Elektrische Maschine und Anlage

Die Erfindung betri f ft eine elektrische Maschine mit einem Rotor und/oder Stator, aufweisend einen Stapel weichmagnetischer Bleche , sowie eine Anlage mit einer elektrischen Maschine .

Es ist bekannt , elektrische Maschinen mit Rotoren und/oder Statoren aus zubilden, welche j eweils mit Stapeln weichmagnetischer Bleche gebildet sind .

Solche Stapel weichmagnetischer Bleche müssen aufwändig montiert und elektrisch isoliert werden, damit keine Wirbelströme oder Spannungsüberschläge beim Betrieb der Elektromotoren auf treten .

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte elektrische Maschine mit einem Rotor und/oder Stator mit einem Stapel weichmagnetischer Bleche zu schaf fen, bei welcher eine Montage und/oder eine elektrische I solierung der weichmagnetischen Bleche kostengünstig und unaufwendig realisiert werden können . Zudem soll die erfindungsgemäße elektrische Maschine vorzugsweise auch mit neuartigen Fertigungsverfahren zur Herstellung der weichmagnetischen Bleche fertigbar sein . Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Anlage mit einer elektrischen Maschine zu schaf fen .

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einer elektrischen Maschine mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und mit einer Anlage mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst . Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Bezeichnung angegeben .

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen Stator und/oder einen Rotor mit einem Stapel weichmagnetischer Ble- ehe auf . Die weichmagnetischen Bleche der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine sind einander an Flachseiten der Bleche nah, wobei mindestens eine der Flachseiten, an welcher zwei benachbarte Bleche einander nah sind, mit einer Sinterhaut gebildet ist .

Dabei bedeutet die Wendung „eine Flachseite ist mit einer Sinterhaut gebildet" , dass „eine Sinterhaut zumindest einen Teil einer Flachseite bildet" . Folglich könnte die Erfindung auch wie im nachfolgenden Satz angegeben formuliert werden : Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen Stator und/oder einen Rotor mit einem Stapel weichmagnetischer Bleche auf , wobei die weichmagnetischen Bleche der elektrischen Maschine einander an Flachseiten der Bleche nah sind und wobei zumindest eine Sinterhaut zumindest einen Teil mindestens einer der Flachseiten, an welcher zwei benachbarte Bleche einander nah sind, bildet . Zweckmäßig bildet dabei eine Sinterhaut j eweils zumindest einen Teil j eweils mindestens einer der Flachseiten, an welcher zwei benachbarte Bleche einander nah sind . Besonders bevorzugt bildet die Sinterhaut j eweils die gesamte Flachseite .

Die bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine vorhandene Sinterhaut ermöglicht vorteilhaft eine homogene und gleichmäßige Benetzung der Sinterhaut und folglich auch der Flachseiten der Bleche der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine . Folglich lassen sich die Bleche des Stapels der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine besonders leicht mit einer I solationsschicht und/oder einer Klebeschicht benetzen . Infolge der verbesserten Benetzbarkeit der Bleche kann die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einer homogenen und gleichmäßigen I solationsschicht und/oder Klebeschicht versehen sein, wobei die elektrische Leistungs fähigkeit der elektrischen Maschine verglichen mit dem Stand der Technik besonders groß ausgestaltet werden kann .

Es versteht sich, dass mit „Blechen" im Sinne der vorliegenden Erfindung auch Druck- und/oder Sinterteile gemeint sein können . Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ließe sich der Begri f f „Blech" auch durch die Wendung „Materiallage oder Materiallagengefüge" ersetzen, wobei die Materiallage oder das Materiallagengefüge vorzugsweise ein Flachteil ist . D . h . der Begri f f „Blech" impli ziert vorliegend nicht notwendigerweise eine Herstellung des „Blechs" mittels Wal zens . Vorzugsweise ist ein solches „Blech" , insbesondere wenn es eine mit einer Sinterhaut gebildete Flachseite aufweist , mittels Sinterns , vorteilhaft mittels Druckens und nachfolgenden Sinterns , gebildet .

