shape of a stator. Figure 2 shows diagrams of three heat treatments.
Figur 3 zeigt eine Darstellung eines Aufbaus zur Wärmebehandlung eines Stapels im magnetischen Längsfeld. Figure 3 shows a diagram of a setup for heat treatment of a stack in a longitudinal magnetic field.
Figur 4 zeigt eine Hystereseschleife für ein Vergleichsbeispiel, die im Hintergrundmagnetfeld schlussgeglüht wird, und für ein erfindungsgemäßes Beispiel, bei dem ein Magnetfeld während der Abkühlphase der Schlussglühung angelegt wird. Figure 4 shows a hysteresis loop for a comparative example which is finally annealed in the background magnetic field and for an example according to the invention in which a magnetic field is applied during the cooling phase of the final annealing.
Figur 5 zeigt ein Diagramm von gemessenen Permeabilitäten für Bleche, die in unterschiedliche Längsmagnetfelder schlussgeglüht werden und für Vergleichsbleche, die ohne zusätzliches angelegtes Magnetfeld schlussgeglüht werden. Figure 5 shows a diagram of measured permeabilities for sheets that are finally annealed in different longitudinal magnetic fields and for comparison sheets that are finally annealed without an additional applied magnetic field.
Figur 6 zeigt einen Graph des Verlaufs der Maximalpermeabilitäten und Koerzitivfeldstärken in Abhängigkeit vom Längsfeld. Figure 6 shows a graph of the maximum permeabilities and coercive field strengths as a function of the longitudinal field.
Figur 7 zeigt einen Graph des Verlaufs der Induktion B3 bei einer Feldstärke 3 A/cm, der Remanenz Br und des Remanenzverhältnisses Br/Bs in Abhängigkeit vom Längsfeld. Figure 7 shows a graph of the course of the induction B3 at a field strength of 3 A/cm, the remanence Br and the remanence ratio Br/Bs as a function of the longitudinal field.
Figur 8 zeigt einen Graph des Remanenzverhältnisses Br/B160 für Beispiele, die in unterschiedlichen Magnetfeldern abgekühlt werden. Figure 8 shows a graph of the remanence ratio Br/B160 for examples cooled in different magnetic fields.
Figur 9 zeigt die magnetischen Eigenschaften He, B3, pmax und Br nach einer Nachglühung. Figure 9 shows the magnetic properties He, B3, pmax and Br after post-annealing.
Figur 10 zeigt einen Graph des Abfalls von pmax und Br/B3 nach einer Nachglühung bei verschiedenen Temperaturen. Figure 10 shows a graph of the decay of pmax and Br/B3 after post-annealing at different temperatures.
Figur 11 zeigt einen Graph der Permeabilitäten der Glühungen mit Magnetfeld und deren Referenz ohne Magnetfeld.
Figur 12A zeigt eine Darstellung eines Stators mit einem Rückschlussring. Figure 11 shows a graph of the permeabilities of the annealings with magnetic field and their reference without magnetic field. Figure 12A shows a representation of a stator with a return ring.
Figur 12B zeigt eine weitere Darstellung des Stators mit dem Rückschlussring. Figure 12B shows another representation of the stator with the return ring.
Figur 12C zeigt eine Darstellung des Stators nach dem Entfernen desFigure 12C shows a representation of the stator after removal of the
Rückschlussrings. return ring.
Figur 12D zeigt eine Darstellung eines Stators mit einem getrennten Flussleiter. Figure 12D shows a representation of a stator with a separate flux guide.
Figur 13 zeigt einen Statorzahn mit einem Flussleiter. Figure 13 shows a stator tooth with a flux conductor.
Figur 14 zeigt die Verteilung der Flussdichte im Statorzahn mit und ohne Flussleiter. Figure 14 shows the distribution of flux density in the stator tooth with and without flux guide.
Figur 15 zeigt verschiedene Fertigungswege, mit denen ein Blechpaket oder ein Teil eines Blechpakets hergestellt werden kann. Figure 15 shows different manufacturing processes by which a laminated core or a part of a laminated core can be manufactured.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stapels 10 aus einer Vielzahl von Blechen 11 , die eine weichmagnetische CoFe-Legierung aufweisen. Die Co-Fe- Legierung kann zwischen 5 und 55 Gewichts-% Kobalt aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel weist die CoFe-Legierung ca. 49 Gewichts-% Co, ca. 49 Gewichts-% Fe und ca. 2 Gewichts-% V auf. Neben den Hauptlegierungselementen Co, Fe und V sind in diesen kommerziell erhältlichen Legierungen teilweise kornfeinende Zusätze wie z.B. Nb, Ta, Zr enthalten, welche das Kornwachstum begrenzen und so erhöhte Festigkeiten ermöglichen. Als CoFe-Legierung kann eine CoFe-Legierung mit einem der Handelsnamen VACOFLUX 48, VACOFLUX 50, VACODUR 50, VACODUR 49, VACODUR S Plus, HIPERCO 50, HIPERCO 50A, HIPERCO 50HS, AFK 502 und AFK 502R verwendet werden. Figure 1 shows a perspective view of a stack 10 made of a plurality of sheets 11 comprising a soft magnetic CoFe alloy. The Co-Fe alloy can contain between 5 and 55% cobalt by weight. In one embodiment, the CoFe alloy contains approximately 49% Co, approximately 49% Fe and approximately 2% V by weight. In addition to the main alloying elements Co, Fe and V, these commercially available alloys sometimes contain grain-refining additives such as Nb, Ta and Zr, which limit grain growth and thus enable increased strength. As a CoFe alloy, a CoFe alloy with one of the trade names VACOFLUX 48, VACOFLUX 50, VACODUR 50, VACODUR 49, VACODUR S Plus, HIPERCO 50, HIPERCO 50A, HIPERCO 50HS, AFK 502 and AFK 502R can be used.
In der Ausführungsform der Figur 1 weisen die jeweiligen Bleche die Form eines Stators 12 mit einem Statorring 13 und mehrere Statorzähne 14 auf, die sich von der Innenseite des Statorrings 13 in der Richtung der Achse 15 des Stators erstrecken. In anderen Ausführungsformen können die Bleche 11 eine rechteckige oder quadratische Form haben, oder die Form eines Teils eines Stators, beispielsweise
eine Ringform für den Statorring oder eine T-Form oder eine I-Form für einen Statorzahn. In the embodiment of Figure 1, the respective laminations have the shape of a stator 12 with a stator ring 13 and a plurality of stator teeth 14 extending from the inside of the stator ring 13 in the direction of the axis 15 of the stator. In other embodiments, the laminations 11 may have a rectangular or square shape, or the shape of a part of a stator, for example a ring shape for the stator ring or a T-shape or an I-shape for a stator tooth.
Die jeweiligen Bleche 11 haben eine erste Hauptoberfläche 16, eine zweite Hauptoberfläche 17, die gegenüber der ersten Hauptoberfläche 16 angeordnet ist, und eine Dicke db, wobei 0,01 mm < db < 0,35 mm, vorzugsweise, 0,01 mm < db < 0,2 mm, vorzugsweise 0,01 mm < db < 0,1 mm, vorzugsweise 0,01 mm < db < 0,06 mm ist. Die zweite Hauptoberfläche 17 eines ersten Blechs 11 ist auf der ersten Hauptoberfläche 16 eines zweiten Blechs 1 T angeordnet, um den Stapel in einer Stapelrichtung 18, die sich senkrecht zu der Hauptoberflächen 16 und 17 erstreckt, aufzubauen. The respective sheets 11 have a first main surface 16, a second main surface 17 arranged opposite the first main surface 16, and a thickness db, wherein 0.01 mm < db < 0.35 mm, preferably, 0.01 mm < db < 0.2 mm, preferably 0.01 mm < db < 0.1 mm, preferably 0.01 mm < db < 0.06 mm. The second main surface 17 of a first sheet 11 is arranged on the first main surface 16 of a second sheet 11 to build up the stack in a stacking direction 18 extending perpendicular to the main surfaces 16 and 17.
Eine oder beide der Hauptoberflächen 16, 17 der jeweiligen Bleche 11 können komplett oder teilweise mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung 19 beschichtet sein, die als Glühseparator sowie als elektrische Isolation zwischen den Blechen 11 im fertigen Blechpaket dient. Die Beschichtung 19 kann nach der Schlussglühung eine Keramik wie AI2O3, MgO oder ZrÜ2 aufweisen. One or both of the main surfaces 16, 17 of the respective sheets 11 can be completely or partially coated with an electrically insulating coating 19, which serves as an annealing separator and as electrical insulation between the sheets 11 in the finished laminated core. The coating 19 can comprise a ceramic such as Al2O3, MgO or ZrO2 after the final annealing.
In der Ausführungsform der Figur 1 sind die Bleche 11 des Stapels 10 lose und nicht miteinander verbunden. In anderen Ausführungsbeispielen sind die Bleche miteinander verbunden, beispielsweise mittels eines oder mehrerer Schweißnähte und bilden ein Blechpaket oder ein Segment eines Blechpakets, beispielsweise eines Statorrings oder Statorzahns. In the embodiment of Figure 1, the laminations 11 of the stack 10 are loose and not connected to one another. In other embodiments, the laminations are connected to one another, for example by means of one or more weld seams, and form a laminated core or a segment of a laminated core, for example a stator ring or stator tooth.
