用于制造电机转子、尤其是轴流电机转子的方法与流程

本发明涉及一种用于制造电机转子、尤其是轴流电机转子的方法。

背景技术：

1、de 10 2007 019 911 a1公开一种通过切割金属片来制造金属片件、尤其是硅钢片件的方法。wo 2018/015293 a1公开一种用于轴流电机的定子和一种用于制造这种定子的方法。ep 2 355 313 a1公开一种轴流电机。us 2010/0090555a1也公开一种轴流电机。此外，wo 2016/113567 a1公开一种轴流电机。

技术实现思路

1、本发明的任务是提供一种方法，借此能尤其以时间和成本都有利的方式制造用于电机、尤其是轴流电机的转子。

2、该任务通过一种具有权利要求1的特征的方法来完成。在从属权利要求中说明具有合适的发明改进方案的有利设计。

3、本发明涉及一种用于制造电机转子、特别是轴流电机转子的方法。电机优选被用在或被用于机动车、尤其是汽车，特别是用作牵引机，借此来电驱动、尤其是纯电驱动该机动车。电机优选是高压部件，其电压、特别是工作电压或额定电压优选大于50伏，特别是大于60伏，更优选为几百伏。由此可以实现很大的电功率以用于尤其纯电驱动机动车。在其完全制造的状态下，轴流电机具有至少一个定子和至少一个呈上述转子形式的转子，其中，定子和转子在轴流电机轴向上接连地或并排地或相继地布置，尤其以如下方式，即，在轴流电机轴向上在转子和定子之间布置有气隙。在此，转子能够借助定子被驱动，由此可绕在轴流电机轴向上延伸的旋转轴线相对于定子旋转，使得轴流电机(电机)可通过其转子提供转矩以用于电驱动、尤其纯电驱动机动车。

4、在该方法中，带被配设多个尤其在带的纵向延伸方向上彼此间隔且彼此分开的通孔，并且随后被如此卷绕、尤其是卷绕成卷体，即，带的各长度区段形成在转子径向上相互叠置的且因此相继的多个层，并且“优选在带卷绕成卷体的状态下在围绕转子轴向延伸的周向上相继且最好彼此分开”的通孔在转子径向上相互叠置且由此形成容纳口，容纳口在转子径向上朝外尤其呈漏斗(形)状或楔形扩宽，并且尤其借助于带的各壁部在绕转子轴向延伸的转子周向上相继且相互间隔、因而相互分开。在容纳口中安置磁体、尤其是永磁体。

5、所述带优选由金属材料、特别是金属片形成，更尤其由转子金属片形成，使得卷绕的带和进而也称为转子单元的卷体能够很有利地引导磁通或由各磁体可提供或提供的相应磁场。尤其可以规定至少带的卷绕和带的设孔在尤其唯一的步骤中进行。这尤其可以是指：例如已开设有其中的第一通孔的带的第一局部区段尤其在转子轴向上被卷绕，而例如在带的尚未卷绕的第二局部区段中使带开设至少一个或多个第二通孔，因此在带的第二局部区段中产生至少一个或多个第二通孔。随后，第二局部区段也被卷绕，尤其卷绕到或环绕已卷绕的第一局部区段。例如通过冲切或通过冲切方法来形成各通孔。还可以想到的是，在缠绕带的同时将至少其中一个磁体安置在至少其中一个容纳口中，其中，尤其通过卷绕该带，该至少一个容纳口例如已产生或形成，和/或例如至少其中另一个容纳口尚未形成或待形成。

6、例如，各通孔本身、即就自身单独来看在各通孔的周向上完全环绕地由带、即带的各壁部构成。“各容纳口在转子径向上向外扩宽且容纳口由带的通孔形成”这一特征尤其应理解如下：若干也被称为磁体容槽或容槽的容纳口中的第一容纳口例如通过由第一通孔组成的第一组通孔形成，其中的第二容纳口例如通过由第二通孔组成的第二组通孔形成。第一组的这些第一通孔在转子径向上重叠、即相互叠置，第二组的这些第二通孔在转子径向上重叠或相互叠置、即接连布置。故各组的各通孔在转子径向上至少部分、尤其至少大部分且因此至少超过一半地或完全地相互重叠。例如，各组的各通孔具有各自的长度和各自的宽度。各自的宽度例如在带卷绕状态下在转子周向上延伸。例如各自的宽度在转子轴向上延伸。在此尤其规定，各组的通孔在宽度和/或长度方面彼此不同。尤其可以规定，各组的通孔在其各自长度方面彼此不同，而例如各组的通孔有相同的宽度。特别是规定，所述长度在转子径向上向外变大、即增大，使得各组的通孔就其长度而言在转子径向上向外看地变大。

