WO2006061335A1 - Metallband für ein elektromagnetisches element, elektromagnetisches element für eine elektrische maschine sowie elektrische maschine - Google Patents

Metallband für ein elektromagnetisches element, elektromagnetisches element für eine elektrische maschine sowie elektrische maschine Download PDF

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WO2006061335A1
WO2006061335A1 PCT/EP2005/056281 EP2005056281W WO2006061335A1 WO 2006061335 A1 WO2006061335 A1 WO 2006061335A1 EP 2005056281 W EP2005056281 W EP 2005056281W WO 2006061335 A1 WO2006061335 A1 WO 2006061335A1
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WO
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metal strip
electromagnetic element
grooves
metal
bending
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/056281
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Vlemmings
Alexander Bawidamann
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/024—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with slots
    • H02K15/026—Wound cores

Definitions

  • Metal strip for an electromagnetic element electromagnetic element for an electric machine and electric machine
  • the invention is based on a metal strip for an electromagnetic element, an electromagnetic element for an electrical machine and an electrical machine according to the preambles of the independent claims.
  • the invention is based on a metal strip for an electromagnetic element of an electric machine, which has grooves and a follower part adjoining the grooves, wherein at least a part of the grooves of the groove base starting to the return part directed wedge-shaped incisions with a first incision-limiting edge and a second incision limiting flank are provided and which is bendable about an axis parallel to its surface normal in a circular segment or a circular shape.
  • the wedge-shaped incisions are formed eccentrically to the respective groove bottom. It is advantageous that then in a corresponding stack of metal bands, e.g. For the manufacture of a stator before winding bobbin wires can be inserted into the groove, wherein in mutual stratification, the risk is reduced that cut during bending coil wires or clamped in the incisions.
  • flanks each meet in an intersection, which is intended as a bending point.
  • an elastic distortion of the metal strip during bending can advantageously be limited to the region of the return parts, so that the electromagnetic properties of the actual electromagnetic active surface of the electromagnetic element remain virtually unaffected.
  • electromagnetic elements can be produced for an electrical machine with readily reproducible properties, which are particularly suitable for mass production.
  • dimensional tolerances are easier to comply because the forces acting during bending are reduced.
  • intersections are each arranged approximately centrally to the groove bottom. This results in incisions with a relatively large length in a direction oblique to the bending radius, so that less force must be expended when bending the metal strip or a stack of superimposed metal bands. Corresponding bending machines can be designed simpler and cheaper. Furthermore, the area with the return parts is relatively narrow, which in turn advantageously reduces the force to be applied during bending.
  • a material recess is provided at the transition from the wedge-shaped incisions to the return parts.
  • material buildup of compressed material of the metal strip forms in the vicinity of the neutral fiber, which impedes planar stacking when forming a laminated core of metal strips according to the invention.
  • a laminated core can be created consisting of a plurality of individual layers of the metal strip, which is suitable for high-quality electrical machines and which builds very compact.
  • the metal band on the end edges in front of and behind the longitudinal axis which are chamfered at an angle which corresponds to half the angle between the edges of their associated incision.
  • the flanks of the cuts are conveniently intersected at an angle corresponding to a value of 360 ° divided by the number of teeth of the metal strip, when - A -
  • each a metal band or a stack of metal bands to be bent into a circle For a circular segment, the number of teeth in the complete circle is used.
  • the flanks are aligned at the ends so that they go in the bent state in their imaginary extension directly through the center of the curved circle.
  • the respective return part below the associated groove base on its outer side has a curvature which corresponds to a predetermined bending radius of the bent e-lektromagnetician element to be formed.
  • a bend can take place around the intersection of the flanks on the respective groove base, so that the material of the metal strip is stressed as little as possible during bending.
  • the area adjacent to the bending point for example from tooth center to center of the tooth, already has the desired outer diameter of the electromagnetic element to be bent.
  • the deformation energy is much lower than in straight metal bands without cuts, in which the deformation takes place in the entire region of the groove bottoms.
  • the slot opening can advantageously be reduced after bending, without hindering the insertion when inserting coil wires.
  • the electrical power of the electromagnetic element or the electrical machine containing the metal strip can be increased, in particular less additional losses occur in the rotor.
  • the tooth tips have a width which is not smaller than the air gap between the stator and the rotor.
  • coil wires can be better secured. Are the coil wires in operation energized, these tend to swell out of the groove because of the induced electromagnetic fields, whereas the narrow head gap acts as a securing means.