Der Stapel 10 wird einer Wärmebehandlung unterzogen, um die weichmagnetischen Eigenschaften der Co-Fe-Legierung einzustellen. The stack 10 is subjected to a heat treatment to adjust the soft magnetic properties of the Co-Fe alloy.
Figur 2 zeigt Diagramme von drei Beispielen möglicher Wärmebehandlungen für eine CoFe-Legierung mit 5 bis 55 Gewichts-% Co. Diese Wärmebehandlungen können zum Herstellen eines Blechpakets, eines Stapels aus Blechen aus der CoFe- Legierung oder Segmente und Teile eines Stators verwendet werden. Figure 2 shows diagrams of three examples of possible heat treatments for a CoFe alloy with 5 to 55 wt% Co. These heat treatments can be used to produce a laminated core, a stack of CoFe alloy sheets, or segments and parts of a stator.
Figur 2A zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Wärmebehandlung 30, die zwei getrennte Stufen aufweist, nämlich eine Schlussglühung 31 , die von einer getrennten
Magnetfeldglühung 32 gefolgt wird. In der Schlussglühung 31 wird der Stapel aufgeheizt und bei einer Temperatur T 1 für eine Zeit t1 gehalten und danach auf eine Temperatur von weniger als 300°C abgekühlt. Der Stapel kann auf Raumtemperatur abgekühlt und danach gelagert werden. Nach dieser Schlussglühung wird die Magnetfeldglühung 32 durchgeführt. Dies kann zu einem späteren Zeitpunkt nach der Lagerung des Stapels bei Raumtemperatur durchgeführt werden. In der Magnetfeldglühung wird der Stapel aufgeheizt und bei einer Temperatur T2 für eine Zeit t2 gehalten und danach auf eine Temperatur von weniger als 300°C abgekühlt. Zumindest teilweise während der Magnetfeldglühung wird ein externes Magnetfeld angelegt. Figure 2A shows an embodiment of a heat treatment 30 which has two separate stages, namely a final annealing 31 which is followed by a separate Magnetic field annealing 32 is followed. In the final annealing 31, the stack is heated and held at a temperature T1 for a time t1 and then cooled to a temperature of less than 300°C. The stack can be cooled to room temperature and then stored. After this final annealing, the magnetic field annealing 32 is carried out. This can be carried out at a later time after the stack has been stored at room temperature. In the magnetic field annealing, the stack is heated and held at a temperature T2 for a time t2 and then cooled to a temperature of less than 300°C. An external magnetic field is applied at least partly during the magnetic field annealing.
Die Zeitdauer, während der das externe Magnetfeld angelegt wird, ist durch den schwarzen Balken 33 in Figur 2 gezeigt. Außerhalb dieses Bereichs wird die Wärmebehandlung im Hintergrundmagnetfeld durchgeführt. Das Hintergrundmagnetfeld beträgt typischerweise höchstens 1 kA/m, vorzugsweise kleiner als 0,5 kA/m, vorzugsweise kleiner als 0,1 kA/m. Das externe Magnetfeld, das aktiv angelegt wird, ist somit größer als das Hintergrundmagnetfeld, d.h. größer als 0,1 kA/m. In manchen Ausführungsbeispielen wird das externe Magnetfeld so eingestellt, dass eine Feldstärke größer 0,5 A/cm, bevorzugt größer als 1 A/cm, besonders bevorzugt größer als 3 A/cm am Stapel vorliegt. The period of time during which the external magnetic field is applied is shown by the black bar 33 in Figure 2. Outside this range, the heat treatment is carried out in the background magnetic field. The background magnetic field is typically at most 1 kA/m, preferably less than 0.5 kA/m, preferably less than 0.1 kA/m. The external magnetic field that is actively applied is thus greater than the background magnetic field, i.e. greater than 0.1 kA/m. In some embodiments, the external magnetic field is set so that a field strength of greater than 0.5 A/cm, preferably greater than 1 A/cm, particularly preferably greater than 3 A/cm is present at the stack.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 2A ist die Haltezeit t2 kurz, beispielsweise eine halbe Stunde, und das Magnetfeld wird angelegt, nachdem die Temperatur T2 erreicht worden ist und gehalten, bis aufgrund der nachfolgenden Abkühlung von der Haltetemperatur T2 eine Temperatur von ungefähr 200°C erreicht wird. Danach kann das externe Magnetfeld ausgeschaltet und die weitere Abkühlung auf niedrige Temperaturen im Hintergrundmagnetfeld durchgeführt werden. In the embodiment of Figure 2A, the holding time t2 is short, for example half an hour, and the magnetic field is applied after the temperature T2 has been reached and maintained until a temperature of approximately 200°C is reached due to the subsequent cooling from the holding temperature T2. Thereafter, the external magnetic field can be switched off and further cooling to low temperatures can be carried out in the background magnetic field.
Die Figur 2B offenbart auch eine zweistufige Wärmebehandlung 30 mit einer Schlussfolgerung 31 und darauffolgender getrennter Magnetfeldglühung 32. Diese Wärmebehandlung 30 unterscheidet sich von der Wärmebehandlung 30 der Figur 2A durch die Dauer der Haltezeit t2, die länger ist, beispielsweise 6 Stunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Magnetfeld während der gesamten Haltezeit t2 sowie während der Abkühlung auf eine Temperatur von ungefähr 200°C angelegt. In
anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Magnetfeld nur während der Abkühlung von der Temperatur T2 angelegt, d.h. nach Ablauf der Zeitdauer t2 oder wird erst während der Haltezeit angelegt, sodass eine erste Periode der Haltezeit t2 im Hintergrund des Magnetfelds und eine nachfolgende Periode der Haltezeit t2 sowie die Abkühlung in dem extern angelegten Magnetfeld durchgeführt wird. Figure 2B also discloses a two-stage heat treatment 30 with a conclusion 31 and subsequent separate magnetic field annealing 32. This heat treatment 30 differs from the heat treatment 30 of Figure 2A by the duration of the holding time t2, which is longer, for example 6 hours. In this embodiment, the magnetic field is applied during the entire holding time t2 as well as during cooling to a temperature of approximately 200°C. In In other embodiments not shown, the magnetic field is only applied during cooling from the temperature T2, ie after the expiry of the time period t2, or is only applied during the holding time, so that a first period of the holding time t2 is carried out in the background of the magnetic field and a subsequent period of the holding time t2 and the cooling are carried out in the externally applied magnetic field.
Die Verwendung von zwei getrennten Glühungen, die ähnlich zu den Beispielen der Figuren 2A und 2B für die Schlussglühung und nachfolgender Magnetfeldglühung sein können, hat die Vorteile, dass unterschiedliche Prozessparameter auf die jeweilige Wärmebehandlung hin optimiert und ausgewählt werden können. Ein Beispiel ist die Abkühlrate, die bei der Schlussglühung ausreichend hoch sein sollte, um ein Verweilen im Ausscheidungsbereich der y2- Phase zu vermeiden, und welche bei der Magnetfeldglühung ausreichend niedrig gewählt sein sollte, um die Einstellung einer Nahordnung zu berücksichtigen. Unterschiedliche Ofentypen können verwendet werden, was z.B. technische Vorteile hinsichtlich der Temperaturgenauigkeit, aber auch logistische Vorteile bietet. Unterschiedliche Glühatmosphären können verwendet werden, z.B. Wasserstoff für die Schlussglühung und Vakuum oder Schutzgasatmosphäre für die Magnetfeldglühung. The use of two separate annealings, which can be similar to the examples in Figures 2A and 2B for the final annealing and subsequent magnetic field annealing, has the advantage that different process parameters can be optimized and selected for the respective heat treatment. One example is the cooling rate, which should be sufficiently high for the final annealing to avoid a lingering period in the precipitation area of the y2 phase, and which should be sufficiently low for the magnetic field annealing to take into account the establishment of a short-range order. Different furnace types can be used, which offers technical advantages in terms of temperature accuracy, for example, but also logistical advantages. Different annealing atmospheres can be used, e.g. hydrogen for the final annealing and vacuum or protective gas atmosphere for the magnetic field annealing.
Figur 2C zeigt eine Wärmebehandlung 30' nach einer weiteren Ausführungsform, in der die Magnetfeldglühung in der Schlussfolgerung 31 integriert ist. Die Wärmebehandlung 30' ist somit einstufig. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Stapel auf eine Temperatur T1 im Hintergrundmagnetfeld aufgeheizt, wobei die Temperatur T1 für eine Haltezeit t1 gehalten wird. Nach der Haltezeit t1 wird der Stapel auf eine Temperatur, die kleiner als 300°C ist, abgekühlt. Ein externes Magnetfeld wird zumindest während der Abkühlung angelegt, wie schematisch durch den Balken 33 in Figur 2C dargestellt ist. In diesem Beispiel wird das Magnetfeld während der zweiten Hälfte der Haltezeit t1 angeschaltet und bleibt angeschaltet während der Abkühlung bis zu einer Temperatur von ungefähr 250°C. Danach kann das externe Magnetfeld ausgeschaltet und die weitere Abkühlung auf niedrige Temperaturen im Hintergrundmagnetfeld durchgeführt werden. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann das Magnetfeld früher, beispielsweise während der Haltezeit t1 , angelegt werden.