7、为了能够以时间和成本都很有利的方式制造转子，在本发明的一个实施方式中规定，在“带卷绕尤其成卷体”与“将磁体安置在容纳口中”之间禁止/不进行尤其卷绕成卷体的带的退绕和随后带的再次卷绕。由此可以在一个过程步骤或加工步骤中制造至少包括卷体和安置在容槽中的磁体的卷体单元，故可以以时间和成本都很有利的方式制造转子。

8、另一个实施方式的特征在于，所述长度区段且所述层因此彼此成一体形成。这意味着至少这些长度区段和进而这些层通过一体形成的且例如作为金属带形成的带来形成，由此该卷体单元和进而该转子可以通过时间和成本都很有利的方式制造。例如该带尤其作为连续材料以卷绕成原料带卷的方式来提供，从而提供也称为卷材的原料带卷。原料带卷被退绕展开。换言之，带从原料带卷中被退绕，随后给带配设所述通孔，故在带中加工出通孔。优选规定，在“将带从原料带卷中退绕”和“给带配设通孔”之间不进行带的卷绕和重新退绕。通过提供原料带卷、随后退绕该带、给带配设通孔以及随后将带卷绕成卷体，可以通过时间和成本都很有利的方式制造转子。

9、在本发明的另一个特别有利的实施方式中规定，在给带配设通孔期间该带至少基本上连续地、即不间断地沿输送方向平移移动且由此被输送。由此一来，卷体单元可以至少基本上连续地制造，即没有过多的中断，从而可展现出时间和成本都很有利的制造。

10、在本发明的另一个特别有利的实施方式中规定，通过步冲(也称为咬边切割)来制造这些通孔。由此可以用同一工具且特别是切割工具或冲切工具制造所述的或全部的通孔，即不同大小的通孔。换言之，不需要不同的、即不同大小的冲切工具或冲切模板来制造不同大小的通孔，故能以成本很有利的方式制造转子。

11、由于所述卷体单元包括卷体(即特别是缠绕成卷体的带)和安置在容纳口(磁体容槽)中的磁体，故可以说该磁体被集成到卷体中。因为带和进而卷体例如由金属片、特别是由硅钢片形成，故缠绕的带和进而卷体例如形成集成有磁体的金属叠片组。在此，该方法允许以时间和成本都特别有利的方式制造具有集成磁体的金属叠片组。

12、在该构思的一个有利改进方案中，在加工出磁体用容纳口之后，以感应方式在线(inline，嵌入式)烘烤金属片层。由此在磁体置入时的操作更容易并且烘烤的金属片层已具有稳定性。在此情况下，烘烤也可以通过其它方式进行，但感应烘烤在此已被证明是容易使用的。在线烘烤/嵌入式烘烤是指烘烤方法步骤虽是单独进行的，但其紧接在前一方法步骤之后进行，故不会因其它措施而中断整个过程。此外，烘烤可有利地直接在卷体卷绕装置中进行，使得卷绕的带卷无需从其装置中取出且无需可能的中间稳定化过程而直接被烘烤。如此烘烤的卷体随后可以容易地继续处理或临时存放。当在卷绕装置中在线烘烤时，烘烤方法步骤也可以在不同的加工步骤之间进行，而不会阻止其进展，而是最多造成延迟。因此可以仅缠绕卷体的一部分，特别是直到完成磁体用容纳口之前，并且这种可被进一步缠绕的中间产品接着可以在不阻止进一步缠绕的情况下已被预先烘烤。在这种情况下，例如在磁体被置入之后可以接着继续缠绕，并且还可以在径向上在容纳口和磁体之外缠绕其它带层。然后，可以固定这些层，特别是再次烘烤，这于是也将会又对应于在线感应烘烤的方法步骤。

