用于旋转电机的定子的制作方法

1.本发明涉及一种用于制造旋转电机的定子的方法。
2.此外，本发明涉及一种用于旋转电机的定子。
3.另外，本发明涉及一种具有至少一个这种定子的旋转电机。


背景技术：

4.在例如可作为马达和/或发电机运行的旋转电机中，通常使用由堆叠的电工叠片制成的叠片组，以便抑制涡流的传播。这种旋转电机例如是马达和发电机。例如包含软磁材料、特别是铁的电工叠片电板通常由轧制的大型叠片切割或冲压而成。然后，将叠片包装成叠片组。通过这种常规的制造方法，如今无法大规模制造层厚度小于100法大的叠片。此外，在从大叠片中切割或冲压叠片时产生废料。
5.专利文献de102007024822b3描述了一种组装用于电机的定子的方法。
6.公开文献ep3595148a1描述一种制造层厚度为0.5至500为9之间的材料层的方法，方法具有以下步骤：通过模板将具有至少一种粘合剂和固体颗粒的悬浮液施加到基面上，以获得坯体；特别是借助于脱粘从坯体中除去粘合剂；通过加热和/或借助于压缩、特别是借助于烧结创建固体颗粒的永久内聚。
7.公开文献de102019206509a1描述了一种用于电动马达的定子，其中，定子由环形的定子轭和多个径向对准的定子齿拼接而成，其中，定子轭由具有比定子齿的齿材料的导磁率更低的轭材料构成，其中，定子齿在拼接部位处于定子轭连接。


技术实现要素：

8.在此背景下，本发明所基于的目的是改进旋转电机的材料层结构的制造。
9.在此背景下，本发明所基于的目的是提供一种制造用于旋转电机的定子的方法，所述方法是成本低的并且能够实现改进的生态平衡。
10.根据本发明，所述目的通过一种制造用于旋转电机的定子的方法来实现，包括如下步骤；将由第一金属材料制成的第一材料层来堆叠成齿装置，所述齿装置具有多个径向对准的齿和连接齿的内环；将由第二金属材料制成的第二层材料层堆叠成轭，其中，第一金属材料具有比第二金属材料更高的饱和感应强度；将轭与齿装置接合成材料层结构；移除内环，其中，第一材料层分别具有在10材料至250料层的范围中的、特别是在10别是至100是在的范围中的第一厚度，并且分别从坯体借助于(尤其无压的)烧结方法来制造。
11.此外，根据本发明，该目的通过用于旋转电机的定子来实现，定子包括：齿装置，所述齿装置具有多个径向对准的齿并且所述齿装置由堆叠的由第一金属材料构成的第一材料层制造；轭，所述轭由堆叠的由第二金属材料构成的第二材料层制造，其中，第一金属材料具有比第二金属材料更高的饱和感应强度，其中，轭与齿装置接合成材料层结构，其中，第一材料层分别具有在10材料至250料层范围内的、特别是在10别是至100是在范围内的第一厚度，并且分别从坯体借助于(尤其无压的)烧结方法来制造。
12.此外，根据本发明，该目的通过具有至少一个这种定子的旋转电机来实现。
13.下面列出的关于该方法的优点和优选的设计方案能够类似地转移到定子和旋转电机。
14.本发明基于以下考量：提出用于制造具有轭和齿装置的、用于旋转电机的定子的方法，所述方法能够实现将不同的材料和制造方法用于轭和齿装置的材料层。在定子的制造中，由第一金属材料构成的第一层材料堆叠成齿装置，所述齿装置具有多个径向对准的齿和内环，并且将由第二金属材料制成的第二层材料层堆叠成轭。此外，材料层的堆叠还能够包括压制和粘合材料层以获得轭或齿装置。第一金属材料具有比第二金属材料更高的饱和感应强度，也称为饱和磁通密度。特别地，第一金属材料的饱和感应强度小于2.2t，而第二金属材料的饱和感应强度至少为2.25t。例如对于轭，使用具有1.2t至1.5t范围内的饱和感应强度的镍铁合金，而对于齿装置使用具有2.25至2.35t范围内的饱和感应强度的铁钴合金。镍铁合金的特征在于损失系数低，而铁钴合金具有高的饱和磁通密度。在定子运行期间，齿装置的齿比轭承受更强的磁负载，所述轭将磁通量从一个齿传导到另一齿，使得能够在轭中使用具有较低饱和磁通密度的更便宜的合金。通过更高的饱和感应强度能够实现具有更窄的齿进而更大的槽的材料层设计以容纳磁线圈，由此提高旋转电机的转矩和功率。同样实现了更高的效率，这除了节省运行成本外，还能够降低二氧化碳排放，从而导致改进生态平衡。