Die Abkühlrate für die Schlussglühung und die getrennte Magnetfeldglühung kann zwischen 10 K/h und 1000 K/h, beispielsweise zwischen 30 K/h und 300 K/h, sein, wobei die Abkühlrate während der Abkühlung innerhalb dieses Bereichs variieren kann. Normalerweise wird die Abkühlrate langsamer bei absteigender Temperatur, wie in Figur 2 dargestellt ist. Figure 2C shows a heat treatment 30' according to a further embodiment in which the magnetic field annealing is integrated in the conclusion 31. The heat treatment 30' is thus one-stage. In this embodiment, the stack is heated to a temperature T1 in the background magnetic field, wherein the temperature T1 is maintained for a holding time t1. After the holding time t1, the stack is cooled to a temperature less than 300°C. An external magnetic field is applied at least during the cooling, as schematically shown by the bar 33 in Figure 2C. In this example, the magnetic field is switched on during the second half of the holding time t1 and remains switched on during the cooling down to a temperature of approximately 250°C. Thereafter, the external magnetic field can be switched off and further cooling to low temperatures in the background magnetic field can be carried out. In other embodiments not shown, the magnetic field can be applied earlier, for example during the holding time t1. The cooling rate for the final annealing and the separate magnetic field annealing can be between 10 K/h and 1000 K/h, for example between 30 K/h and 300 K/h, and the cooling rate during cooling can vary within this range. Normally the cooling rate becomes slower with decreasing temperature, as shown in Figure 2.
Bei sämtlichen Wärmebehandlungen kann das Magnetfeld in Bezug auf die Orientierung des Stapels 10 so angelegt werden, dass eine magnetische Vorzugsrichtung in den Blechen 11 erzeugt wird. Insbesondere kann das Magnetfeld so angelegt werden, dass es ungefähr parallel zu den Hauptoberflächen 16, 17 der Bleche 11 verläuft. Ferner kann das externe Magnetfeld ungefähr parallel zu der gewünschten Vorzugsrichtung in den Blechen 11 verlaufen. Beispielsweise kann in Bezug auf den Stator der Figur 1 das Magnetfeld so angelegt werden, dass es entlang die Länge der Statorzähne 14 verläuft. In all heat treatments, the magnetic field can be applied in relation to the orientation of the stack 10 so as to generate a preferred magnetic direction in the laminations 11. In particular, the magnetic field can be applied so as to run approximately parallel to the main surfaces 16, 17 of the laminations 11. Furthermore, the external magnetic field can run approximately parallel to the desired preferred direction in the laminations 11. For example, with respect to the stator of Figure 1, the magnetic field can be applied so as to run along the length of the stator teeth 14.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem die Bleche 11 des Stapels 10 einen Teil eines Stators aufweisen, beispielsweise einen Statorzahn, kann das Magnetfeld nicht nur parallel zu den Hauptoberflächen, sondern auch parallel zu der Längsrichtung des Statorzahns verlaufen. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Bleche die Form eines Statorrings aufweisen, kann das Magnetfeld so angelegt bzw. die Bleche in Bezug auf das Magnetfeld so orientiert werden, dass das Magnetfeld in der Umfangsrichtung des Rings und parallel zu den Hauptoberflächen verläuft. In a further embodiment in which the laminations 11 of the stack 10 comprise part of a stator, for example a stator tooth, the magnetic field can run not only parallel to the main surfaces, but also parallel to the longitudinal direction of the stator tooth. In an embodiment in which the laminations have the shape of a stator ring, the magnetic field can be applied or the laminations can be oriented with respect to the magnetic field in such a way that the magnetic field runs in the circumferential direction of the ring and parallel to the main surfaces.
Das extern angelegte Magnetfeld kann in unterschiedliche Weisen erzeugt werden. Beispielsweise kann der Stapel in einem sogenannten Magnetfeldofen angeordnet werden, der eine schaltbare Magnetfeldquelle aufweist. Die schaltbare Magnetfeldquelle kann ein Spulensystem sein, das in oder außerhalb der Wände des Ofens angeordnet ist. Der Stapel kann im Glühraum des Ofens in Bezug auf die Magnetfeldquelle des Ofens so angeordnet werden, dass das Magnetfeld in der gewünschten Vorzugsrichtung des Teils verläuft. Alternativ können ein oder mehrere elektrisch leitende Leiter um den Stapel herum gewickelt werden, dieser Aufbau in einem Ofen angeordnet werden und ein Strom, der durch den Leiter fließt, erzeugt
das Magnetfeld. Diese Anordnungen kann als Längsmagnetfeld (LF) bezeichnet werden. The externally applied magnetic field can be generated in different ways. For example, the stack can be arranged in a so-called magnetic field furnace, which has a switchable magnetic field source. The switchable magnetic field source can be a coil system arranged in or outside the walls of the furnace. The stack can be arranged in the annealing chamber of the furnace with respect to the magnetic field source of the furnace so that the magnetic field runs in the desired preferred direction of the part. Alternatively, one or more electrically conductive conductors can be wound around the stack, this structure can be arranged in a furnace and a current flowing through the conductor can be generated. the magnetic field. This arrangement can be called a longitudinal magnetic field (LF).
Für den Fall der getrennten Fertigung von Statorring und Einzelzähnen wird für den Statorring eine Längsfeldglühung vorgesehen, bei der das notwendige magnetische Längsfeld während der Glühung mittels stromführender Leiter erzeugt wird. Für die Einzelzähne wird dagegen eine Glühbehandlung in einem Magnetfeldofen vorgesehen. Die Einzelzähne werden dabei so im Magnetfeld orientiert, dass die durch dieses Feld eingeprägte Magnetisierungsrichtung möglichst der Magnetisierungsrichtung in der späteren Anwendung entspricht. If the stator ring and individual teeth are manufactured separately, longitudinal field annealing is provided for the stator ring, in which the necessary longitudinal magnetic field is generated during annealing using current-carrying conductors. For the individual teeth, however, annealing treatment in a magnetic field furnace is provided. The individual teeth are oriented in the magnetic field in such a way that the direction of magnetization impressed by this field corresponds as closely as possible to the direction of magnetization in the later application.
Figur 3 zeigt eine Darstellung eines Aufbaus 40 zur Wärmebehandlung eines Stapels 41 im magnetischen Längsfeld. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Bleche jeweils eine Ringform mit einer zentralen Öffnung 43 auf, sodass der Stapel 41 aus losen Blechen rohrförmig ist. In diesem Ausführungsbeispiel werden sechs Windungen eines Leiters 42 um den Stapel 41 gewickelt. Der Leiter 42 erstreckt sich durch die Öffnung 43 und dann neben der Randseite des Stapels 41 , um die sechs Windungen zu bilden. Der Leiter 42 kann ein Kupferleiter sein. Die Kupferleitungen sind gegenseitig und zu den Ofenwänden durch Keramikrohre elektrisch isoliert und an einen nicht gezeigten Verstärker zur Gleichstromversorgung angeschlossen. Figure 3 shows a representation of a structure 40 for heat treating a stack 41 in a longitudinal magnetic field. In this embodiment, the sheets each have a ring shape with a central opening 43, so that the stack 41 of loose sheets is tubular. In this embodiment, six turns of a conductor 42 are wound around the stack 41. The conductor 42 extends through the opening 43 and then alongside the edge of the stack 41 to form the six turns. The conductor 42 can be a copper conductor. The copper lines are electrically insulated from each other and from the furnace walls by ceramic tubes and connected to an amplifier (not shown) for supplying DC power.
Das externe Magnetfeld wird durch die Bestromung senkrecht zur Blechebene verlaufender elektrischer Leiter 42 erzeugt, die ein Magnetfeld parallel zur späteren magnetischen Beanspruchungsrichtung der Teile, d.h. die Hauptoberfläche der Bleche, erzeugen, wobei ein magnetisches Längsfeld erzeugt wird. The external magnetic field is generated by energizing electrical conductors 42 running perpendicular to the sheet plane, which generate a magnetic field parallel to the later magnetic stress direction of the parts, i.e. the main surface of the sheets, whereby a longitudinal magnetic field is generated.
Beispiele Examples
Es wurden Glühversuche mit CoFe-Legierung-Ringen im magnetischen Längsfeld durchgeführt. Dazu wurden Stanzringe 038,1 mm x 031 ,75 mm aus VACODUR 49 in einen Keramiktrog mit blankem Kupferdraht 02 mm bewickelt. Um die elektrische Isolation der Leitungen untereinander und zum Ofen zu gewährleisten, wurden Keramik I-Röhrchen mit 03 mm Innenloch auf den Kupferdraht aufgefädelt, wie in Figur 3 gezeigt ist.