  • an electromagnetic element according to the invention for an electrical machine with a stack of metal bands, wherein each metal strip grooves and a follower to the grooves return part, wherein at least a part of the grooves of the groove base starting to the return part directed wedge-shaped cuts with a first incision limiting Flank and a second incision-limiting edge are provided and which is bent about an axis parallel to its surface normal in a circular segment or a circular shape, it is proposed that the wedge-shaped incisions are formed eccentrically to the respective Nut- reason.
  • the electromagnetic element is easier to bend in a circular shape. With suitable stacking of the metal strips can be effected that, despite the incisions, the groove bottom of the stack is completely closed. At the same time, a cutting of coil wires during bending of the electromagnetic element can be easily counteracted in this way.
  • flanks meet in each case at an intersection, which forms in each case a bending point of the metal strips.
  • the point of intersection is arranged centrally below the respective groove base.
  • each individual metal strip has an incision in the groove base.
  • copper wire can be easily inserted into the grooves, in particular by machine, to form a coil. It can be reliably prevented that the coil wire is pinched when bending in the incisions or even cut off. In this way, an advantageous series production of electromagnetic elements and electrical machines can be created.
  • an opening between tooth heads for inserting coil wire is provided.
  • a distance between adjacent teeth heads can be chosen large enough to easily install coil wire.
  • the distance between the adjacent tooth tips is significantly lower, which has an advantageous effect with regard to the electromagnetic properties of the electromagnetic element.
  • An electrical machine formed therewith has a higher electrical power.
  • a favorable increased mounting tolerance can be created if inserted before inserting the coil wire, a slot insulation in the grooves and the coil wire itself can then be introduced without additional slot insulation.
  • the groove cross-section is reduced in relation to the unbent stack of metal strips, so that a so-called copper fill factor of the electromagnetic element can advantageously be increased by compressively inserting loosely inserted coil wires during bending because of the reduction of the groove cross-section.
  • each tooth has a curvature on the outer edge of its associated return part, which corresponds to the radius of the circle segment or the circular shape, so that the metal bands are bent only at their bending points. Thus, a deformation range during bending can be minimized.
  • an electric machine is assumed to have a first electromagnetic element as stator and a second electromagnetic element as rotor.
  • the electric machine is an asynchronous machine.
  • the first and / or second electromagnetic element is formed by an electromagnetic element according to the invention.
  • FIG. 1 a, b in plan view, a right-oriented metal strip with inclined to the right incisions (a) and a left-oriented metal strip which is rotated by 180 ° and therefore inclined to the left incisions (b);
  • Fig. 2a, b in plan view a stack of metal strips according to the invention (a) and enlarges a detail with inserted and wound with insulation coil wires (b);
  • FIG. 3 shows schematically a detail of a preferred stator with inserted coil wires and insulation as well as an outer contour of a rotor, evident from an air gap between the rotor and the tooth tip of the stator and a gap between two adjacent tooth tip widenings; 4 is a plan view obliquely from above of a section of a stack of metal strips; and
  • Fig. 5 shows a section through a preferred stator with inserted Spuledrähten and insulation.
  • FIGS. 1a, 1b show a metal strip 10 in a plan view oriented to the right (FIG. 1a) and a metal strip 10 'rotated by 180.degree. In a top-left view (FIG. 1b).
  • the metal strip 10 ' is rotated 180 ° relative to the metal strip 10 about an axis of rotation which is perpendicular to a longitudinal axis 11 but in the plane of the metal strip 10, 10'.
  • the metal bands 10, 10 ' have notches 18, 18'. Under left oriented is understood that the incision 18, 18 ' in the figure is inclined to the left, oriented on the right is understood that the incision 18, 18 'is inclined to the right.
  • the metal bands 10, 10 ' are constructed identically, therefore, the description is limited to the metal strip 10.
  • the metal strip 10 extends from one end 32 along a longitudinal axis 11 to another end 57 (seen in the metal strip 10 'as the end 57') and has teeth 14 which are separated by grooves 15.
  • the teeth 14 are arranged symmetrically to a tooth-symmetry line 58, which is perpendicular to the longitudinal axis 11.
  • the teeth 14 are formed toward an upper edge 12 in the plane of the metal strip 10.
  • the lower edge 13 has a wavy contour, wherein the respective return part 17 below the associated tooth 14 at its lower edge 13 has a curvature which corresponds to a predetermined bending radius of the curved electromagnetic element to be formed.
  • the wedge-shaped recess 18 is arranged eccentrically to the groove base 16, which ends in a material recess 19, which is arranged close to the lower edge 13.
  • the incision 18 extends obliquely and is inclined to one end 32, 57 of the metal strip 10.