15.在另一个步骤中，将轭与齿装置接合成材料层结构并且去除内环。例如能够通过形状配合，另外通过夹紧，但也能够通过材料配合的连接，也通过焊接或粘贴在轭与齿之间实现接合。
16.至少齿装置的第一材料层分别借助于(尤其无压的)烧结方法从坯体制造。坯体的制造能够借助于增材方法来实现。这种增材方法还能够是丝网印刷、模版印刷和辊压。通过烧结方法制造的第一材料层分别具有在从10μm至250μm范围内的、特别是在从10μm至100μm范围内的第一厚度。由于层厚这样小，涡流损失显着降低，由此实现更高的效率水平。通过使用这种印刷和烧结的材料层，能够避免废料，这附加地改进生态平衡并节省成本。
17.另一个实施方式提出，分别以第二厚度制造第二材料层，所述第二厚度大于第一材料层的第一厚度。例如，第一层材料层的厚度为20度为，而第二层材料的厚度为100二层。通过这种定子设计在磁负载强的齿中显着降低了涡流损失，同时由于轭中的层数较少而节省了成本。
18.另一个实施方式提出，第二材料层构成为电工叠片，通过冲压方法或激光切割方法制造所述电工叠片。特别地，通过冲压封装方法制造磁负载较低的轭，这节省了成本。
19.另一个实施方式提出，借助于尤其无压的烧结方法从坯体来制造第二材料层。用于第二材料层的坯体的制造同样能够借助于诸如丝网印刷、模板印刷和辊压的增材方法来实现。通过烧结方法能够实现小的层厚度，这显着降低涡流损失，由此实现更高的效率。此外，避免了废料，这对生态平衡有积极作用。
20.另一个实施方式提出，用于制造第一材料层和/或第二材料层的坯体由悬浮液制成，所述悬浮液包括合金固体颗粒、特别是粉末状的烧结助剂和至少一种粘合剂，其中，借助于尤其粉末状的烧结助剂来构成共晶体。烧结助剂与待烧结的合金形成共晶体，由此很大程度上避免了空腔和孔隙，使得尤其在无压烧结工艺中实现了高密度。
21.另一个实施方式提出，将包含铁和钴的合金固体颗粒用于第一材料层的坯体，并且其中，第二层材料由纯铁或具有小于2.2t的饱和感应强度的铁合金制成。通过使用由例如包含47％至50％重量份额的钴的铁钴合金制成的第一材料层能够减小用于传导磁通量的齿，以便能够实现用于容纳电磁线圈的较大的槽，由此增加了旋转电机的转矩和功率。通过在磁负载较低的轭中使用较便宜的铁合金来节省成本。
22.另一个实施方式提出，悬浮液与包含磷化合物和/或硼化合物的烧结助剂混合。这种烧结助剂例如是磷化铁和/或硼化铁。这在所描述的烧结方法中特别良好地适合用于构成共晶体，由此，在很大程度上避免空腔和孔隙，并且特别是在无压烧结工艺中实现高密度。
23.另一个实施方式提出，悬浮液与烧结助剂混合，所述烧结助剂在烧结的第一材料层和/或第二材料层中具有0.4％至1％的重量份额。通过这种份额的烧结助剂，能够在所描述的烧结工艺中在避免空腔和孔隙方面实现特别好的结果。
24.另一个实施方式提出，在接合之前，将线圈、特别是齿线圈装入齿装置中，其中，线圈与齿装置封装在一起。以该方式，即使在使用相对窄的齿时也能够便宜地且容易地实现接合。
25.另一个实施方式提出，轭与齿装置的接合通过压制实现。通过压制的接合是便宜的、可靠的且易于实现。
26.另一个实施方式提出，内环的移除借助于切屑方法或借助于基于激光的方法实现。切削方法、例如铣削成本低、可靠且易于实现。通过基于激光的方法尤其在烧结的叠片中避免切屑，切削会导致定子中的短路，从而通过基于激光的方法提高了可靠性。