Zwei Messreihen werden durchgeführt. In einer ersten Messreihe wird eine Wärmebehandlung gemäß Figur 2C durchgeführt und ein Magnetfeld aktiv in der Abkühlphase einer Schlussglühung bei 880°C für 6 Stunden angelegt. In einer zweiten Messreihe wird ein Zwei-Schritt-Verfahren untersucht, in dem eine Schlussglühung bei 800°C für 6 Stunden getrennt von einer nachfolgenden Magnetfeldglühung nach der Wärmebehandlung gemäß den Figuren 2A und 2B durchgeführt wird. Ein externes Magnetfeld wird zumindest teilweise während der Magnetfeldglühung angelegt. Die Schlussglühung findet im Hintergrundmagnetfeld statt. Annealing tests were carried out with CoFe alloy rings in a longitudinal magnetic field. For this purpose, punched rings 038.1 mm x 031.75 mm made of VACODUR 49 were wound in a ceramic trough with bare copper wire 02 mm. To ensure electrical insulation of the cables from each other and from the furnace, ceramic I-tubes with 03 mm inner holes were threaded onto the copper wire, as shown in Figure 3. Two series of measurements are carried out. In a first series of measurements, a heat treatment is carried out according to Figure 2C and a magnetic field is actively applied in the cooling phase of a final annealing at 880°C for 6 hours. In a second series of measurements, a two-step process is investigated in which a final annealing at 800°C for 6 hours is carried out separately from a subsequent magnetic field annealing after the heat treatment according to Figures 2A and 2B. An external magnetic field is applied at least partially during the magnetic field annealing. The final annealing takes place in the background magnetic field.
Erste Messreihe First series of measurements
In einer ersten Messreihe wird in der Abkühlphase der Schlussglühung 6h 880°C das externe Magnetfeld angelegt und variiert, indem der aufgebrachte Strom variiert wird. Die verwendeten Stromstärken I = 0 / 0,5 / 1 / 2,5 / 5 / 10 / 20 A entsprechen Magnetfeldern am Ort der Ringe von H = 0 / 0,27 / 0,5 / 1 ,37 / 2,74 / 5,47 / 10,9 A/cm. Für jeden Strom wird eine neue Probe bewickelt und geglüht. In a first series of measurements, the external magnetic field is applied during the cooling phase of the final annealing (6h at 880°C) and varied by varying the applied current. The current intensities used, I = 0 / 0.5 / 1 / 2.5 / 5 / 10 / 20 A, correspond to magnetic fields at the location of the rings of H = 0 / 0.27 / 0.5 / 1.37 / 2.74 / 5.47 / 10.9 A/cm. A new sample is wound and annealed for each current.
Figur 4 zeigt eine Hystereseschleife für ein Vergleichsbeispiel eines Blechs aus VACODUR 49, die ohne zusätzlich angelegtes Magnetfeld, weil H(LF) = 0 A/cm, und nur im Hintergrundmagnetfeld bei 800°C für 6 Stunden schlussgeglüht wird, und ein erfindungsgemäßes Beispiel, bei dem ein Magnetfeld H(LF) von 10,9 A/cm während der Abkühlphase der Schlussglühung angelegt wird. Figur 4 zeigt eine rechteckige Z- Schleife für das erfindungsgemäße Beispiel, das im magnetischen Längsfeld abgekühlt wird, während das Vergleichsbeispiel, das einer Schlussglühung ohne ein zusätzliches extern angelegtes Magnetfeld und nur im Hintergrundmagnetfeld unterzogen wird, eine runde R-Schleife aufweist. Dieser Vergleich zeigt, dass die Verwendung des zusätzlichen extern angelegten Magnetfelds während der Abkühlphase der Schlussglühung zu anisotropen magnetischen Eigenschaften und somit eine bevorzugte Richtung der magnetischen Eigenschaften in den Blechen führt.
Figur 5 zeigt ein Diagramm von gemessenen Permeabilitäten (p) für die Bleche, die in unterschiedlichen Längsmagnetfeldern schlussgeglüht werden und für ein Vergleichsblech, das ohne zusätzliches angelegtes Magnetfeld schlussgeglüht wird. Das höchste angelegte Feld von 10,9 A/cm erzeugt eine Maximalpermeabilität von über 50.000, was 2,5-mal so hoch ist wie das Vergleichsbeispiel ohne extern angelegtes Magnetfeld, das eine Maximalpermeabilität von 20.000 hat. Figure 4 shows a hysteresis loop for a comparative example of a sheet made of VACODUR 49, which is final annealed without an additionally applied magnetic field, because H(LF) = 0 A/cm, and only in the background magnetic field at 800°C for 6 hours, and an example according to the invention in which a magnetic field H(LF) of 10.9 A/cm is applied during the cooling phase of the final annealing. Figure 4 shows a rectangular Z-loop for the example according to the invention, which is cooled in the longitudinal magnetic field, while the comparative example, which is subjected to final annealing without an additional externally applied magnetic field and only in the background magnetic field, has a round R-loop. This comparison shows that the use of the additional externally applied magnetic field during the cooling phase of the final annealing leads to anisotropic magnetic properties and thus a preferred direction of the magnetic properties in the sheets. Figure 5 shows a diagram of measured permeabilities (p) for the sheets final annealed in different longitudinal magnetic fields and for a comparison sheet final annealed without additional applied magnetic field. The highest applied field of 10.9 A/cm produces a maximum permeability of over 50,000, which is 2.5 times higher than the comparison example without externally applied magnetic field, which has a maximum permeability of 20,000.
Figur 6 zeigt einen Graph des Verlaufs der Maximalpermeabilitäten (pmax) und Koerzitivfeldstärken in Abhängigkeit vom Längsfeld. Für diese Beispiele wird bei steigender Magnetfeldstärke die maximale Permeabilität (pmax) erhöht und die Koerzitivfeldstärke (Hc) reduziert. Figure 6 shows a graph of the maximum permeability (pmax) and coercive field strengths as a function of the longitudinal field. For these examples, the maximum permeability (pmax) increases and the coercive field strength (Hc) decreases with increasing magnetic field strength.
Figur 7 zeigt einen Graph des Verlaufs der Induktionen bei einer Feldstärke 3 A/cm (B3), der Remanenz (Br) und des Remanenzverhältnisses (Br(Bs) in Abhängigkeit vom Längsfeld. Figure 7 shows a graph of the course of the inductions at a field strength of 3 A/cm (B3), the remanence (Br) and the remanence ratio (Br(Bs)) as a function of the longitudinal field.
Figur 8 zeigt einen Graph des Remanenzverhältnisses Br/B160 für Beispiele, die in unterschiedlichen Magnetfeldern abgekühlt werden. Figur 8 zeigt einen Anstieg des Remanenzverhältnisses mit steigendem Längsfeld. Eine isotrope Domänenverteilung (perfekt runde R-Schleife, keine Anisotropie) würde ein Remanenzverhältnis von 0,637 erzeugen, die mit der gestrichelten Linie in Figur 8 dargestellt ist. Figure 8 shows a graph of the remanence ratio Br/B160 for examples cooled in different magnetic fields. Figure 8 shows an increase in the remanence ratio with increasing longitudinal field. An isotropic domain distribution (perfectly round R-loop, no anisotropy) would produce a remanence ratio of 0.637, shown with the dashed line in Figure 8.
Tabelle 1 zeigt magnetische Kennwerte der Proben nach Schlussglühung mit angelegtem Magnetlängsfeld HLF während der Abkühlung, wobei das Magnetlängsfeld HLF mit einem Strom IF im Leiter erzeugt wird, und Tabelle 2 zeigt die Aktivität des Magnetlängsfeldes LF in der Abkühlphase der Schlussglühung.
Table 1 shows magnetic characteristics of the samples after final annealing with applied longitudinal magnetic field HLF during cooling, whereby the longitudinal magnetic field HLF is generated with a current IF in the conductor, and Table 2 shows the activity of the longitudinal magnetic field LF in the cooling phase of the final annealing.
Tabelle 2 Table 2
Es wird auch untersucht, inwieweit die verbesserten magnetischen Eigenschaften in einem Betrieb des Blechpakets aufrechterhalten sind, wenn das Blechpaket erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird. Dies wird durch hierin genannte Nachglühungen untersucht. Diese Nachglühungen sind nicht Teil des Herstellungsverfahrens, sondern dienen lediglich dazu, die Temperaturbeständigkeit der magnetischen Eigenschaften festzustellen. It is also investigated to what extent the improved magnetic properties are maintained during operation of the laminated core when the laminated core is exposed to elevated temperatures. This is investigated by means of post-annealing as mentioned herein. These post-annealing processes are not part of the manufacturing process, but are merely used to determine the temperature stability of the magnetic properties.
Figur 9 zeigt die magnetischen Eigenschaften He, B3, pmax und Br nach einer Nachglühung der I = 20A geglühten Probe bei einer Temperatur zwischen 200°C bis 880°C in 50°C Schritten. Es wurde jeweils 1 h nachgeglüht. Bei B3 und Br erkennt man ein lokales Minimum im Temperaturbereich zwischen 600 und 650°C. Figur 10
zeigt einen Graph des Abfalls von pmax und Br/B3 bei aufsteigender Nachglühtemperatur. Figure 9 shows the magnetic properties He, B3, pmax and Br after post-annealing the I = 20A annealed sample at a temperature between 200°C and 880°C in 50°C steps. Post-annealing was carried out for 1 hour in each case. For B3 and Br, a local minimum can be seen in the temperature range between 600 and 650°C. Figure 10 shows a graph of the decrease of p ma x and Br/B3 with increasing afterglow temperature.