  • a multiplicity of identical teeth 14, grooves 15, groove bottoms 16, return parts 17, cuts 18 are formed successively in the metal strip 10, so that for reasons of clarity only some of the elements have reference signs.
  • the oblique, wedge-shaped incisions 18 are each bounded by flanks 20, 21, which meet in each case in an intersection point 22, which is provided as a bending point.
  • the respective point of intersection 22 is arranged centrally below the respective groove base 16 on a groove symmetry line 28 and is located below the area of the material recesses 19 and above the lower edge 13.
  • the respective intersection point 22 represents the bending point around the metal strip 10 until closing of the wedge-shaped incisions 18, wherein the lower edge 13, which forms the outer contour of the electromagnetic element, already has the desired outside diameter on both sides of the bending point. It is each bent so far until the flanks 20, 21 abut each other and the cuts 18 are closed.
  • ⁇ wedge angle
  • ⁇ 3607 (number of teeth)
  • FIGS. 2a and 2b show in plan view how metal bands 10, 10 'are mutually stacked before bending (oriented left and right) to form a stack 25, which is illustrated in FIG.
  • FIG. 2 a shows a top view of the stack 25 of metal strips 10, 10 'and
  • FIG. 2 b shows a detail of the stack 25 with inserted coil wire 26.
  • the metal bands 10, 10 ' are elongated along the longitudinal axis 11.
  • the metal band 10 forms an end face of the rod.
  • Pels 25 of similar metal bands 10, 10 ' which can be bent to form a preferred electromagnetic element, more preferably a stator, a preferred electric machine about an axis parallel to its surface normal, ie perpendicular to the image plane of the figure, as a ring.
  • the stack 25 of the metal bands 10 can also be bent in the form of circle segments, which are then assembled into a ring.
  • the teeth 14 have by their T-shaped configuration tooth spacers on their tooth heads 24. Between adjacent tooth heads 24 each have an insertion opening 23 is formed, can be inserted through the coil wires 26 with surrounding insulation 55.
  • the coil wires 26 are shown schematically by a slightly trapezoidal cross-section.
  • the coil wires 26 wound overall with insulation 55 can expediently already be shaped prior to insertion such that their cross section is adapted to the groove cross section present after bending.
  • successive metal strips 10 are each arranged reversely by 180 °, so that the groove base 16 of one metal strip 10 covers the recess 18 'of the other metal strip 10' and vice versa.
  • the stack of metal strips 10, 10 ' has a total of a continuous groove 15 with a continuous groove bottom 16, 16' without interruptions.
  • the stack 25 at its outer edge 13 with welds perpendicular to the longitudinal axis 11 to connect the metal strips 10, 10 'in the stack 25 with each other.
  • the teeth 14 are formed on their tooth heads 24 at the outer end of the teeth 14 T-shaped.
  • the tooth heads 24 have a width such that after bending the teeth heads 24 of adjacent teeth 14 have a gap 52 (head gap) which is always larger than an air gap 53 between the tooth head 24 and an outer contour 54 of a rotor (shown schematically here).
  • head gap a gap between the tooth head 24 and an outer contour 54 of a rotor
  • coil wires 26 are inserted into the grooves 15 before bending.
  • the coil wires 26 are symbolized by a rectangle.
  • the coil wires 26 are completely insulated with the isolation 55 formed as insulating paper over a region which is slightly longer than the stack 25 and the respective groove 15 of the metal bands 10, 10 '.
  • the coil wires 26 with insulation 55 have been preformed in a separate device by means of adhesive 56 onto a groove shape 59, which is present after the bending of the stack 25. In this device, these coil wires 26 can be pressed together until the wire cross-section is deformed such that the slot shape 59 has a high copper fill factor after the winding has been inserted.
  • the coil wires 26 can be inserted manually or by machine, preferably the coil wires 26 are inserted into the grooves 15 of the unbent stack 25 by machine.
  • the ends 32 and 57 of the metal strip 10 correspond to the tooth symmetry line 58 indicated in FIG.
  • the edges meet in their extension exactly in the center 31 of the bent electromagnetic element.
  • the joint formed by the edges of the ends 32 and 57 is welded.
  • Fig. 4 shows a plan view obliquely from above on a section of a stack 25 of metal strips 10, 10 ', from which the alternate arrangement of the metal strips 10, 10' can be seen before coil wires 26 with slot insulation and / or insulation 55 in the grooves 15 is introduced. It can be seen that the groove bottom 16, 16 'of the grooves is closed and the cuts 18, 18' are each covered by the return part 17 'or 17 of the adjacent metal strip 10' or 10. A coil wire 26 thereby becomes impossible to be pinched or damaged in bending of the stack 25 in the grooves 15.