Vorteilhaft ist eine Sinterhaut leicht mit isotrop orientierten, d . h . nicht texturierten, Korngrößen mit Durchmessern zweckmäßig zwischen 10 und 500 Mikrometern ausbildbar, welche vorzugsweise eine mittlere Rauheit zwischen 0 , 2 Mikrometern und 5 Mikrometern aufweist . Gerade bei einer mit einer Sinterhaut gebildeten Oberfläche sind sehr flache Kornoberflächen ohne spezi fische , aus dem Korn herausragende Spitzen sowie an der Oberfläche vertiefte Korngrenzen mit abgerundeten Flanken realisierbar . Zweckmäßig lässt sich eine Sinterhaut im Bereich einer einem Trägersubstrat beim Drucken zugewandten Oberfläche verschieden ausbilden zu einer von dem Trägersubstrat beim Drucken abgewandten Flachseite oder einer sich von dem Trägersubstrat f ortstreckenden Kantenfläche . Damit lassen sich die Bleche vorteilhaft mit Flachseiten mit unterschiedlicher Farbe und/oder Reflexion und/oder Oberflächenstruktur ausbilden . Auf diese Weise lassen sich Flachseiten der Bleche leicht optisch unterscheiden, sodass eine Anordnung der Bleche zu einem Stapel besonders einfach bewerkstelligbar und vorzugsweise automatisierbar ist .

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine sind die Bleche Siebdruck- und/oder Schablonendruckteile oder weisen Siebdruck- und/oder Schablonendruckteile auf .

Vorteilhaft sind die Bleche in dieser Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise solche Sieb- und/oder Schablonendruckteile , bei welchen die Bleche mittels einer mit Metallpulver gebildeten Druckpaste gedruckt und anschließend gesintert sind . Auf diese Weise lässt sich eine geometrische Form der Bleche besonders einfach mittels Schablonendrucks realisieren, sodass subtraktive Bearbeitungsschritte zur Fertigung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine verzichtbar sind . Weiterhin vorteilhaft weisen die Bleche in dieser Weiterbildung der Erfindung keine induzierten mechanischen Spannungen infolge von Umformprozessen wie insbesondere Wal z- oder Stanzprozessen auf , weshalb die weichmagnetischen Eigenschaften der weichmagnetischen Bleche unbeeinträchtigt beibehalten werden können .

Bevorzugt ist bei der elektrischen Maschine gemäß der Erfindung die Sinterhaut eine As-Fired-Sinterhaut .

Bei der elektrischen Maschine gemäß der Erfindung ist die Sinterhaut bevorzugt mit einem oder mehreren Metalloxiden und/oder -nitriden und/oder -carbiden und/oder sili ziden oder einer Kombination einer oder mehrerer der vorgenannten Materialien gebildet . Bevorzugt und vorteilhaft weist die Sinterhaut zudem Zuschlagsstof fe auf , welche etwa eutektika- oder f lüssigphasen-bildend sind . Auf diese Weise kann die Sinterhaut an den Kornoberflächen mit Mischkristallen ausgebildet sein, sodass charakteristische Oberflächenenergien und/oder Benetzungswinkel der Bleche hinsichtlich einer homogeneren und gleichmäßigeren Benetzbarkeit beeinflusst sind .

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine weist diese mindestens eine Klebeschicht auf , welche einander nahe Bleche des Stapels miteinander verbindet , wobei die Klebeschicht vorzugweise j eweils an der Sinterhaut angeordnet ist . In dieser Weiterbildung sind die Bleche des Stapels vorteilhaft haftend miteinander verbunden, wobei infolge der verbesserten Benetzbarkeit der weichmagnetischen Bleche mit der Klebeschicht zugleich eine besonders hohe elektrische Leistungs fähigkeit der elektrischen Maschine erzielt werden kann . Die elektrische Maschine weist in einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung mindestens eine I solierschicht auf , welche einander nahe Bleche des Stapels voneinander elektrisch isoliert , wobei die I solierschicht j eweils an der oder einer Sinterhaut angeordnet ist . In dieser Weiterbildung der Erfindung sind die Bleche des Stapels vorteilhaft zuverlässig elektrisch gegeneinander isoliert , wobei infolge der verbesserten Benetzbarkeit der weichmagnetischen Bleche mit der I solierschicht zugleich eine besonders hohe elektrische Leistungs fähigkeit einer mit dem Stapel realisierten elektrischen Maschine erzielt werden kann .