Diese Ergebnisse zeigen, dass die Verbesserung in den magnetischen Eigenschaften gegenüber dem Vergleichsbeispiel, das ohne zusätzliches Magnetfeld schlussglüht wird, bei erhöhten Temperaturen von bis zu ungefähr 300°C beibehalten sind. Somit sind die Bleche geeignet für Anwendungen, bei denen sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind. These results show that the improvement in magnetic properties compared to the comparative example, which is final annealed without additional magnetic field, is maintained at elevated temperatures of up to approximately 300°C. Thus, the sheets are suitable for applications where they are exposed to elevated temperatures.
Zweite Messreihe Second series of measurements
Bei dieser Messreihe werden die magnetische Schlussglühung bei 880°C für 6 Stunden im Hintergrundmagnetfeld und die Magnetfeldglühung bei 600°C getrennt durchgeführt. In this series of measurements, the final magnetic annealing at 880°C for 6 hours in the background magnetic field and the magnetic field annealing at 600°C are carried out separately.
Nach der Schlussglühung im Hintergrundmagnetfeld wird eine von zwei unterschiedliche Magnetfeldglühungen durchgeführt, eine mit einer halben Stunden Haltezeit, wobei das Magnetfeld entweder aktiv 15 Minuten vor Beginn der Abkühlung und während Abkühlung bis unterhalb von 200° angelegt wird, und eine mit acht Stunden Haltezeit bei 800°C, wobei das Magnetfeld während der gesamten Haltezeit und während Abkühlung bis unterhalb von 200°C angelegt wird, die der Wärmbehandlung der Figuren 2A bzw. 2B entsprechen. Bei beiden Glühungen werden auch Referenzproben beigelegt, die dem Feld nicht ausgesetzt waren. After the final annealing in the background magnetic field, one of two different magnetic field anneals is carried out, one with a half-hour hold time, where the magnetic field is either actively applied 15 minutes before the start of cooling and during cooling to below 200°, and one with an eight-hour hold time at 800°C, where the magnetic field is applied during the entire hold time and during cooling to below 200°C, corresponding to the heat treatment of Figures 2A and 2B, respectively. For both anneals, reference samples that were not exposed to the field are also included.
Figur 11 zeigt einen Graph der Permeabilitäten der Glühungen mit Magnetfeld und deren Referenz ohne Magnetfeld und Tabelle 3 zeigt Magnetwerte der getrennten Schlussglühung und Magnetfeldglühung aus Figur 11 . Als Referenz sind die beiden Probennummern 2002506 und 2002522 aus Tabelle 1 zugefügt.
Figure 11 shows a graph of the permeabilities of the annealings with magnetic field and their reference without magnetic field and Table 3 shows magnetic values of the separate final annealing and magnetic field annealing from Figure 11 . The two sample numbers 2002506 and 2002522 from Table 1 are added for reference.
Tabel e 3 Table 3
Figur 11 zeigt, dass die 8h Magnetfeldglühung bei 600°C schlechtere Magnetik hervorbringt als die 0,5h bei 600°C. Das liegt vermutlich daran, dass bei den 50%- CoFe- Legierungen zwischen 500°C und 650°C ein Ausscheidungsbereich einer V- reichen Phase existiert, der auch y2- Phase genannt wird. Dieser Bereich sollte einerseits nach der Schlussglühung schnell durchfahren werden, um die magnetisch unvorteilhaften Ausscheidungen zu vermeiden. Andererseits sollte die Abkühlrate hoch genug sein, den Nulldurchgang der magnetokristallinen Anisotropiekonstante K1 einzustellen, der sowohl vom Co-Gehalt als auch vom Ordnungszustand abhängt. Typische Abkühlraten nach der Schlussglühung liegen im Bereich 100- 200°C/h. Bei der Magnetfeldglühung kann es vorteilhaft sein, eine andere Abkühlrate zu wählen, um die Nahordnung einzustellen. Zur Einstellung unterschiedlicher Abkühlraten kann es daher vorteilhaft sein, magnetische Schlussglühung und Magnetfeldglühung getrennt voneinander mit unterschiedlichen Temperaturverläufen durchzuführen. Figure 11 shows that the 8h magnetic field annealing at 600°C produces poorer magnetic properties than the 0.5h at 600°C. This is probably because in the 50% CoFe alloys between 500°C and 650°C there is a precipitation range of a V-rich phase, which is also called the y2 phase. On the one hand, this range should be passed through quickly after the final annealing in order to avoid the magnetically disadvantageous precipitations. On the other hand, the cooling rate should be high enough to adjust the zero crossing of the magnetocrystalline anisotropy constant K1, which depends on both the Co content and the state of order. Typical cooling rates after the final annealing are in the range 100-200°C/h. With magnetic field annealing, it can be advantageous to choose a different cooling rate in order to adjust the short-range order. To set different cooling rates, it may therefore be advantageous to carry out magnetic final annealing and magnetic field annealing separately with different temperature profiles.
Zum Erhöhen des Magnetfelds am Stapel bzw. an den Blechen kann ein Flussleiter und/oder ein Rückschlussteil verwendet werden. To increase the magnetic field on the stack or on the sheets, a flux conductor and/or a return element can be used.
Figuren 12A und 12B zeigen eine schematische perspektivische Darstellung und eine Draufsicht eines Stators 50 mit einem Statorring 51 und Statorzähnen 52, der
ferner einen integrierten Rückschlussinnenring 53 aufweist, der sich zwischen den inneren Enden der Statorzähne 52 erstreckt. Figur 12A zeigt ferner die stromführenden Leiter 54, die in den Zwischenräumen des Stators angeordnet sind. Der Rückschlussinnenring 53 wird nach der Magnetfeldglühung entfernt, beispielsweise mittels Erodierens oder Laserschneidens, um den Stator 50 mit Statorring 51 und Statorzähnen 52 herzustellen, wie in Figur 12C dargestellt ist. Figures 12A and 12B show a schematic perspective view and a plan view of a stator 50 with a stator ring 51 and stator teeth 52, the further comprises an integrated magnetic return inner ring 53 extending between the inner ends of the stator teeth 52. Figure 12A further shows the current-carrying conductors 54 arranged in the gaps of the stator. The magnetic return inner ring 53 is removed after the magnetic field annealing, for example by means of eroding or laser cutting, in order to produce the stator 50 with stator ring 51 and stator teeth 52, as shown in Figure 12C.
Eine weitere Möglichkeit, trotz der Limitierung der externen Magnetfeldstärke eine ausreichende Flussdichte im Einzelzahn zu erzeugen, ist die Verwendung eines zusätzlichen weichmagnetischen Stücks 55, das als „Flussleiter“ bezeichnet werden kann. Er konzentriert zusätzlichen magnetischen Luftfluss und leitet ihn in den Einzelzahn weiter. Der Flussleiter 55 kann dabei verschiedene Formen annehmen. Ein Beispiel ist in Figur 12D dargestellt, in dem der Flussleiter 55 die Form eines inneren Rückschlussrings 53 aufweist, der von den anliegenden Statorzähnen 52 durch einen Luftspalt 56 getrennt ist. Analog könnte für einen als Außenläufer ausgeführten Stator ein äußerer Rückschlussring als Flussleiter verwendet werden. Another possibility to generate a sufficient flux density in the individual tooth despite the limitation of the external magnetic field strength is to use an additional soft magnetic piece 55, which can be referred to as a "flux conductor". It concentrates additional magnetic air flow and directs it into the individual tooth. The flux conductor 55 can take on various forms. An example is shown in Figure 12D, in which the flux conductor 55 has the form of an inner return ring 53, which is separated from the adjacent stator teeth 52 by an air gap 56. Analogously, an outer return ring could be used as a flux conductor for a stator designed as an external rotor.
Ein weiteres Beispiel ist in Figur 13 dargestellt, in dem der Flussleiter 60 die Form eines länglichen Quaders aufweist, der bündig an den Einzelzahn 61 anschließt: In anderen Ausführungsbeispielen kann ein getrennter Flussleiter verwendet werden, der möglichst nah am Stapel angeordnet ist, sodass ein Luftspalt zwischen dem Flussleiter und dem Stapel klein bleibt. Another example is shown in Figure 13, in which the flux guide 60 has the shape of an elongated cuboid that is flush with the single tooth 61: In other embodiments, a separate flux guide can be used that is arranged as close as possible to the stack so that an air gap between the flux guide and the stack remains small.
Figur 14 zeigt die Verteilung der Flussdichte im Statorzahn mit und ohne Flussleiter über die Höhe, die mittlere Höhe ist durch die schwarze vertikale Linie gekennzeichnet. Es ist möglich, dass die im Zahn erreichbare Flussdichte nicht homogen über die Zahnhöhe verteilt ist, wie mit der Kurve 70 dargestellt ist. Hingegen werden bei Verwendung eines Flussleiters auch die schwerer sättigbaren Bereiche vollständig aufmagnetisiert, wie mit der Kurve 71 dargestellt ist. Durch einen solchen Flussleiter ist es daher möglich, Einzelzähne in einem externen Magnetfeld so zu glühen, dass die Einstellung einer magnetischen Vorzugsrichtung effektiver ist. Vorzugsweise ist zwischen dem Flussleiter und dem zu glühenden Statorzahn möglichst kein Luftspalt. Um ein Verschweißen der Teile zu vermeiden, können eines oder beide Teile eine glühbeständige Beschichtung aufweisen oder die
Teile sollten mit einem vor der Glühung aufgebrachten Glühseparator wie keramischem Glühpulver voneinander getrennt werden. Figure 14 shows the distribution of the flux density in the stator tooth with and without a flux conductor over the height, the middle height is marked by the black vertical line. It is possible that the flux density that can be achieved in the tooth is not distributed evenly over the tooth height, as shown by curve 70. On the other hand, when using a flux conductor, even the areas that are more difficult to saturate are completely magnetized, as shown by curve 71. Using such a flux conductor, it is therefore possible to anneal individual teeth in an external magnetic field in such a way that the setting of a preferred magnetic direction is more effective. Preferably, there is as little air gap as possible between the flux conductor and the stator tooth to be annealed. To avoid welding of the parts, one or both parts can have an annealing-resistant coating or the Parts should be separated from each other using an annealing separator such as ceramic annealing powder applied before annealing.