13、为了将磁体特别简单且因此时间和成本都有利地安置在磁体容槽中且因此能特别简单且时间和成本有利地制造转子，在本发明的另一个设计中规定，在各容纳口中如此至少部分、特别是至少大部分地且因此超过一半地或完全地安置相应的磁体，使得各磁体在转子径向上且因此在卷体径向上从外向内地相对于该层运动且由此移入各容纳口中。由此可以尤其如此避免各容槽的过于复杂的形状，即，容槽仅在转子径向上向外敞开，以由此使磁体移动到容槽中。可以避免用于将各磁体安置在各容槽中的其它的开口或几何形状复杂的开口，从而可确保特别简单且因此时间和成本都有利的卷体构造。此外，在将各磁体布置在各容纳口中之后的、例如设置用于封闭各容槽的步骤可得以避免，或者其数量和/或复杂性保持很低，从而可以特别容易且低成本地制造转子。

14、为了以特别简单和低成本的方式确保各磁体在各磁体容槽(容纳口)中很好地保持就位，在本发明的另一个设计中规定，各磁体在其安置在相应的容纳口中之后借助塑料被连接至带，塑料被喷注到所述带和进而卷体和各磁体上。例如塑料被注入各磁体容槽中，由此被喷注到各磁体和缠绕的带、进而卷体上。例如塑料在转子径向上从外向内地或从内向外地被注入各容槽中，由此各磁体可以特别简单地且特别牢固地连接到卷体。特别是，在将塑料喷注到卷体和各磁体上之后该塑料硬化，由此各磁体被特别牢固地保持就位在卷体上。

15、另一个实施方式的特征在于，容纳口在转子径向上向内借助覆层、特别是第一覆层被至少部分、尤其至少大部分地且因此超过一半地或完全地封闭。替代地或附加地规定，容纳口在转子径向上朝外地借助至少一个覆层、特别是第二覆层被至少部分地、特别是至少大部分地或完全地封闭。由此可以通过很简单的方式确保磁体特别牢固地保持在卷体上。

16、容纳口例如在转子且因此卷体的径向上向内如此借助覆层、特别是第一覆层被至少部分封闭，即，带在其卷绕时被卷绕到第一覆层上，因此环绕第一覆层被卷绕。由此可特别简单地制造转子。此外可以想到的是，容纳口在转子和进而卷体的径向上向外地例如如此借助覆层、尤其是第二覆层被至少部分封闭，即，尤其在将带缠绕成卷体后，第二覆层被卷绕到该卷体上且因此环绕卷体和安置在磁体容槽中的磁体缠绕。因此例如可以想到的是，第一覆层在转子和进而卷体的径向上向内与卷体或磁体相接，和/或第二覆层在转子且因此卷体的轴向上向外与卷体或磁体相接。由此可以很简单且因此以时间和成本都有利的方式制造转子，并且也可以在转子转速很高的情况下避免磁体以不希望的方式移出磁体容槽。

17、可以想到各覆层与卷体且因而与各长度区段和各层(也称为片层)分开形成。

18、为了能够保持转子成本特别低，在本发明的另一个设计中规定，所述覆层、特别是各自覆层是一体形成的。覆层可以由塑料构成。但有利的是覆层由金属材料、特别是由形成该带的金属材料来形成。故覆层可以由硅钢片或者所述硅钢片形成。

19、在本发明的其它特别有利的设计中，该覆层与所述各层成一体形成。换言之，该覆层例如与各长度区段成一体形成。因此例如规定该覆层未配设有通孔。特别是，覆层未配设有与形成磁体容槽的通孔完全重叠的通孔，使得覆层可以特别有利地至少部分封闭磁体容槽。为了因此例如将第一覆层作为与各长度区段成一体的覆层来制造，例如首先卷绕该带的第一部分，其中，第一部分形成该覆层且因此例如没有通孔。至少第一覆层或第一部分没有可供布置在磁体容槽中的磁体沿径向向内滑入的通孔。然后，例如将带如此卷绕和环绕覆层缠绕，即，各长度区段形成各层，各长度区段所具有的通孔形成磁体容槽。然后将磁体放置在磁体容槽中。然后，例如带的形成第二外覆层的第二部分被卷绕，因此环绕卷体或各长度区段、磁体容槽和磁体来缠绕，其中，例如第二部分未配设有通孔或至少未设置如下的通孔，其大于形成磁体容槽的通孔或者磁体能径向向外滑入所述通孔中。总是可以想到的是，第一部分和/或第二部分、进而第一覆层和/或第一覆层与形成各层的长度区段成一体地形成。