Bei der elektrischen Maschine gemäß der Erfindung weisen die Bleche j e eine erste und eine zweite Flachseite auf , wobei sich die Bleche von erster zu zweiter Flachseite verj üngen und wobei die ersten Flachseiten der Bleche des Stapels in dieselbe Richtung weisen . Auf diese Weise lassen sich die Flachseiten der Bleche voneinander unterscheiden, sodass insbesondere bei Blechen, bei welchen genau eine von zwei Flachseiten mit Metalloxid gebildet ist , die mit Metalloxid gebildete Seite leicht aufgrund der geometrischen Form erkannt werden kann .

Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine weisen die Bleche bevorzugt j e eine erste und eine zweite Flachseite auf , wobei zumindest die zweite Flachseite j eweils mit einer Sinterhaut gebildet ist und die Bleche mit ihrer zweiten Flachseite in dieselbe Richtung weisen . Auf diese Weise können sämtliche Bleche oder sämtliche Bleche bis auf eines oder zwei randständiger Bleche des Stapels auf eine identische Weise ausgebildet sein . Folglich lassen sich die Bleche nahezu sämtlich auf eine identische Weise fertigen . Somit kann eine Fertigung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ohne Abweichungen oder erforderliche manuelle Eingri f fe kostengünstig erfolgen . Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine weisen die Bleche j eweils an erster und zweiter Flachseite eine Sinterhaut auf .

Die erfindungsgemäße Anlage und das erfindungsgemäße Fahrzeug weisen eine erfindungsgemäße elektrische Maschine wie oben beschrieben auf .

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiels näher erläutert .

Es zeigen :

Fig . 1 einen Stapel weichmagnetischer Bleche eines Stators einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine schematisch im Querschnitt sowie

Fig . 2 eine erfindungsgemäße Industrieanlage mit einem Antrieb mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit dem Stator mit dem Stapel weichmagnetischer Bleche gemäß Fig . 1 schematisch in einer Prinzip ski z ze .

Der in Fig . 1 dargestellte Stapel 10 ist mit weichmagnetischen Blechen 20 gebildet und bildet einen Stator einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in Gestalt eines Elektromotors .

Die weichmagnetischen Bleche 20 des Stapels 10 sind mittels Sieb- und Schablonendrucks einer Metallpaste weichmagnetischen Metalls , beispielsweise Reineisens , gefertigt und weisen j eweils äußerlich die Gestalt eines Kegelstumpfs mit einer kreis förmigen Grundfläche 30 auf . Zusätzlich sind die äußerlich kegelstumpf förmigen weichmagnetischen Bleche 20 mit einer zentralen Durchführung versehen, in der ein Rotor der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine vorgesehen ist . Die weichmagnetischen und äußerlich kegelstumpf förmigen Bleche 20 verj üngen sich j eweils in einer Stapelrichtung 40 von der Grundfläche 30 zu einer einen im Vergleich zur Grundfläche 30 kleineren äußeren Durchmesser aufweisenden und zur Grundfläche parallelen Stirnfläche 50 . Die Stirnflächen 50 der weichmagnetischen Bleche 20 sind mit einer Sinterhaut 55 , hier einer As-Fired-Sinterhaut , der weichmagnetischen Bleche 20 gebildet . Die Sinterhaut 55 ist im gezeigten Aus führungsbeispiel durch den Fertigungsprozess bedingt und wird nach der Fertigung nicht entfernt , sondern vor einer Fügung der weichmagnetischen Bleche 20 zu einem Stapel an den weichmagnetischen Blechen 20 belassen . Die Sinterhaut 55 ist im dargestellten Aus führungsbeispiel mit Metalloxid, hier Reineisenoxid, gebildet . In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Sinterhaut 55 alternativ oder zusätzlich mit einem oder mehreren Metallnitriden und/oder einem oder mehreren Metallcarbiden und/oder einem oder mehreren Metallsili ziden gebildet sein .