Figur 15 zeigt sechs verschiedene Fertigungswege 100, mit denen ein Blechpaket oder ein Teil eines Blechpakets hergestellt werden kann. Figure 15 shows six different manufacturing paths 100 by which a laminated core or a part of a laminated core can be manufactured.
Die ersten vier Schritte werden für alle sechs verschiedene Fertigungswege durchgeführt. In Kasten 101 wird ein Band aus einer CoFe-Legierung nach einem der hierin beschriebenen Zusammensetzungen bereitgestellt. Dieses Band kann mit metallurgischen Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise wird eine Schmelze aus der FeCo-Legierung mit der gewünschten Zusammensetzung bereitgestellt und unter Vakuum gegossen, um nach anschließendem Erstarren einen Gussblock zu formen. Der Gussblock wird zu der Bramme und die Bramme zu einem Warmwalzband warmgewalzt, gefolgt vom Abschrecken des Warmwalzbandes von einer Temperatur oberhalb 700°C auf eine Temperatur kleiner 200°C. Das abgekühlte Warmwalzband wird zu einem kaltgewalzten Band kaltgewalzt. The first four steps are performed for all six different manufacturing routes. In box 101, a strip of a CoFe alloy according to one of the compositions described herein is provided. This strip can be produced by metallurgical processes. For example, a melt of the FeCo alloy with the desired composition is provided and cast under vacuum to form an ingot after subsequent solidification. The ingot is hot rolled into the slab and the slab into a hot rolled strip, followed by quenching the hot rolled strip from a temperature above 700°C to a temperature below 200°C. The cooled hot rolled strip is cold rolled into a cold rolled strip.
Danach wird in Kasten 102 das Band mit einer elektrisch isolierenden Schicht oder einer Schicht, die nach einer Wärmebehandlung eine elektrisch isolierende Schicht bilden kann, beschichtet. Danach wird eine Vielzahl von Blechen aus dem beschichteten Band geformt und in Kasten 103 zu einem Blechpaket gestapelt und verbunden. Die Bleche können beispielsweise durch Stanzpaketierung zu einem Blechpaket gestapelt und miteinander über eine hitzebeständige Verbindung oder Verbindungen, beispielsweise zumindest eine Laserschweißnaht oder Laserschweißpunkte, befestigt werden. Danach wird in Kasten 104 das Blechpaket einer Schlussglühung nach einem der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele unterzogen. Das Blechpaket kann unterschiedliche Formen haben. Abhängig davon werden die nachfolgenden Schritte des Herstellungsverfahrens einschließlich der Magnetfeldglühung angepasst. Then, in box 102, the strip is coated with an electrically insulating layer or a layer that can form an electrically insulating layer after heat treatment. Then, a plurality of sheets are formed from the coated strip and stacked and connected in box 103 to form a laminated core. The sheets can be stacked to form a laminated core, for example by punching and secured to one another via a heat-resistant connection or connections, for example at least one laser weld seam or laser weld points. Then, in box 104, the laminated core is subjected to final annealing according to one of the embodiments described herein. The laminated core can have different shapes. The subsequent steps of the manufacturing process, including the magnetic field annealing, are adapted depending on this.
Im ersten Fertigungsweg (a) weist das Blechpaket in Kasten 105 die Form eines Stators auf. In Allgemeinen wird das Blechpaket als Gesamtschnitt ausgeführt und liegt bei der Schlussglühung in Endkontur vor. Danach wird in Kasten 106 das
Blechpaket in Endkontur bzw. der Stator in einem Magnetlängsfeld geglüht. In the first production process (a), the laminated core in box 105 has the shape of a stator. In general, the laminated core is produced as a single cut and is in its final shape during the final annealing. Then, in box 106, the Laminated core in final contour or the stator annealed in a longitudinal magnetic field.
Beispielsweise kann der Aufbau der Figur 3 verwendet werden. For example, the structure of Figure 3 can be used.
Im zweiten Fertigungsweg (b) weist in Kasten 107 das Blechpaket einen integrierten Rückschluss auf. In diesem Ausführungsbeispiel hat das Blechpaket die Form eines Stators mit einem inneren Rückschlussring, der sich zwischen den innen Enden der Statorzähne erstreckt. In Kasten 108 wird der Stator mit dem inneren Rückschlussring im Magnetlängsfeld geglüht. Beispielsweise kann der Aufbau der Figur 12A verwendet werden. Danach wird in Kasten 109 der inneren Rückschlussring entfernt, beispielsweise durch Laserschneiden. In the second manufacturing path (b), the laminated core has an integrated return path in box 107. In this embodiment, the laminated core has the shape of a stator with an inner return path ring that extends between the inner ends of the stator teeth. In box 108, the stator with the inner return path ring is annealed in the longitudinal magnetic field. For example, the structure of Figure 12A can be used. Then, in box 109, the inner return path ring is removed, for example by laser cutting.
Im dritten Fertigungsweg (c) weist das Blechpaket die Form eines Statorrings auf. Der Stattoring wird im Magnetlängsfeld geglüht. Beispielsweise kann der Aufbau der Figur 3 verwendet werden. Im vierten Fertigungsweg (d) des Kastens 112 weist das Blechpaket die Form von einem Statorzahn auf, der eine I-Form aufweisen kann. Typischerweise werden mehrere Statorzähne bereitgestellt und schlussgeglüht. Die Statorzähne werden in einem Magnetfeldofen einer Magnetfeldglühung unterzogen. Das Magnetfeld kann entlang die Hauptoberfläche und Längsrichtung der jeweiligen Statorzähnen verlaufen. In the third manufacturing path (c), the laminated core has the shape of a stator ring. The stator ring is annealed in the longitudinal magnetic field. For example, the structure of Figure 3 can be used. In the fourth manufacturing path (d) of the box 112, the laminated core has the shape of a stator tooth, which can have an I-shape. Typically, several stator teeth are provided and finally annealed. The stator teeth are subjected to magnetic field annealing in a magnetic field furnace. The magnetic field can run along the main surface and longitudinal direction of the respective stator teeth.
Der dritte und vierte Fertigungsweg können danach kombiniert werden, indem in Kasten 111 der Statorring des dritten Fertigungswegs mit den Statorzähnen des vierten Fertigungswegs zu einem Stator zusammengefügt werden. The third and fourth manufacturing paths can then be combined by assembling the stator ring of the third manufacturing path with the stator teeth of the fourth manufacturing path to form a stator in box 111.
Im fünften Fertigungsweg (e) werden in Kasten 113 ein oder mehrere Statorzähne mit einer T-Form im Magnetfeldofen geglüht. Diese Statorzähne können mit einem oder mehreren Flussleitstücken der Magnetfeldglühung unterzogen werden. Diese Flussleitstücke können getrennte Teile sein oder mit dem jeweiligen Statorzahn verbunden werden bzw. in dem jeweiligen Statorzahn integriert sein. In diesen Ausführungsbeispielen wird nach der Magnetfeldglühung das Flussleitstück vom Statorzahn entfernt, beispielsweise durch Laserschneiden. Danach werden in Kasten 114 die T-förmigen Statorzähne zu einem Stator gefügt.
Im sechsten Fertigungsweg (f) weisen das Blechpaket bzw. die Blechpakete die Form eines Statorzahns mit einer T-Form auf. Diese Statorzähne werden zunächst zu einem Stator in Kasten 115 gefügt. Danach wird der zusammengebaute Stator in Kasten 116 in einem Magnetlängsfeld geglüht. Beispielsweise kann der Aufbau der Figur 3 verwendet werden. Optional kann ein innerer Rückschlussteil verwendet werden, der sich zwischen den inneren Enden der Statorzähne erstreckt, wie in Fig. 12D dargestellt. Das Rückschlussteil ist hier aber nicht materialschlüssig verbunden, sondern mit einem möglichst kleinen Luftspalt an die T-Zähne angefügt. Die in Fig 15 dargestellten Fertigungswege können auch dahingehend abgewandelt werden, dass die in Kasten 103 beschriebene Paketierung sich auf das Stapeln von losen Blechen beschränkt und das stoffschlüssige Verbinden der Bleche zu einem Blechpaket erst nach der Schlussglühung oder nach der Magnetfeldglühung erfolgt.