20、为了能够尤其按需且成本很有利地分别至少部分封闭磁体容槽，在本发明的另一设计中规定，该覆层通过与所述各层分开且因此与长度区段分开构成的带元件来形成。例如该覆层与长度区段分开且因此与所述各层分开地来提供，随后，例如该带或各长度区段环绕覆层来缠绕，或者覆层环绕各长度区段来缠绕。例如可想到的是，该带元件与带分开且随后作为覆层来使用，覆层在转子的完全制造状态下与所述各层分开地形成。

21、本发明特别基于以下认识：为了实现电机表面的最佳利用或特别高的转矩和功率密度而力求如下实施方式，即，所述表面尽可能大范围地、特别是几乎完全地被磁体覆盖。由于尤其是转子的且因此更尤其是与定子相关的可能的盘形布置，事实表明有利的是，磁体容槽在转子径向上向外地特别是连续地变大。但为了实现这一点，因为各层或片层在转子径向上相继布置，可能需要许多不同的、即不同大小的冲切模。这可能导致复杂且昂贵的加工，但可以通过步冲制造通孔来避免。步冲允许重叠切割容槽以借助尤其是正好一个工具实现不同大小、尤其是不同的前述长度。此外，可以切断和/或修整卷体的、即硅钢叠片的边缘区。与传统解决方案相比，这允许优化公差并减小损失。

22、为了能够以时间和成本都很有利的方式制造转子而优选规定，通过高速剪切来制造容槽和横向修边，就是说，带通过高速剪切而配设有通孔。通过使用高速技术来借助高速剪切形成通孔，可以保持很小的残余应力并且还可以将刀刃中的磁滞损耗保持在很低范围内。

23、带例如借助例如可用于步冲的工具来开孔。尤其在工具上游的例如可变的进给单元允许通孔和进而容槽的高精度对准和布置。例如带借助进给单元被平移移动和因此被输送。

24、本发明进一步允许以时间和成本都很有利的方式制造卷体和进而转子芯，因为通过随后的利用例如烤漆或简称为胶的粘接剂的在线包封过程可以避免使用浸渍树脂。还可行的是，不同于全面使所述各层具有浸渍树脂，连接装置可仅在径向上布置在所述各层(金属片)之间，故优选规定该连接装置仅在所述各层的各自宽度侧、即仅在径向上在所述各层之间布置。因此切削加工并非一定需要，并且与传统解决方案相比可以减少残留污垢。

25、通过本发明，至少可以实现以下优点：

26、-高度集成(磁体、卷体或金属叠片组、径向和周向上的磁体支承)，

27、-与传统解决方案相比且因此尤其在磁体粘接的情况下，省掉一些部件和加工过程，减少工作支出，降低成本，

28、-由下述磁体产生的额外磁阻占比，它们安置在磁体容槽中，故被称为埋设磁体，

29、-在使用寿命期间安全的磁体集成，尤其通过借助也称为带箍的覆层来机械承受卷体内的离心力，尤其在没有如在粘胶时的老化影响下，

30、-与传统解决方案相比：通过磁体彼此精确对准而减小公差链并改善平衡质量，

31、-与传统解决方案相比：磁体更好地热结合，尤其热结合至卷体，和/或通过消除接触电阻，

32、-在不重修带边缘的情况下，因毛刺逐层减小而降低短路风险和进而有更高的效率。

33、总体上可以看到，在本发明方法中，带卷绕(也被称为卷曲)成卷体以及例如通过冲切而使带开设通孔是在一个、尤其是唯一的步骤中进行的，其中，可以想到同时将磁体安置或置入这个或这些磁体容槽中。这尤其是指例如至少其中一个磁体被加入到其中一个容槽中，而例如至少其中一个通孔被制造和/或至少其中一个通孔尚未被制造。

