JP2014528234A - 電気機械用の機械部品の製造方法、機械部品および電気機械 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気機械用の機械部品（１）を製造する方法に関する。ここで、前記機械部品（１）は透磁性材料によって形成されており、当該透磁性材料内には１つまたは複数の非透磁性分断領域（４）が設けられており、前記分断領域（４）を、前記機械部品（１）の透磁性材料の融合過程時に、オーステナイトを形成する材料を供給することによって形成し、これによって、前記機械部品（１）の透磁性材料内に、オーステナイト組織が形成される。

Description

本発明は、電気機械、殊に、強磁性材料を有する機械部品の構造、殊に磁束を案内するための措置に関する。

従来技術
電気機械は通常、固定子歯を備えた固定子を有する。これらの固定子歯は、通常、固定子コイルによって巻回されている。この固定子コイルは、自身の通電に依存して、磁界を形成する。磁界を案内するために、固定子は通常、透磁性に形成されている。従って磁界は、電気機械の電機子の方向に配向されている。

固定子を、透磁性に形成するために、これはしばしば、積層された電気鉄板から形成される。択一的に、固定子のセグメント並びに完全な固定子を、粉体の原材料を用いて製造することもできる。粉体の原材料は、この場合に、精錬方法、例えば加熱加圧成形、焼結、ＭＩＭ等によって処理される。

固定子コイルが設けられた固定子の製造時には、容易な製造性と良好な透磁性との間で、妥協点が見つけられなければならない。製造性は殊に、溝アクセス性、すなわち個々の固定子の歯の巻きやすさないしは隣接する２つの固定子歯の間の巻き側の取り込みおよび低い取り付けコストによって定義される。

例えば、全区間と比べて良好な溝アクセス性および良好な透磁性が得られる。これは、固定子歯の巻回後に、固定子に接合されなければならない部分セグメントまたは個々のセグメントを用いて固定子が形成されることによって実現される。このような製造方法の例は、Ｔセグメント固定子である。しかしここでこの接合は、セグメント化されていない固定子体と比べて格段に多くのコストを伴う。

他方では、文献ＤＥ１９８４２９４８号に記載されているように、設計上のソリューションがある。これは、全区間と比べて取り付けコストを僅かにしか上げない。しかし、その構造形態故に、システムによって生じる磁気的な短絡によってしか形成されない。従ってこのソリューションは、全区間固定子またはＴ−セグメント固定子と比べて効率に関して欠点を有している。殊に、固定子歯の相互に接続されている歯先を有する固定子が形成される。ここで歯先は、横断面が低減されたウェブを介して、相互に接続されている。

文献ＤＥ１０２００５００４５６５号から、相対的に高い透磁性を備えた２状態鋼によって固定子を構成する方法が公知である。低い透磁性（相対的に低い透磁性）を、歯先と隣接する固定子歯との間で得るために、それによって歯先が相互に接続されるウェブに熱処理が施される。従ってここで、低い相対的な透磁性を有する部分が生じる。これによって、透磁性がこの部分において格段に低減される。

文献ＵＳ５６８４３５２号から、回転子実施形態が既知である。これは固定子の強磁性ゾーンを磁束の案内のために有しており、さらに、固定子の非透磁性のゾーンを、磁束を分けるために有している。従って、制御磁束が低減される。固定子内の非透磁性のゾーンは、例えば、固定子材料の融合によって、および溶液内へのオーステナイトを形成する部材の添加によって形成される。

本発明の課題は、容易に製造可能であり、磁束案内に関して良好な特性を有している、電気機械用の機械部品を製造する方法を提供することである。

発明の開示
この課題は、請求項１に記載された、電気機械用の機械部品の製造方法によって、並びに、別の独立請求項に記載されている機械部品および電気機械によって解決される。