In the fifth production path (e), one or more stator teeth with a T-shape are annealed in the magnetic field furnace in box 113. These stator teeth can be subjected to magnetic field annealing with one or more flux guide pieces. These flux guide pieces can be separate parts or connected to the respective stator tooth or integrated into the respective stator tooth. In these embodiments, after magnetic field annealing, the flux guide piece is removed from the stator tooth, for example by laser cutting. The T-shaped stator teeth are then joined to form a stator in box 114. In the sixth production path (f), the laminated core or laminated cores have the shape of a stator tooth with a T shape. These stator teeth are first joined to form a stator in box 115. The assembled stator is then annealed in a longitudinal magnetic field in box 116. For example, the structure of Figure 3 can be used. Optionally, an inner return part can be used which extends between the inner ends of the stator teeth, as shown in Fig. 12D. However, the return part is not materially connected here, but is attached to the T-teeth with as small an air gap as possible. The production paths shown in Fig. 15 can also be modified such that the packaging described in box 103 is limited to the stacking of loose sheets and the materially bonding of the sheets to form a laminated core only takes place after the final annealing or after the magnetic field annealing.
Claims
Patentansprüche Patent claims
1 . Verfahren zum Herstellen einer CoFe-Legierung für ein Blechpaket, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: 1 . A method for producing a CoFe alloy for a laminated core, the method comprising:
Bereitstellen eines Stapels aus einer Vielzahl von Blechen aus einer CoFe-Legierung mit 5 bis 55 Gewichts-% Co, in einer Schlussglühung Wärmebehandeln des Stapels bei einer Temperatur T1 im Hintergrundmagnetfeld für eine Haltezeit t1 , wobei T1 zwischen 700°C und 960°C, vorzugsweise 720°C bis 950°C, vorzugsweise 760°C bis 920°C liegt, und gefolgt von einer Abkühlung auf eine Temperatur kleiner als 300°C, vorzugsweise kleiner als 200°C, und danach in einer Magnetfeldglühung Wärmebehandeln des Stapels zumindest zeitweise in einem extern angelegten Magnetfeld bei einer Temperatur T2 für eine Haltezeit t2, wobei T2 zwischen 500°C und T1 , vorzugsweise zwischen 650°C und T1 , vorzugsweise zwischen 700°C und T1 liegt, gefolgt von einer Abkühlung auf eine Temperatur kleiner als 300°C, vorzugsweise kleiner als 200°C, wobei das extern angelegte Magnetfeld größer als das Hintergrundmagnetfeld ist. Providing a stack of a plurality of sheets made of a CoFe alloy with 5 to 55% by weight of Co, in a final annealing heat treating the stack at a temperature T1 in the background magnetic field for a holding time t1, wherein T1 is between 700°C and 960°C, preferably 720°C to 950°C, preferably 760°C to 920°C, and followed by cooling to a temperature less than 300°C, preferably less than 200°C, and then in a magnetic field annealing heat treating the stack at least temporarily in an externally applied magnetic field at a temperature T2 for a holding time t2, wherein T2 is between 500°C and T1, preferably between 650°C and T1, preferably between 700°C and T1, followed by cooling to a temperature less than 300°C, preferably less than 200°C, wherein the externally applied magnetic field is larger than the background magnetic field.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Schlussglühung und die Magnetfeldglühung in unterschiedlichen Öfen durchgeführt werden. 2. The method according to claim 1, wherein the final annealing and the magnetic field annealing are carried out in different furnaces.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das externe Magnetfeld nur während der Abkühlung auf einer Temperatur kleiner als 300°C, vorzugsweise kleiner als 200°C angelegt wird. 3. A method according to claim 1 or claim 2, wherein the external magnetic field is applied only during cooling to a temperature less than 300°C, preferably less than 200°C.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das externe Magnetfeld während der Haltezeit t2 und während der anschließenden Abkühlung auf einer Temperatur kleiner als 300°C, vorzugsweise kleiner als 200°C angelegt wird. 4. Method according to one of the preceding claims, wherein the external magnetic field is applied during the holding time t2 and during the subsequent cooling at a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das externe Magnetfeld während weniger als 50% der Haltezeit t2 und während der
anschließenden Abkühlung auf einer Temperatur kleiner als 300°C, vorzugsweise kleiner als 200°C angelegt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Magnetfeld erst in der zweiten Hälfte der Haltezeit t2 und während der anschließenden Abkühlung auf einer Temperatur kleiner als 300°C, vorzugsweise kleiner als 200°C angelegt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei t2 zwischen 1 Minute und 10 Stunden liegt. Verfahren zum Herstellen eines Blechpakets, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: 5. Method according to one of the preceding claims, wherein the external magnetic field is applied during less than 50% of the holding time t2 and during the subsequent cooling to a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C. Method according to one of the preceding claims, wherein the magnetic field is only applied in the second half of the holding time t2 and during the subsequent cooling to a temperature of less than 300°C, preferably less than 200°C. Method according to one of the preceding claims, wherein t2 is between 1 minute and 10 hours. Method for producing a laminated core, the method comprising the following:
Bereitstellen eines Stapels aus einer Vielzahl von Blechen aus einer CoFe-Legierung mit 5 bis 55 Gewichts-% Co, in einer Schlussglühung Wärmebehandeln des Blechpakets bei einer Temperatur T1 im Hintergrundmagnetfeld für eine Haltezeit t1 , wobei T1 zwischen 700°C und 960°C, vorzugsweise 720°C bis 950°C, vorzugsweise 760°C bis 920°C liegt, gefolgt von einer Abkühlung auf eine Temperatur kleiner als 200°C, wobei zumindest während der Abkühlung ein externes Magnetfeld zumindest zeitweise angelegt wird, wobei das externe Magnetfeld größer als das Hintergrundmagnetfeld ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei t1 zwischen 0,5 und 10 Stunden liegt und/oder Abkühlraten zwischen 10 K/h und 1000 K/h, bevorzugt zwischen 30 K/h und 300 K/h während der Abkühlung verwendet werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das externe Magnetfeld in Bezug auf das Stapel so angelegt wird, dass eine magnetische Vorzugsrichtung in den Blechen erzeugt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das externe Magnetfeld ungefähr parallel zu den Hauptoberflächen der Bleche verläuft.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das externe Magnetfeld ungefähr parallel zu der gewünschten Vorzugsrichtung verläuft. Providing a stack of a plurality of sheets made of a CoFe alloy with 5 to 55 weight % Co, in a final annealing heat treating the laminated core at a temperature T1 in the background magnetic field for a holding time t1, wherein T1 is between 700°C and 960°C, preferably 720°C to 950°C, preferably 760°C to 920°C, followed by cooling to a temperature less than 200°C, wherein at least during the cooling an external magnetic field is applied at least temporarily, wherein the external magnetic field is greater than the background magnetic field. Method according to one of the preceding claims, wherein t1 is between 0.5 and 10 hours and/or cooling rates between 10 K/h and 1000 K/h, preferably between 30 K/h and 300 K/h are used during the cooling. A method according to any preceding claim, wherein the external magnetic field is applied with respect to the stack to produce a preferred magnetic direction in the sheets. A method according to any preceding claim, wherein the external magnetic field is approximately parallel to the main surfaces of the sheets. 12. Method according to one of the preceding claims, wherein the external magnetic field is approximately parallel to the desired preferred direction.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Leiter, durch den ein Strom fließen kann, um den Stapel herum angeordnet wird und zum Anlegen des externen Magnetfelds eine Spannung an dem Leiter angelegt wird, wodurch Strom durch den Leiter fließt. 13. A method according to any one of the preceding claims, wherein at least one conductor through which a current can flow is arranged around the stack and a voltage is applied to the conductor to apply the external magnetic field, whereby current flows through the conductor.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Strom je Leiter größer 5 A, vorzugsweise größer 50 A, vorzugsweise größer 100 A beträgt. 14. The method according to claim 13, wherein the current per conductor is greater than 5 A, preferably greater than 50 A, preferably greater than 100 A.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Magnetfeldglühung in einem Magnetfeldofen durchgeführt wird, der ein Anregungsmagnetfeld von größer als 50 kA/m vorzugsweise größer als 100 kA/m, vorzugsweise zwischen 100 kA/m und 300 kA/m aufweist. 15. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the magnetic field annealing is carried out in a magnetic field furnace having an excitation magnetic field of greater than 50 kA/m, preferably greater than 100 kA/m, preferably between 100 kA/m and 300 kA/m.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Verstärken des Magnetfelds in den Blechen zumindest ein Flussleitstück am Stapel und/oder auf dem Stapel und/oder unter dem Stapel angeordnet wird. 16. Method according to one of the preceding claims, wherein at least one flux guide piece is arranged on the stack and/or on the stack and/or under the stack to amplify the magnetic field in the sheets.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das externe Magnetfeld so eingestellt ist, dass in der CoFe-Legierung eine Feldstärke größer 0,5 A/cm, bevorzugt größer als 1 A/cm, besonders bevorzugt größer als 3 A/cm vorliegt. 17. Method according to one of the preceding claims, wherein the external magnetic field is adjusted such that a field strength of greater than 0.5 A/cm, preferably greater than 1 A/cm, particularly preferably greater than 3 A/cm is present in the CoFe alloy.