  • Fig. 5 shows a cross section through a preferred stator 29 as an electromagnetic element for a preferred electric machine with inserted reel wires 26, each of which a bundle in each groove 15 of insulation 55 are wrapped.
  • the stator 29 is formed from a stack 25 of metal strips 10, 10 'bent around an axis 30 (FIG. 4).
  • the grooves 15 have a high Kupferglallgrad and keep the coil wires 26 safely within the grooves 15 through a small head gap 52. When energizing the coil wires 26, these are therefore largely protected from swelling out of the grooves 15.
  • the cuts 18 are closed sen, and their original flanks 20, 21 collide.
  • the ends 32, 57 of the metal bands abut on the tooth line of symmetry 58, which intersects the center 31 of the round bent stack 25.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Metallband für ein elektromagneti- sches Element (29) einer elektrischen Maschine, welches Nuten (15) und ein an die Nuten (15) anschließendes Rückschlussteil (17, 17') aufweist, wobei wenigstens bei einem Teil der Nuten (15) von deren Nutgrund (16, 16') ausgehend zum Rückschlussteil (17, 17') gerichtete keilförmige Einschnitte (18, 18') mit einer ersten einschnittbegrenzenden Flanke (20, 20') und einer zweiten einschnittbegrenzenden Flanke (21, 21') vorgesehen sind und welches um eine Achse (30) parallel zu seiner Flächennormalen in ein Kreissegment oder eine Kreisform biegbar ist. Weiterhin geht die Erfindung aus von einem elektromagnetischen Element sowie von einer elektrischen Maschine mit einem elektromagnetischen Element. Es wird vorgeschlagen, dass die keilförmigen Einschnitte (18, 18') außermittig zum jeweiligen Nutgrund (16, 16') ausgebildet sind.

Description

Metallband für ein elektromagnetisches Element, elektromagnetisches Element für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Metallband für ein elektromagneti- sches Element, einem elektromagnetischen Element für eine elektrische Maschine sowie einer elektrischen Maschine nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Herstellung von Statoren bandförmiges Material mit Zähnen aus Blechen auszustanzen und zu runden Körpern zu biegen. Ein in dieser Weise hergestellter Stator ist z.B. aus der DE 196 33 399 A1 bekannt. Beim Biegen des bandförmigen Materials treten jedoch elastische Spannungen auf, die die elektromagnetischen Eigenschaften des Materials störend beeinflus- sen. Damit wird eine Auslegung von elektrischen Maschinen, die eine hohe Güte und Qualität aufweisen sollen, erschwert. Dies gilt insbesondere für solche Maschinen, die als Startergeneratoren oder in Hybridfahrzeugen eingesetzt werden sollen. Zusätzlich ist für solche elektrischen Maschinen eine Serienfertigung in großen Stückzahlen und mit gleich bleibender Qualität erforderlich. Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Metallband für ein elektromagnetisches Element einer elektrischen Maschine, welches Nuten und ein an die Nuten anschließendes Rückschlussteil aufweist, wobei wenigstens bei einem Teil der Nuten von deren Nutgrund ausgehend zum Rückschlussteil gerichtete keilförmige Einschnitte mit einer ers- ten einschnittbegrenzenden Flanke und einer zweiten einschnittbegrenzenden Flanke vorgesehen sind und welches um eine Achse parallel zu seiner Flächennormalen in ein Kreissegment oder eine Kreisform biegbar ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die keilförmigen Einschnitte außermittig zum jeweiligen Nutgrund ausgebildet sind. Vorteilhaft ist, dass dann in einen entsprechenden Stapel von Metallbändern z.B. zur Fertigung eines Stators vor dem Biegen Spulendrähte in die Nut eingelegt werden können, wobei in wechselseitiger Schichtung die Gefahr vermindert ist, dass beim Biegen Spulendrähte zerschnitten oder in die Einschnitte eingeklemmt werden.