Die kegelstumpf förmige Gestalt sowie die Sinterhaut 55 der weichmagnetischen Bleche 20 ist mittels der Fertigung der weichmagnetischen Bleche 20 durch Sieb- und Schablonendruck realisiert : die weichmagnetischen Bleche 20 werden mittels einer Schablone mit einem kreisringförmigen Loch auf ein Substrat als kreis zylindrisches Grünteile mit einer inneren kreis zylindrischen Durchführung gedruckt . Das Substrat ist j eweils mit derart hoher Oberflächenrauigkeit gebildet , dass das Grünteil an seiner Auflagefläche auf dem Substrat , welche die spätere Grundfläche 30 des späteren weichmagnetischen Blechs 20 bildet , einer auftretenden Sinterschwindung bei einem anschließenden Sintern des Grünteils nicht folgen kann . Das Grünteil wird nachfolgend gesintert . Folglich schwindet das Grünteil fern der Auflagefläche in einem stärkeren Ausmaß als an der Auflagefläche , an welcher die Sinterschwindung sogar vollständig aufgrund der Oberflächenrauigkeit verschwindet . Infolge der lokal verschiedenen Sinterschwindung verringert sich eine Stirnfläche des Grünteils , welche die spätere Stirnfläche 50 des weichmagnetischen Blechs 20 bildet , gegenüber der Auflagefläche in ihrem Durchmesser, sodass das Grünteil beim Sintern eine äußere kegelstumpf förmige Gestalt ge- winnt ( im Inneren gewinnt die ursprünglich zylindrische Durchführung ebenfalls eine kegelstumpf förmige Gestalt ) .

An der Stirnfläche 50 des weichmagnetischen Blechs 20 bildet sich die Sinterhaut 55 beim Sintern als As-Fired-Sinterhaut aus . Infolge des Sinterns des Grünteils auf dem Substrat und infolge der gewählten Prozessbedingungen bildet sich die As- Fired-Sinterhaut lediglich an der dem Substrat abgewandten Oberfläche der weichmagnetischen Bleche 20 aus . Auf diese Weise ist j eweils die Stirnfläche 50 der weichmagnetischen Bleche 20 mit der Sinterhaut 55 ausgebildet . Entsprechend lassen sich die weichmagnetischen Bleche 20 nach dem Sintern mit ihrer Stirnfläche 50 und folglich mit ihrer Sinterhaut 55 gleichartig orientiert anordnen, sodass j eweils benachbarte weichmagnetische Blechen 20 an einer Sinterhaut 55 einander nah sind .

Nach dem Sintern wird das gesinterte weichmagnetische Blech 20 vom Substrat gelöst und mit weiteren gleichartig gefertigten weichmagnetischen Blechen 20 zum Stapel 10 verbunden . Dabei werden die weichmagnetischen Bleche 20 wie oben bereits erwähnt derart miteinander verbunden, dass die Grundflächen 30 der weichmagnetischen Bleche 20 j eweils in dieselbe Richtung (hier entgegengesetzt zur Stapelrichtung 40 ) weisen . Die Stirnflächen 50 der weichmagnetischen Bleche 20 des Stapels 10 weisen entsprechend in Stapelrichtung 40 . Dabei sind die weichmagnetischen Bleche 20 mit einer zwischenliegenden Klebeschicht 75 aneinander gefügt . Die Klebeschicht 75 wird im flüssigen Zustand auf die Sinterhaut 55 der Bleche 20 gegeben, wonach sich die Klebeschicht 75 mit einer homogenen Dicke gleichmäßig auf der Sinterhaut 55 verteilt . In weiteren, nicht eigens dargestellten Aus führungsbeispielen ist alternativ oder zusätzlich zur Klebeschicht 75 eine I solierschicht zwischen den Blechen 20 vorhanden, welche ebenfalls im flüssigen Zustand die Sinterhaut 55 benetzen kann .