34、例如第一覆层首先作为例如连续的内层被卷曲或卷绕。此外可以想到，使用两个或更多的第一内覆层。接着给长度区段开设通孔并卷绕，尤其以如下方式，即，长度区段环绕第一覆层来缠绕或被卷绕到第一覆层上，使得长度区段的通孔形成磁体容槽并且磁体容槽径向向内地至少部分通过第一内覆层封闭。带尤其被缠绕达足够长度而使得长度区段在转子径向上彼此叠置且因此形成一定数量的叠层，直至达到预定的或可预定的、在转子径向上延伸的容纳口高度。然后例如将磁体安置在容槽中，尤其是置入到容槽中，容槽例如是圆锥形或三角形的。接着，例如第二外覆层尤其作为外层环绕这些长度区段、即环绕所述各层、磁体容槽和磁体来缠绕，在此，可以想到使用两个或更多的第二外覆层。外覆层如此环绕所述各层、磁体容槽和安置在其中的磁体来缠绕，即，磁体容槽径向向外地至少部分通过第二外覆层被封闭。如前所述地可以想到第一内覆层和/或第二外覆层与具有通孔的长度区段一体形成。

35、通过本发明，磁体可以容易且安全地被送入磁体容槽中。此外，磁体可通过相应起到带箍作用或设计成带箍的覆层在电机使用期间也被很好地固定。作为补充，磁体可以例如从内侧与卷体粘接。例如通过将尤其起到粘接剂作用的塑料引入到磁体容槽中，可以例如在径向上从内向外地移动磁体，尤其以如下方式，即，在径向上将尤其呈液态的塑料从内向外加入、尤其注入磁体容槽中。为此，例如第一内覆层尤其针对每个磁体容槽具有至少一个设计成另一通孔的注入口，注入口与相应磁体容槽重叠或叠覆。换言之，注入口例如通入相应磁体容槽中，使得尤其处于塑料液态的塑料被注射穿过注入口并由此可经由各自注入口被注入各磁体容槽中。由此可以将塑料喷注到卷体以及安置在各磁体容槽中的磁体上，以将各磁体粘接到卷体、即粘接到该带。因此该塑料被用作填料以将磁体牢固固定在卷体上。

36、借助本发明方法所制造的转子也属于本发明。本发明方法的优点和有利设计应被视为转子的优点和有利设计，反之亦然。

37、此外，一种用于执行本发明方法的设备属于本发明。本发明方法的优点和有利设计应被视为该设备的优点和有利设计，反之亦然。

38、因为例如在转子的制造完成状态下具有形成磁体容槽的通孔的长度区段在径向上布置在第一内覆层与第二外覆层之间，故这些层也被称为内层或中间层，其中，所述覆层例如被称为内覆层或外覆层。例如不进行内覆层和/或外覆层的冲切。例如在内层被用于形成磁体容槽时，内覆层和外覆层被用于分别在径向上向内和向外封闭磁体容槽，以便尤其在径向上分别至少部分向内和向外封闭磁体容槽且因而确保磁体在卷体上且因而在内层上牢固就位。内层数量、内覆层数量和外覆层数量可以取决于转子和/或磁体容槽的特别是径向的参数，故可以设置多于一个的内覆层和/或多于一个的外覆层。

39、如前面已表明地，第一内覆层和/或第二外覆层可与优选相互成一体形成的内层分开构成。还可以想到内层由第一材料、特别是第一硅钢片形成，其中，第一内覆层和/或第二外覆层可以由不同于第一材料的相应的第二材料、尤其是第二硅钢片形成。于是，例如在缠绕第一内覆层之后才接着将带缠绕到第一覆层，由此形成用于形成磁体容槽的中间层。接着例如形成第二外覆层，特别是通过将第二外覆层缠绕到内层上，即，环绕内层缠绕。因此，例如第一覆层由第一金属片带制成，内层由第二金属片带制成，外覆层由第三金属片带制成。在此可想到的是，带的各过渡部和/或端头与覆层的各过渡部或端头接合和/或随后固定。此处优点是覆层和带或形成磁体容槽的层能够采用不同的材料，因此利用不同的材料特性。故例如可以想到将内覆层和/或外覆层设计成比内层、即比形成内层和进而卷体的带更厚和/或更稳固。