本発明の別の有利な構成は、従属請求項に記載されている。

第１の態様では、電気機械用の機械部品の製造方法が設定されている。ここでこの機械部品は、透磁性材料によって形成されている。ここでは、１つまたは複数の非透磁性の分断領域が設けられている。ここでこの分断領域は、オーステナイトを形成する材料を、機械部品の透磁性材料の融合経過時に入れることによって形成される。従って、オーステナイト組織が、機械部品の透磁性材料内に形成される。

上述した方法の着想は、機械部品の透磁性の材料に、オーステナイトを形成する材料の融合および供給によって、非透磁性の部分領域を設けるということである。これは、機械部品内の磁気的な短絡を回避するために設けられる。

さらに、オーステナイトを形成する材料の供給は、ドーピング材料を、分断領域にまたは分断領域内に、機械部品の透磁性材料の融合過程中または前に、被着することによって行われる。ここでこのドーピングエレメントは、機械部品の透磁性材料の融合過程時にオーステナイト組織を分断領域内に形成する、１つまたは複数の物質を含有している。

別の実施形態では、分断領域に被着されたドーピングエレメントは、条片状、帯状、線状または点状であり得る。

殊に、ドーピングエレメントは、機械部品の対向する縁部の間の境界領域内にまたは境界領域に、被着される。ここでこの縁部は、融合過程によって相互に接合され、ドーピングエレメントのオーステナイトを形成する材料は、機械部品の透磁性の材料とともに、オーステナイト組織を形成する。

上述した方法の着想は、機械部品の縁部の確実な接続を提供する、ということである。ここでこの接続は、僅かな透磁性を有している、または、透磁性を有していない。機械部品の材料の融合によっておよびオーステナイトを形成する材料を添加することによって、一方では、金属製の頑強な接続がこれらの縁部の間で実現され、他方では、この接続が透磁性でないことが保証される。

別の実施形態では、機械部品は、回転電気機械用の、固定子歯を有する固定子または回転子極を有する回転子に相応する。ここでこの分断領域は、それぞれ、２つの固定子歯ないしは２つの回転子極の間に設けられる。

さらに、分断領域は、電気機械の軸方向に傾斜して延在している。これによって、殊に機械部品を、非透磁性であるべき分断領域内に融合することによって、部品の歯ないしは極の間の接続が傾けられる。ここで磁気的な分断のこの傾斜は、個々のコンポーネントの歯ないしは極を傾けることなく行われる。これによって、電気機械のノイズの増大が改善される。しかも、コストのかかる斜め巻回は不必要である。殊に、軸方向に対する、分断領域の経過の傾斜は、１回または複数回変化する。ここで、傾斜が複数回変化する場合には、分断領域の部分が、軸方向に対して平行に延在することもある。

別の態様では、電気機械用の機械部品は、殊に、固定子または回転子であり、これは、上述の方法に従って製造される。

本発明の有利な実施形態を以下で、添付の図面に基づいて、より詳細に説明する。

リング状ボディにおける固定子歯の接合による、電気機械用の固定子の製造方法 ２つの固定子セグメント間の境界箇所への、オーステナイトを形成する材料から成る帯の被着を示す図 融合前のワイヤーの挿入または帯の被着による、軸方向での、オーステナイト材料を形成する材料の被着のバリエーション 再融解前に、オーステナイトを形成する材料を軸方向に被着することによって固定子体内に非透磁性の領域を設ける方法

図１は、電気機械用の固定子１の展開図並びに固定子１の斜視図を概略的に示している。固定子１は、固定子リング２と歯の配列３を接合することによって、取り付けられる。歯の配列３は、個々に、周回方向に相互に隣接されている固定子歯３１を有しており、この固定子歯は、それぞれ１つの歯本体３２と歯先３３とを有している。複数の歯先３３は、電気機械の回転子（ここには図示されていない）が内部に収容される内側陥入部を規定する。隣接する歯先３３同士は、相対的な軸方向長さにわたって、または、相応にその間に位置する陥入部を有している個々のウェブ３４のみを介して、相互に接続可能である。従って、歯の配列３は実質的に、１つの構成部材として操作可能である。択一的な実施形態では、個々の固定子歯３１は相互に別個に製造され、歯の配列３内で相互に接続されていない。