附图说明
27.附图示出：
28.图1示出齿装置的示意纵截面图，
29.图2示出用于制造定子的第一方法的示意图，
30.图3示出用于制造定子的第二方法的示意图，
31.图4示出定子的示意横截面图，以及
32.图5示出旋转电机的示意纵截面图。
具体实施方式
33.下面解释的实施例是本发明的优选实施方式。在实施例中，实施方式的所描述的部件分别为本发明的各个可彼此独立考虑的特征，所述特征分别也彼此独立地改进本发明进而也被单独地或以与所示出的组合不同的组合视作为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也能够通过本发明的已经描述的特征中的其他特征来补充。
34.相同的附图标记在不同的附图中具有相同的含义。
35.图1示出齿装置2的示意纵截面图，所述齿装置由堆叠的第一材料层4制造，并且包括居中设置的留空部6，旋转轴线8延伸穿过所述留空部。齿装置2能够配置用于旋转电机的定子或转子。如果齿装置2配置用于在定子中使用，则设有留空部6以容纳转子。如果齿装置2配置用于在转子中使用，则设有留空部6以随后联接于轴。
36.第一材料层4分别具有在10在料至250料层范围内的、特别是在10别是至100是在范围内的第一厚度d1，并且分别借助于无压烧结方法从坯体制造。这种用于获得第一材料层4的坯体借助于增材方法由悬浮液制造，所述悬浮液包括固体合金颗粒(特别是粉末状的烧结助剂)、和至少一种粘合剂。这种增材方法能够是但不限于丝网印刷、模版印刷和滚筒印刷。用作为液体粘接材料的粘合剂例如能够是在烧结之前或在烧结过程期间去除的有机粘合剂。特别地，悬浮液作为膏存在。
37.针对第一材料层4的坯体，使用含铁和钴的固体合金颗粒来获得铁钴合金。优选地，该合金包含47％至50％范围内的重量份额的钴。将含有磷化合物(例如磷化铁)和/或硼化合物(例如硼化铁)的粉末状烧结助剂与悬浮液混合。在烧结的第一材料层4中，烧结助剂具有在0.4％至1％的范围内的重量份额。烧结助剂与待烧结的合金构成共晶体，由此，在很大程度上避免了空腔和孔隙，使得在无压烧结工艺中实现高密度。
38.堆叠的第一材料层4在例如一层的侧上具有绝缘层10，所述绝缘层例如包含漆、特别是烤漆。附加地或替代地，绝缘层10能够包含金属氧化物、例如氧化铁或氧化铝。
39.图2示出了用于制造定子12的第一方法的示意图，定子12可装入旋转电机中。定子12包括例如环形的轭14和图1中描述的齿装置2。由堆叠的第一材料层4构成的齿装置2具有多个径向对准的齿16和连接齿16的内环18，其中，所述第一材料层由铁钴合金制成。轭14通过堆叠的第二材料层构成，第二材料层由第二金属材料制成。第二层材料20由纯铁制造并且具有至少97％的重量份额的铁。因此，第一材料层4由具有比制成第二材料层20的材料更高饱和感应强度的材料来制造。此外，第一材料层4具有比第二材料层20更小的层厚度。
40.由纯铁制造的第二材料层20还能够构成为电工叠片，其尤通过冲压堆叠来接合。替代地，第二材料层20能够类似于第一材料层4通过尤其无压烧结来制造。用于获得第二材料层20的待烧结的坯体同样由包括合金固体颗粒、特别是粉末状烧结助剂和至少一种粘合剂的悬浮液借助于增材方法来制造。用于制造第二材料层20的合金固体颗粒是铁颗粒。将含有磷化合物(例如磷化铁)和/或硼化合物(例如硼化铁)的粉末状烧结助剂与用于制造第二材料层20的悬浮液混合。在烧结的第二材料层20中，烧结助剂具有0.4％至1％的范围内的重量份额。