40、此外可能的是，根据本发明，尤其在将磁体安置在磁体容槽中后且尤其在将第二外覆层环绕所述各层缠绕后，尤其通过断切加工、特别是冲切和/或步冲所述各层和/或所述外覆层和/或所述内覆层中的至少一个来执行所谓的负平衡。换言之，例如第二外覆层(带箍)可被切削加工或断切加工，特别是通过步冲，由此可进行负平衡，借助负平衡来平衡该转子。由此可以通过特别简单和成本有利的方式实现特别平稳的转子运行。

41、此外在该方法中可以想到，至少另外一个或另外多个空腔和/或至少一个或多个通道可形成在例如作为金属片层形成的层中，尤其在这些层中被冲切。例如，带和进而各层配设有例如在周向上完全环绕闭合的多个通孔，这些通孔接着例如在带缠绕状态下彼此重叠或叠覆，因而相互配合且因此形成上述的至少一个空腔或通道，其中，例如用于转子的温度调节、即冷却和/或加热的尤其呈液态或气态的温度调节介质可以流过该空腔或通道。由此可以实现卷体(金属叠片组)的不同温度调节，因为该空腔或通道在卷体内延伸。故除了通孔之外还设有多个流通口，它们与通孔分开，从而该空腔或通道最好与磁体容槽分开、尤其流体地分开。由此可保证该转子的有效且高效的温度调节。

42、尤其是，如果磁体被连接、尤其粘接至带且因此至卷体，则例如可以放弃第一内覆层和/或第二外覆层(带箍)，或者内覆层数量和/或其它覆层的数量可以保持很小，因为用作胶或填料的塑料确保在磁体和卷体之间特别牢固且特别是材料接合的连接。在此，各覆层具有如下优点，即，其针对磁体形成坚固的、即设计成实体的止挡，尤其在粘接磁体时，由此可以避免在磁体与带或卷体之间的不希望的相对运动。如果例如省去内覆层和/或外覆层，则上述负平衡例如能够不在内覆层或外覆层处发生，而是负平衡随后可以发生在至少其中一个形成磁体容槽的层上且因此例如在磁体容槽之间。尤其可以在多个例如彼此间隔的位置且因此例如在至少其中一个磁体容槽的两侧进行平衡。

43、如上所述，用于形成磁体容槽的通孔的产生在将带卷绕成卷体之前进行。然而可以想到，在直接缠绕之后或紧接在带缠绕之后进行用于形成磁体容槽的通孔的产生，尤其按下述方式，即，在缠绕的带中冲切各磁体容槽，接着例如应该去除冲切废料。但首先给带配设通孔且接着卷绕的本发明方法的优点在于，可能由通孔形成而造成的废料被很简单地去除或者说不必额外去除，由此能以时间和成本都有利的方式制造转子。

44、例如是通过冲切在带中形成通孔，这可通过多种方法进行。故可以通过用坚硬的冲切模多次冲切和部分重叠来达成增大的、即在转子径向上向外变大的通孔或用于容纳最好呈锥形的磁体的磁体容槽的冲切，或者也可以采用能够在一个冲切步骤中形成增大的磁体容槽的可变的冲切几何形状。优选规定各磁体具有相应的外部形状，其适配于其中安置各磁体的相应磁体容槽的相应内部形状。故优选规定，安置在各磁体容槽中的各磁体也在转子径向上向外扩宽，特别是呈锥形或楔形扩宽。此外可以想到，通过诸如咬边、步冲、铣削、车削、切割等去除方法来形成各通孔，由此相应加工该带或各层以产生各通孔。

45、例如，由于各磁体容槽和各安置或待安置在各磁体容槽中的磁体呈锥形或三角形，故各磁体容槽和各所属磁体随着径向叠层的增加而外扩，即，在转子的径向上外扩，这应该在制造中予以遵守，就像在带缠绕状态下相互叠覆或重叠布置通孔那样。因此，特别是在围绕转子轴向延伸的转子周向上可以布置、故保留在各通孔或磁体容槽之间的例如连接板，其中，该连接板例如总是有相同的宽度，尤其在转子周向上。因此可以想到的是，各磁体容槽的或各磁体的各侧面随后彼此平行延伸，或者该宽度可以恒定增大或减小，使得在磁体容槽之间的区域在径向上也不具有恒定宽度，因而也呈锥形延伸。换言之可以想到，作为通孔长度的替代或补充，通孔宽度在转子径向上向外变大，因而增大。