歯の配列３を固定子リング２内に接合することによって、固定子１が形成される。通常、固定子歯３１は、歯の配列３を固定子リング２内に挿入する前に巻回される。固定子巻き線は、この場合には、外側から、各固定子本体３２上に被着される。

殊に、熱膨張にもよる、機械的な使用に対して固定子１を安定化させるために、有利には、固定子歯３１は、固定子リング２から突き出ている自身の終端部で、すなわち、その歯先３３によって相互に接続されている。従って、周回方向、すなわち相互に隣接する歯先３３の方向における歯先３３の相対的な運動は、ほぼ阻止される。従って、相互に配向されている、歯先３３の歯の縁３６を、溶接ないしは融合によって、固定子１の軸方向に沿って、相互に接続することを提案する。

このために、図２に示されているように、歯の配列３の２つの隣接する歯のセグメントの歯の縁の間３６の間または歯の縁３６における分断領域４で、すなわち、隣接する歯先３３の間の境界箇所で、ないしは、歯の縁３６が順次生じる領域内で、オーステナイトを形成する材料から成るドーピングエレメント５が被着され、溶接過程ないしは融合過程において融合される。

オーステナイトを形成する材料の被着は、固定子１の全体的な軸方向の長さにわたって、または、複数の相互に連続する部分において行われる。従って、オーステナイトを形成する材料は、ドーピングエレメント５として、例えば帯状、条片状、線状または棒状に形成される。択一的に、オーステナイトを形成する材料は、粉体として、融合前または融解中に被着される。図３ｂには、例として、境界箇所上での帯状のドーピングエレメント５の被着が、横断面図で示されている。

融合は、溶接技術から既知の方法を用いて実施され、例えば、レーザビーム、プラズマアークまたはライトアークを用いて行われる。

オーステナイトを形成する材料から成るドーピングエレメント５は、形態および量において、融合されるべき領域上への被着時に、分断領域４が固定子１の材料とこの部材の材料からの合金を伴って形成されるように実現され、これによって、電気機械の完成、静止または動作時に生じる全ての温度に対して、オーステナイト組織が生じる。

オーステナイト組織は有利である。なぜなら、強磁性ではなく、透磁性を有していない、ないしは、実質的に透磁性を有していないからである。溶解されるべき部材用の材料は、例えばニッケル、マンガンおよび／または銅を、８０％を超える高い含有量で有している。オーステナイト組織を形成するための効果は、炭素および／またはクロムの付加的な含有量によって高められる。有利には、固定子１内の再溶解される分断領域は、以下の成分を有している：０〜２５％のニッケル、０〜２５％のマンガン、０〜１０％の銅、０〜１％の炭素、および０〜２５％のクロムである。

この融合は、通常は、相応する溶接装置を軸方向に沿って、融合されるべきドーピングエレメント５を介して、ないしは、隣接する歯の縁部３６の間の境界領域に沿って案内することによって行われる。従って、固定子１の歯先３３の間の領域は完全に融合され、融合されるべきドーピングエレメント５の材料との合金が形成される。

融合が行われたときに、図１の図示された実施形態では、歯先３３は既に、ウェブ３４によって相互に接続されており、別の実施形態では、歯のアライメント３は、個々のセグメントから形成され、歯先３３はそれぞれ、周回方向において幅を有している。従って、相互に隣接した歯先３３の歯の縁部３６は相互に当接している、または、僅かな間隔のみを相互に有している。従って、オーステナイトを形成する材料を供給する、歯の縁部３６の順次連続する溶解プロセスによって、同時に、隣接する歯先３３並びに分断領域との間の材料接続が実現される。これは非透磁性であり、従ってここで、磁気的な短絡は生じない。歯先３３の間の接続は、固定子１の機械的な安定性を改善する。