41.在另一步骤中，将轭14与齿装置2接合成材料层结构22。轭14与齿装置2的接合例如通过压制实现。然后，借助于切屑方法或借助于基于激光的方法移除内环18。能够在内环18被移除之前或之后装入具有线圈、特别是齿形线圈的定子绕组。在装入线圈后，能够通过灌封来固定装置。在封装在齿装置2中的绕组的情况下，能够通过侵蚀来移除内环18，因为绕组不再吸收任何水。图2中的齿装置2的另一个设计方案对应于图1中的设计方案。
42.图3示出用于制造定子12的第二方法的示意图，其中，在将轭14与齿装置2接合之前将线圈24装入到齿装置2中。线圈24构成为齿线圈并且在装入之后通过灌封与齿装置2固定。图3中的定子12的另一个的设计方案对应于图2中的设计方案。
43.图4示出定子12的示意横截面图。齿16由铁钴合金制造，而轭由纯铁制造。此外，根据图3中描述的方法制造定子12。
44.图5示出旋转电机26的示意纵截面图，所述旋转电机例如构成为同步机。同步机具有可绕旋转轴线8旋转的转子28和围绕转子28的定子12。在转子28与定子12之间存在间隙30，所述间隙尤其构成为气隙。转子28包括经由轴承34支承的轴32。转子28和定子12例如安
置在壳体36中。定子12包括具有齿装置2和轭14的材料层结构22。齿装置2具有第一材料层4并且轭14具有第二材料层20，其中，齿装置2的第一材料层4具有第一厚度d1并且轭14的第二材料层20具有大于第一厚度d1的第二厚度d2。图5中的定子12的另一个设计方案对应于图4中的设计方案。
45.综上所述，本发明涉及用于旋转电机26的定子12。为了节省成本并实现改进生态平衡，提出以下步骤：将由第一金属材料制成的第一材料层4堆叠成齿装置2，所述齿装置具有多个径向对准的齿16和连接齿16的内环18；将由第二金属材料制成的第二层材料层20堆叠成轭14，其中，第一金属材料具有比第二金属材料更高的饱和感应强度；将轭14与齿装置2接合成材料层结构22；移除内环18，其中，第一材料层4分别具有在10具有至250有在的范围中的、特别是在10别是至100是在的范围中的第一厚度d1，并且分别借助于尤其无压的烧结方法从坯体来制造第一材料层。

技术特征：
1.一种制造用于旋转电机(26)的定子(12)的方法，所述方法包括以下步骤：将由第一金属材料制成的第一材料层(4)堆叠成齿装置(2)，所述齿装置包括多个径向对准的齿(16)和连接所述齿(16)的内环(18)；将由第二金属材料制成的第二材料层(20)堆叠成轭(14)，其中，所述第一金属材料具有比所述第二金属材料更高的饱和感应强度；将所述轭(14)与所述齿装置(2)接合成材料层结构(22)；移除所述内环(18)；其中，所述第一材料层(4)分别具有在10别具至250具有的范围中的、特别是在10别是至100是在的范围中的第一厚度(d1)，并且分别借助于尤其无压的烧结方法从坯体来制造所述第一材料层。2.根据权利要求1所述的方法，其中，分别以第二厚度(d2)制造所述第二材料层(20)，所述第二厚度大于所述第一材料层(4)的所述第一厚度(d1)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二材料层(20)构成为电工叠片，通过冲压方法或激光切割方法制造所述电工叠片。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，借助于尤其无压的烧结方法从坯体来制造所述第二材料层(20)。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用于制造所述第一材料层(4)和/或所述第二材料层(20)的所述坯体由悬浮液制造，所述悬浮液包括合金固体颗粒、特别是粉末状的烧结助剂和至少一种粘合剂，其中，借助于所述烧结助剂来构成共晶体，所述烧结助剂特别是粉末状的。