18 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach der Magnetfeldglühung die CoFe-Legierung ein Remanenzverhältnis Br/Bs von größer oder gleich 0,8 mit einer Remanenz Br und eine magnetische Sättigung Bs gemessen bei 160 A/cm und/oder eine Maximalpermeabilität pmax von über 25.000, bevorzugt über 30.000, besonders bevorzugt über18 Method according to one of the preceding claims, wherein after the magnetic field annealing the CoFe alloy has a remanence ratio Br/Bs of greater than or equal to 0.8 with a remanence Br and a magnetic saturation Bs measured at 160 A/cm and/or a maximum permeability pmax of more than 25,000, preferably more than 30,000, particularly preferably more than
40.000 aufweist.
40,000.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bleche des Stapels zu einem Blechpaket befestigt sind und das Blechpaket der Schlussglühung unterzogen wird. 19. Method according to one of the preceding claims, wherein the sheets of the stack are fastened to form a sheet stack and the sheet stack is subjected to final annealing.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Rückschluss bereitgestellt wird, der zusammen mit dem Blechpaket einen magnetischen Kreis bildet. 20. Method according to one of the preceding claims, wherein a return path is provided which together with the laminated core forms a magnetic circuit.
21 . Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Blechpaket die Gestalt eines Stators mit einem Statorring und Statorzähnen aufweist, wobei der Rückschluss die Form eines inneren Rückschlussrings aufweist, der sich zwischen den inneren Enden der Statorzähne erstreckt. 21. The method of claim 20, wherein the laminated core has the shape of a stator with a stator ring and stator teeth, wherein the yoke has the form of an inner yoke ring extending between the inner ends of the stator teeth.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , wobei der innere Rückschlussring eine Breite aufweist, die mindestens halb so groß ist wie die Breite der Statorzähne. 22. The method of claim 21, wherein the inner return ring has a width that is at least half the width of the stator teeth.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, wobei der Rückschlussring ein Teil des Blechpakets ist, der nach der Magnetfeldglühung entfernt wird. 23. A method according to claim 21 or claim 22, wherein the return ring is a part of the laminated core which is removed after the magnetic field annealing.
24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Rückschlussring mittels Laserschneiden oder Erodieren entfernt wird. 24. The method according to claim 23, wherein the return ring is removed by means of laser cutting or erosion.
25. Verfahren nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, wobei ein Luftspalt zwischen dem Blechpaket und dem Rückschluss gebildet ist, wobei der Luftspalt höchstens 0,1 mm beträgt, bevorzugt höchstens 0,05 mm, besonders bevorzugt höchstens 0,01 mm. 25. The method according to claim 21 or claim 22, wherein an air gap is formed between the laminated core and the return path, wherein the air gap is at most 0.1 mm, preferably at most 0.05 mm, particularly preferably at most 0.01 mm.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, wobei das Blechpaket eine Ringform oder eine längliche Form aufweist. 26. The method according to any one of claims 19 to 25, wherein the laminated core has a ring shape or an elongated shape.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei nach der Magnetfeldglühung das Blechpaket aus mehreren Teilen zusammengesetzt wird.
27. The method according to claim 26, wherein after the magnetic field annealing the laminated core is assembled from several parts.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 27, wobei das Blechpaket vor oder nach der Schlussglühung in Teile segmentiert wird und die Teile in der Magnetfeldglühung im extern angelegten Magnetfeld wärmebehandelt werden. 28. Method according to one of claims 11 to 27, wherein the laminated core is segmented into parts before or after the final annealing and the parts are heat treated in the magnetic field annealing in the externally applied magnetic field.
29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Teile zusammen mit Flussleitstücken in der Magnetfeldglühung im extern angelegten Magnetfeld wärmebehandelt werden. 29. The method according to claim 28, wherein the parts are heat treated together with flux guide pieces in the magnetic field annealing in the externally applied magnetic field.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Bleche im Stapel lose vorhanden sind. 30. Method according to one of claims 1 to 18, wherein the sheets are loose in the stack.
31 . Verfahren nach Anspruch 30, wobei ein Rückschluss bereitgestellt wird, der zusammen mit zumindest einem der Bleche einen magnetischen Kreis bildet. 31. A method according to claim 30, wherein a return path is provided which forms a magnetic circuit together with at least one of the sheets.
32. Verfahren nach Anspruch 31 , wobei die jeweiligen Bleche die Gestalt eines Stators mit einem Statorring und Statorzähnen aufweisen, wobei der Rückschluss die Form eines inneren Rückschlussrings aufweist, der sich zwischen den inneren Enden der Statorzähne erstreckt. 32. The method of claim 31, wherein the respective laminations have the shape of a stator with a stator ring and stator teeth, wherein the yoke has the form of an inner yoke ring extending between the inner ends of the stator teeth.
33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei der innere Rückschlussring eine Breite aufweist, die mindestens halb so groß ist wie die Breite der Statorzähne. 33. The method of claim 32, wherein the inner return ring has a width that is at least half the width of the stator teeth.
34. Verfahren nach Anspruch 32 oder Anspruch 33, wobei der Rückschlussring ein Teil des Blechs ist, der nach der Magnetfeldglühung entfernt wird. 34. A method according to claim 32 or claim 33, wherein the return ring is a part of the sheet which is removed after the magnetic field annealing.
35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Rückschlussring mittels Laserschneiden oder Erodieren entfernt wird. 35. The method according to claim 34, wherein the return ring is removed by means of laser cutting or erosion.
36. Verfahren nach Anspruch 31 , wobei ein Luftspalt zwischen dem Stapel und dem Rückschluss gebildet ist, wobei der Luftspalt höchstens 0,1 mm beträgt, bevorzugt höchstens 0,05 mm, besonders bevorzugt höchstens 0,01 mm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 36, wobei die Bleche eine Ringform oder eine längliche Form aufweisen. Verfahren nach Anspruch 37, wobei nach der Magnetfeldglühung die Bleche miteinander zu einem Blechpaket zusammengesetzt werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die CoFe- Legierung 36. The method according to claim 31, wherein an air gap is formed between the stack and the return path, wherein the air gap is at most 0.1 mm, preferably at most 0.05 mm, particularly preferably at most 0.01 mm. Method according to one of claims 30 to 36, wherein the sheets have a ring shape or an elongated shape. Method according to claim 37, wherein after the magnetic field annealing the sheets are assembled together to form a laminated core. Method according to one of the preceding claims, wherein the CoFe alloy
35 bis 55 Gewichts-% Co und bis zu 2,5 Gewichts-% V, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, oder 35 to 55% by weight Co and up to 2.5% by weight V, balance Fe and unavoidable impurities, or
45 Gewichts-% < Co < 52 Gewichts-%, 45 Gewichts-% < Fe < 52 Gewichts-%, 0,5 Gewichts-% < V < 2,5 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, oder 45 wt% < Co < 52 wt%, 45 wt% < Fe < 52 wt%, 0.5 wt% < V < 2.5 wt%, balance Fe and unavoidable impurities, or
35 Gewichts-% < Co < 55 Gewichts-%, vorzugsweise 45 Gewichts-% < Co < 52 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Ni < 0,5 Gewichts-%, 0,5 Gewichts-% < V < 2,5 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, oder 35 wt% < Co < 55 wt%, preferably 45 wt% < Co < 52 wt%, 0 wt% < Ni < 0.5 wt%, 0.5 wt% < V < 2.5 wt%, balance Fe and unavoidable impurities, or
35 Gewichts-% < Co < 55 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < V < 2,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < (Ta + 2 Nb) < 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Zr < 1 ,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Ni < 5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < C < 0,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Cr < 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Mn < 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Si < 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < AI < 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < B < 0,01 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, oder 35 weight-% < Co < 55 weight-%, 0 weight-% < V < 2.5 weight-%, 0 weight-% < (Ta + 2 Nb) < 1 weight-%, 0 weight-% < Zr < 1.5 weight-%, 0 weight-% < Ni < 5 weight-%, 0 weight-% < C < 0.5 weight-%, 0 weight-% < Cr < 1 weight-%, 0 weight-% < Mn < 1 weight-%, 0 weight-% < Si < 1 weight-%, 0 weight-% < AI < 1 weight-%, 0 weight-% < B < 0.01 weight-%, balance Fe and unavoidable impurities, or
5 bis 25 Gewichts-% Co, 0,3 bis 5,0 Gewichts-% V, 0 Gewichts-% < Si < 3 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Cr < 3 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Mn < 3 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < AI < 3 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, oder 5 to 25 wt% Co, 0.3 to 5.0 wt% V, 0 wt% < Si < 3 wt%, 0 wt% < Cr < 3 wt%, 0 wt% < Mn < 3 wt%, 0 wt% < Al < 3 wt%, balance Fe and unavoidable impurities, or
47 Gewichts-% < Co < 50 Gewichts-%, 1 Gewichts-% < V < 3 Gewichts- %, 0 Gewichts-% < Ni < 0,2 Gewichts-%, 0,08 Gewichts-% < Nb < 0,12 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < C < 0,007 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Mn < 0,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% < Si < 0,1 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist.
47 wt% < Co < 50 wt%, 1 wt% < V < 3 wt%, 0 wt% < Ni < 0.2 wt%, 0.08 wt% < Nb < 0.12 wt%, 0 wt% < C < 0.007 wt%, 0 wt% < Mn < 0.5 wt%, 0 wt% < Si < 0.1 wt%, balance Fe and unavoidable impurities.
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