In weiteren, nicht expli zit gezeigten Aus führungsbeispielen, welche im Übrigen dem dargestellten Aus führungsbeispiel ent- sprechen, können die weichmagnetischen Bleche 20 auch mit einer anderen geometrischen Form, etwa als mathematische Zylinder mit kreisringförmiger Grundfläche , ausgebildet werden, wobei entweder eine oder auch beide voneinander abgewandte Stirnflächen sowie die Mantel flächen mit einer Sinterhaut gebildet sind . Die Ausbildung der Stirnflächen und Mantel flächen mit einer Sinterhaut kann beispielsweise mittels einer entsprechenden Anpassung der Parameter des Sinterprozesses sowie mittels einer geeigneten Sinterunterlage erreicht werden .

Der Stapel 10 weichmagnetischer Bleche 20 ist in einer Stapel fassung (nicht expli zit gezeigt ) gehalten . Die Stapel fassung ist von dem Stapel 10 mittels einer I solierung in Gestalt eines I solierpapiers (nicht expli zit gezeigt ) elektrisch isoliert . Alternativ oder zusätzlich kann in weiteren, nicht eigens dargestellten Aus führungsbeispielen die kegelstumpf förmige Gestalt bereits beim Druck der Grünteile der weichmagnetischen Bleche 20 vorgesehen werden, sodass eine Sinterung wie oben beschrieben die Ausbildung der kegelstumpf förmigen Gestalt verstärkt , aber nicht allein bedingt . Alternativ oder zusätzlich kann die äußere kegelstumpf förmige Gestalt auch ausschließlich durch einen 3D-Druck des Grünteils vorgegeben sein, sodass eine Oberflächenrauigkeit des Substrats wie oben beschrieben verzichtbar ist .

Der Stapel 10 bildet mit dem I solierpapier und der Stapel fassung einen Stator 80 einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 100 aus . Dazu bilden die Durchführungen der Bleche 20 in dem Stapel 10 eine zentrale , in Stapelrichtung 40 führende , zentrale Durchführung 90 aus . Im dargestellten Aus führungsbeispiel ist die Durchführung j eweils beim Druck der weichmagnetischen Bleche 20 vorgesehen, indem die Bleche 20 als Kreisringe gedruckt werden . Alternativ kann die Durchführung 90 auch nachträglich subtraktiv vorgesehen werden, beispielsweise mittels Fräsens . Zur Bildung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 90 wird in die Durchführung des Stators 80 ein Rotor 100 eingebracht , der grundsätzlich gleichartig wie der Stator 80 gefertigt werden kann, mit Ausnahme der Durchführung 90 sowie der Stapel fassung und des I solierpapieres , welche für einen Rotor 100 verzichtbar sind . Der Stator 80 ist zur Bildung einer elektrischen Maschine 100 in an sich bekannter Weise ( in der Zeichnung nicht expli zit gezeigt ) mit Spulen und einer elektrischen Speisung der Spulen versehen .

Die elektrische Maschine 110 ist im gezeigten Aus führungsbeispiel ein Elektromotor ein Teil eines Antriebs 120 einer Industrieanlage 130 , hier einer Fließbandanlage . In weiteren, nicht eigens dargestellten Aus führungsbeispielen ist die erfindungsgemäße elektrische Maschine ein Elektromotor und Teil eines Antriebs eines autonomen Lagerf ahrzeugs oder ein elektrischer Generator einer Energiewandler-Einrichtung einer Energiegewinnungsanlage , beispielsweise eines Windrads .