DE2236953C3

DE2236953C3 - Statorkern für rotierende elektrische Maschinen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2236953C3
Application number: DE2236953A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Katsuta Ebine; Yasushi Hitachi Ohuchi; Takefumi Ohwada; Ryozo Tomozaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1971-07-30
Filing date: 1972-07-27
Publication date: 1978-04-27
Also published as: DE2265310A1; DE2265310B2; DE2236953B2; DE2265310C3; DE2236953A1; US3842493A; JPS5341321B1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Statorkern für rotierende elektrische Maschinen, bestehend aus einem schraubenlinienförmig und dicht gewickelten Stahlband mit Zähnen, die an dessen Innenseite durch in gleichen Abständen ausgestanzte Schlitze gebildet sind, und mit einzeln in bezug auf die Mittellinie dieser Zähne ausgerichteten kreisförmigen Aussparungen an der Außenseite zur Aufnahme der Spannungen beim Biegen des Bandes.

Bei einem gattungsgleichen Stahlband für einen Statorkern (DE-OS 19 13 309) weisen die Zähne am Zahnfuß Verdickungen auf, die etwa denen am Zahnende entsprechen. Damit sind aber Statorkerne mit günstigen magnetischen Kennlinien nicht zu erreichen, da die Spannungsverteilung im Material nach dem schraubenlinienförmigen Wickeln im Hinblick auf die plastischen Eigenschaften des Materials nicht sehr günstig verläuft.

Bei einem anderen bekannten Statorkern (US-PS 56 902) werden am Stahlband vor dem Wickeln an der Innenseite und auch an der Außenseite Kerben angebracht, um einerseits das Wickeln zu erleichtern und andererseits die Längenunterschiede beim Wickeln auszugleichen.

Bei einem weiteren bekannten Statorkern mit durchgehend vom Zahnfuß aus bis zum Abschlußsteg glatten Zahnflanken (US-PS 28 45 555) wird beim Wickeln des Bandes der außen durchlaufende Bandteil durch Kaltwalzen verjüngt, so daß eine günstige Rundung erreicht wird und Zwischenräume zwischen

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60 den einzelnen Lagen entstehen, in die zum Herstellen einer festen Einheit eine Schmelze eingeführt wird. Auch hier ergibt sich kein besonders günstiger Verlauf der magnetischen Kennlinien.

Es ist schließlich bekannt (US-PS 29 20 594), ein Stahlband für einen Stator an der Außenseite so zu wellen, daß nach dem Wickeln eine glatt? runde Außenfläche entsteht Dieses Band weist auch kurze Zähne auf, von denen jeweils zwei durch einen Abschlußsteg miteinander verbunden sind. Damit sind zwar Spannungen weitgehend zu vermindern, aber es entsteht so ein Statorkern, der sehr dünn und damit nur beschränkt einsetzbar ist.

Es sind viele Statorkerne aus einem schraubenlinienförmig und dicht gewickelten Stahlband bekannt. Aber keiner dieser bekannten Statorkerne weist die gewünschten magnetischen Kennlinien auf. Der Hauptgrund dafür liegt darin, daß einerseits die Kennlinien durch das Verhalten des Materials im plastischen Bereich bei der Verformung beeinflußt werden und andererseits verschiedene Faktoren für das plastische Verhalten nicht konstant sind, während sich die Spannungsverteilung im Stahlband beim Fortschreiten des Wickelprozesses verändert. Das bewirkt große Abweichungen von den vorgesehener· j'cometrischen Abmessungen, die für die gewünschten Kennlinien des magnetischen Feldes erforderlich sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Statorkern der eingangs erwähnten Gattung so weiterzubilden, daß lokale Deformationen bewußt an einen ganz bestimmten Punkt des Stahlbandes gelegt werden, um so die Spannungsverteilung in den Zähnen, insbesondere an den Zahnfüßen, so auszugleichen, daß konzentrische Spannungen plastischer Deformation in den Zahnfuß sowohl beim Wickeln als auch beim Einfügen des äußeren Umrisses des gewickelten Kerns in eine Kreisform eingeführt werden.