始めには相互に接続されていない個々の歯のセグメントを、歯の配列３に接合する接合時に、歯先３３の間に、融合されるべき、ドーピングエレメント５を挿入することができる。これは例えば、図３ａに示されている。このために、歯先３３の歯の縁部３６は、陥入部３７を有している。従って、ワイヤー状のドーピングエレメント５用の切り欠きが形成される。これによって、歯の配列３に歯のセグメントを接合した後に、ドーピングエレメント５の事前の被着なく、融合を行うことが可能であり、殊に、この実施形態は、歯の縁部３６の間の境界領域における、融合されるべきドーピングエレメント５の確実なポジショニングを保証する。

図４ａ〜４ｃの形態では、回転子配列６が、機械部品として示されている。この回転子配列は、それぞれ、永久磁石を収容するためのポケット６１を有している。これによって、回転子極が形成される。ポケット６１の間には、磁気的な短絡を回避するための分断領域６２が設けられている。これは同様に、融合されるべきドーピングエレメント５を、軸方向における領域に沿って被着し、続いて分断領域６２を融合および再融解することによって製造される。回転子６に対して、これは、回転子６の外側面から出発して、または、内側面から出発して、シャフト陥入部６３内で実施される。

上述した機械部品では、分断領域６２を、軸方向に対して傾斜して歯先３３の間に設けることもできる。これによって、固定子１の場合に、固定子歯３１の疑似傾斜が設けられ、ないしは回転子配列６の際に、回転子極の疑似傾斜が設けられる。これは有利である。なぜなら、歯の幾何学的形状の変形が不必要であり、歯先３３の突出のみが、分断領域６２を傾斜して設けることによって設定可能だからである。

Claims (9)

1. 電気機械用の機械部品（１）を製造する方法であって、
   前記機械部品（１）を透磁性材料によって形成し、当該透磁性材料内には１つまたは複数の非透磁性分断領域（４）が設けられており、
   前記分断領域（４）を、前記機械部品（１）の透磁性材料の融合過程時に、オーステナイトを形成する材料を供給することによって形成し、これによって、前記機械部品（１）の透磁性材料内にオーステナイト組織が形成される、
   ことを特徴とする、電気機械用の機械部品（１）を製造する方法。
2. 前記オーステナイトを形成する材料の供給を、ドーピングエレメント（５）を前記分断領域にまたは前記分断領域内に、前記機械部品（１）の前記透磁性材料の融合中にまたは融合前に被着することによって行い、
   前記ドーピングエレメント（５）は、前記機械部品（１）の透磁性材料の融合過程において、前記分断領域（４）内にオーステナイト組織を形成する、１つまたは複数の物質を含有している、請求項１記載の方法。
3. 前記分断領域（４）に被着されるドーピングエレメント（５）は、条片状、帯状、線状または粉状である、請求項２記載の方法。
4. 前記ドーピングエレメント（５）を、前記機械部品（１）の対向する縁部（３６）の間の境界領域内に、または、境界領域に被着し、
   前記縁部（３６）を、融合過程によって相互に接続し、前記ドーピングエレメント（５）の、オーステナイトを形成する材料は、前記機械部品（１）の透磁性材料とともに、オーステナイト組織を形成する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記機械部品（１）は、回転電気機械用の、固定子歯（３１）を有する固定子、または、回転子極を有する回転子に相応し、ここで前記分断領域（４）はそれぞれ、２つの固定子歯（３１）の間、ないしは、２つの回転子極の間に設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記分断領域（４）は、前記電気機械の軸方向に対して傾斜して延在している、請求項５記載の方法。
7. 前記分断領域（４）は、前記電気機械の軸方向に対して異なる傾斜を有している複数の部分を有している、請求項６記載の方法。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の方法によって製造された、電気機械用の機械部品、殊に固定子または回転子。
9. 請求項８記載の機械部品を有している電気機械。

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