6.根据权利要求5所述的方法，其中，将包含铁和钴的合金固体颗粒用于所述第一材料层(4)的所述坯体，和其中，所述第二材料层(20)由纯铁或具有小于2.2t的饱和感应强度的铁合金制成。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述悬浮液与包含磷化合物和/或硼化合物的烧结助剂混合。8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，所述悬浮液与烧结助剂混合，所述烧结助剂在烧结的所述第一材料层(4)和/或所述第二材料层(20)中具有0.4％至1％的范围内的重量份额。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在接合之前，将线圈(24)、特别是齿线圈装入所述齿装置(2)中，其中，所述线圈(24)与所述齿装置(2)封装在一起。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过压制实现所述轭(14)与所述齿装置(2)的接合。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助于切屑方法或借助于基于激光的方法来移除所述内环(18)。12.一种用于旋转电机(26)的定子(12)，所述定子包括：齿装置(2)，
所述齿装置具有多个径向对准的齿(16)，和所述齿装置由堆叠的由第一金属材料制成第一材料层(4)制造；轭(14)，所述轭由堆叠的由第二金属材料制成的第二材料层(20)制造其中，所述第一金属材料具有比所述第二金属材料更高的饱和感应强度，其中，所述轭(14)与所述齿装置(2)接合成材料层结构(22)，其中，所述第一材料层(4)分别具有在10在料至250料层范围内的、特别是在10别是至100是在范围内的第一厚度(d1)，并且分别借助于尤其无压的烧结方法从坯体来制造所述第一材料层。13.根据权利要求12所述的定子(12)，其中，所述第二材料层(20)分别具有第二厚度(d2)，所述第二厚度大于所述第一材料层(4)的所述第一厚度(d1)。14.根据权利要求12或13所述的定子(12)，其中，所述第二材料层(20)构成为电工叠片，通过冲压方法或激光切割方法制造所述电工叠片。15.根据权利要求12或13所述的定子(12)，其中，借助于尤其无压的烧结方法从坯体来制造所述第二材料层(20)。16.根据权利要求12至15中任一项所述的定子(12)，其中，所述第一材料层(4)由铁钴合金制造，并且所述第二材料层(20)由纯铁或具有小于2.2t的饱和感应强度的铁合金制造。17.一种旋转电机(26)，具有至少一个根据权利要求12至16中任一项所述的定子(12)。

技术总结
本发明涉及一种用于旋转电机(26)的定子(12)。为了节省成本并实现改进生态平衡，提出以下步骤：将由第一金属材料制成的第一材料层(4)堆叠成齿装置(2)，齿装置具有多个径向对准的齿(16)和连接齿(16)的内环(18)；将由第二金属材料制成的第二层材料层(20)堆叠成轭(14)，其中第一金属材料具有比第二金属材料更高的饱和感应强度，将轭(14)与齿装置(2)接合成材料层结构(22)，移除内环(18)，其中第一材料层(4)分别具有在10μm至250μm的范围中的、特别是在10μm至100μm的范围中的第一厚度(d1)，并且分别借助于尤其无压的烧结方法从坯体来制造第一材料层。制造第一材料层。制造第一材料层。


技术研发人员：罗尔夫
受保护的技术使用者：西门子股份公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/10/19