Gemäß der Erfindung wird dies«: Aufgabe dadurch gelöst, daß auf den sich gegenüberliegenden Seiten des Halses der Zähne, ausgehend vom Zahnfuß, Ausschnitte zur Aufnahme der Spannungen und zur Verminderung der plastischen Deformation der Zahne vorgesehen sind.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung derartiger Statorkerne besteht darin, daß ein an der Innenseite mit Zähnen und Schlitzen versehenes Stahlband zunächst zum Spannungsausgleich einerseits an der Außenseite mit kreissektorförmigen, zur Mittellinie der Zähne mittig angeordneten Aussparungen versehen wird, und andererseits vom Fuß der Zähne ausgehende, e.itlang den Seiten der Zähne verlaufende Ausschnitte angebracht werden, daß das Stahlband schraubenlinienförmig und dicht gewickelt wird und dann der so gebildete Kern nach Festlegen der Enden des Stahlbandes durch einen Prägedruck in eine Kreisform gebracht wird, die radial zum Mittelpunkt jeder Lamellierung der Zähne einwirkt, wobei der äußere Umriß des Kerns als Führung dient.

Der erfindungsgemäße Statorkern, insbesondere der nach dem bevorzugten Verfahren hergestellte, ist einfach und wirtschaftlich herzustellen. Es ergibt sich dabei kein wesentlicher Abfall. Die plastische Deformation wird auf das notwendige Minimum beschränkt und ermöglicht durch die exakte Bestimmung des Bereiches, in dem sie in einer genau vorherbestimmbaren Weise auftritt, nicht nur das Entstehen von sehr geringen Restspannungen, sondern auch eine einwandfreie Reproduzierbarkeit, se daß auch bei einer Massenpro-

duktion eine völlige Übereinstimmung aller Statorkerne gesichert ist. Auch das Festlegen der Enden des Stahlbandes kann in einer Weise erfolgen, welche die Zähne im Statorkern nicht beeinflußt und so die Spannungsverteilung und damit das magnetische Feld nicht verändern kann. Bei dem Statorkern gemäß der Erfindung tritt nur in einem sehr geringen Maße ein magnetisches Kauschen ein.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Stahlband für einen bekannten Statorkern für rotierende elektrische Maschinen,

Fig.2 eine vergrößerte Teildraufsicht auf einen Teil eines schraubenlinienförmig gewickelten, jedoch gemäß der Erfindung ausgebildeten Stahlbandes,

Fig.3 eine Teildraufsicht auf einen schraubenlinienförmig gewickelten Statorkern gemäß der Erfindung, dessen äußerer Umriß in eine Kreisfcrm gebracht wird, und

Fig. 4 und 5 vergrößerte Teilansichten von Teilen desselben.

In Fig. 1 weist ein Stahlband 1 mit einer Dicke von ungefähr 0,8 mm auf seiner einen Seite in gleichem Abstand ausgestanzte Schlitze 3 auf, um so mehrere gleich beabstandete Zähne 2 zu bilden. Das Stahlband 1 ist schraubenlinienförmig und dicht gewickelt, wobei die Zähne nach innen weisen, um einen Statorkern zu bilden. Das Stahlband 1 besitzt auf seiner den Zähnen 2 gegenüberliegenden Seite kreisförmige Aussparungen 4, die einzeln mit den jeweiligen Zähnen 2 ausgerichtet sind, um ein glattes schraubenlinienförmiges Wickeln des Stahlbandes 1 zu ermöglichen.

F i g. 2 zeigt einen Teil eines gewickelten Stahlbandes. Durch eine äußere Kraft W wird in bezug auf eine Mittellinie OX eines Zahnes 2, die durch den Mittelpunkt einer zugeordneten äußeren Aussparung 4 verläuft, ein Biegemoment M erzeugt. Dieses Biegemoment verursacht lokale Zug- und Druckspannungen im Material des Teils EFIJ des Stahlbandes 1, was entsprechende plastische Deformationen bewirkt.

Die so verursachte Spannung ändert sich, wenn sich der Angriffspunkt des Biegemoments entlang der Linie // verschiebt, um entsprechend diese Spannungen zu verringern, ist es an sich wünschenswert, den Zahn 2 so klein wie möglich zu machen. Es ist aber in magnetischer Hinsicht unerwünscht, die Querschnittsfläche des Zahnes 2 zu verkleinern, da dadurch die erzeugte spezifische Leistung abfällt.

Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, lokale Ausschnitte 5 mit einer Tiefe h auf den gegenüberliegenden Seiten des Halses jedes Zahnes 2 vorzusehen. Dies ist zweckmäßig, da mn den Ausschnitten 5 die Entfernung des Angriffspunktes des Biegemoments vom Mittelpunkt der Linie OX verringert wird. Die Tiefe h ist innerhalb der erlaubten technologischen Grenzen möglichst groß. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Auüführut.gsbeispiel, mit einer freien Verlängerung dts ursprünglichen Teils OA in den Teil OQ werden Druckspannungen auf einer Linie OP erzeugt, die den Mittelpunkt O der Aussparung und die Ecke P des Ausschnittes verbindet; genauer ausgedrückt, auf einem Liniensegment zwischen einem neutralen Punkt und dem Punkt P. Deshalb ist es möglich, die Spannungen plastischer Deformation bei einer Zugdeformation im Teil GCOPK und Druckdeformationen in den Teilen KP

ίο und LQ sehr klein zu machen, um eine genaue Geometrie des Außenrandes und des gezahnten Innenrandes des Statorkerns zu erreichen.

Die entgegengesetzten Enden des schraubenlinienförmig zu einem Statorkern gewickelten Stahlbandes können, wie bekannt, in ihrer Lage di'rch Verschweißen festgelegt werden.

Der so ausgebildete Statorkern nimmt gewöhnlicherweise mein eine regelmäßige Kreisfoxm, sondern eine Polygonform an. Es ist jedoch bekannt, daß der Kern im idealen Fall kreisförmig sein soll. Die angestrebte geometrische Kreisform kann jedoch im wesentlichen durch eine Stanz- oder Prägebehandlung e;-eicht werden. Durch Prägen können, wie in der Fig. 3 dargesüllt, beispielsweise ein beinahe kreisförmiger äußerer Umriß 0j in einen Kreis 0< und ein beinahe kreisförmiger innerer Umriß 0i in einen Kreis 0; übergeführt werden.

Der Prägevorgang ruft allerdings Spannungen plastischer Deformation in den Teilen des Statorkerns hervor, die neben dem sich ergebenden inneren bzw. äußeren Umriß 02 und 04 liegen, was entsprechende Restdeformationen bewirkt. Am kritischsten ist ein Verbiegen der Zähne, das den Eintrittsweg der Windungen zur Magnetisierung des Statorkerns sperrt.

Um das zu vermeiden, müssen die beim Prägen verursachten Deformationsspannungen lokal begrenzt und möglichst gering gehalten werden. Wie in i- i g. 2 aufgezeigt, wird durch die Ausschnitte 5 die radial verursachte Deformationsspannung (in Längsrichtung des Zahnes) in eine sich frei ausdehnende Deformation verwandelt, was durch Strichiinien angedeutet ist. Dadurch wird die verursachte mechanische Spannung verringert. In Fig. Λ ist dann ein*· vergrößerte Seitenteiiansicht einer Lamelüerung dargestellt. Wie dabei gezeigt ist, wird ungefähr ein Drittel der Lamellierungsriäche in Druckkontakt mit einer Presse gebracht und, wie bei a angedeutet, abgeschert, während die zurückbleibenden zwei Drittel der Fläche abgebrochen werden, wie bei b angedeutet ist. Die sich ergebende Fläche ist um einen Winkel <x geneig·.. (Tatsächlich hängt die^e Neigung auch von den P^räg(-'jedingungen ab.) Aus der in der F i g. 5 dargestell · ten Draufsicht geht hervor, daß die Vorrichtung so angeordnet ist, daß die der Prägung unttrworfene Fläche so klein wie möglich ist, wodurch die verursachten Spannungen plastischer Deformation möglichst klein gemacht werden.

Hierzu 2 Blatt. Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Statorkern für rotierende elektrische Maschinen, bestehend aus einem schraubenlinienförmig und dicht gewickelten Stahlband mit Zähnen, die an dessen Innenseite durch in gleichen Abständen ausgestanzte Schlitze gebildet sind, und mit einzeln in bezug auf die Mittellinie dieser Zähne ausgerichteten kreisförmigen Aussparungen an der Außenseite zur Aufnahme der Spannungen beim Biegen des Bandes, dadurch gekennzeichnet, daß auf den sich gegenüberliegenden Seiten des Halses der Zähne (2), ausgehend vom Zahnfuß, Ausschnitte (5) zur Aufnahme der Spannungen und zur Verminde- '5 rung der plastischen Deformation der Zähne vorgesehen sind.

2. Verfahren zum Herstellen eines Statorkerns für rotierende elektrische Maschinen nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Innenseite mit Zähnen und Schlitzen versehenes Stahlband zunächst zum Spannungsausgleich einerseits an der Außenseite mit kreissektorförmigen, zur Mittellinie der Zähne mittig angeordneten Aussparungen versehen wird, und andererseits vom Fuß der Zähne *5 ausgehende, entlang den Seiten der Zähne verlaufende Ausschnitte angebracht werden, daß das Stahlband schraubenlinienförmig und dicht gewikkelt wird und dann der so gebildete Kern nach Festlegen dt. Enden des Stahlbandes durch einen Prägedruck in eine K^eisfor:- gebracht wird, die radial zum Mittelpunkt jeder Lamellierurig der Zähne einwirkt, wobei der äuße^r-? Umriß des Kerns als Führung dient.

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