Weiterhin treffen die Flanken sich jeweils in einem Schnittpunkt, der als Biegepunkt vorgesehen ist. Damit kann eine elastische Verzer- rung des Metallbands beim Biegen vorteilhaft auf den Bereich der Rückschlussteile begrenzt werden, so dass die elektromagnetischen Eigenschaften der eigentlichen elektromagnetischen Wirkfläche des elektromagnetischen Elements praktisch unbeeinflusst bleibt. Dadurch können elektromagnetische Elemente für eine elektrische Ma- schine mit gut reproduzierbaren Eigenschaften hergestellt werden, die insbesondere für eine Serienfertigung geeignet sind. Ebenso lassen sich Formtoleranzen leichter einhalten, da die beim Biegen wirkenden Kräfte verringert sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Schnittpunkte jeweils in etwa mittig zum Nutgrund angeordnet. Dadurch ergeben sich Einschnitte mit einer relativ großen Länge in einer Richtung schräg zum Biegeradius, so dass beim Biegen des Metallbands oder eines Stapels aufeinander gelegter Metallbänder weniger Kraft aufgewendet werden muss. Entsprechende Biegemaschinen können einfacher und kostengünstiger ausgelegt werden. Weiterhin ist der Bereich mit den Rückschlussteilen relativ schmal, was wiederum die aufzuwendende Kraft beim Biegen vorteilhaft verringert.
Vorzugsweise ist am Übergang von den keilförmigen Einschnitten zu den Rückschlussteilen jeweils eine Materialaussparung vorgesehen. So kann verhindert werden, dass sich in der Nähe der neutralen Faser eine Materialaufwerfung von gestauchtem Material des Metallbandes bildet, welche ein planes Aufeinanderlegen beim Bilden ei- nes Blechpakets aus erfindungsgemäßen Metallbändern erschwert. Dadurch kann ein Blechpaket bestehend aus einer Vielzahl von Einzellagen des Metallbands geschaffen werden, das für elektrische Maschinen hoher Güte geeignet ist und das sehr kompakt baut.
Vorteilhaft weist das Metallband Abschlusskanten vor und hinter der Längsachse auf, die um einen Winkel abgeschrägt sind, der dem halben Winkel zwischen den Flanken des ihnen zugehörigen Einschnitts entspricht. Die Flanken der Einschnitte schneiden sich zweckmäßigerweise unter einem Winkel, der einem Wert von 360° dividiert durch die Zahl der Zähne des Metallbands entspricht, wenn - A -
jeweils ein Metallband bzw. ein Stapel von Metallbändern zu einem Kreis gebogen werden soll. Bei einem Kreissegment wird die Zahl der Zähne im Gesamtkreis herangezogen. Vorzugsweise sind die Flanken an den Enden so ausgerichtet, dass diese im gebogenen Zustand in ihrer gedachten Verlängerung direkt durch den Mittelpunkt des gebogenen Kreises gehen.
Vorzugsweise weist das jeweilige Rückschlussteil unterhalb des zugeordneten Nutgrunds an seiner Außenseite eine Krümmung auf, die einem vorgegebenen Biegeradius des zu bildenden gebogenen e- lektromagnetischen Elements entspricht. Dadurch kann eine Biegung um den Schnittpunkt der Flanken am jeweiligen Nutgrund erfolgen, so dass das Material des Metallbands beim Biegen möglichst wenig beansprucht wird. Der Bereich angrenzend an den Biegepunkt, etwa von Zahnmitte zu Zahnmitte, weist bereits den gewünschten Außendurchmesser des zu biegenden elektromagnetischen Elements auf. Die Verformungsenergie ist wesentlich geringer als bei geraden Metallbändern ohne Einschnitte, bei denen die Verformung im gesamten Bereich der Nutgründe erfolgt.
Durch eine T-förmige Ausbildung der Zähne an ihren Zahnköpfen kann nach dem Biegen die Nutöffnung vorteilhaft verkleinert werden, ohne beim Einlegen von Spulendrähten das Einlegen zu behindern. Mit einem kleinen Kopfspalt kann die elektrische Leistung des das Metallband enthaltenden elektromagnetischen Elements bzw. der elektrischen Maschine erhöht werden, insbesondere treten weniger Zusatzverluste im Rotor auf. Bevorzugt weisen die Zahnköpfe eine Breite auf, die nicht kleiner ist als der Luftspalt zwischen Stator und Rotor. Gleichzeitig können in die Nuten eingelegte Spulendrähte besser gesichert werden. Werden die Spulendrähte im Betrieb bestromt, tendieren diese wegen der induzierten elektromagnetischen Felder zum Herausquellen aus der Nut, wogegen der enge Kopfspalt als Sicherungsmittel wirkt.
Bei einem erfindungsgemäßen elektromagnetisches Element für eine elektrische Maschine mit einem Stapel aus Metallbändern, wobei jedes Metallband Nuten und ein an die Nuten anschließendes Rückschlussteil aufweist, wobei wenigstens bei einem Teil der Nuten von deren Nutgrund ausgehend zum Rückschlussteil gerichtete keilför- mige Einschnitte mit einer ersten einschnittbegrenzenden Flanke und einer zweiten einschnittbegrenzenden Flanke vorgesehen sind und welches um eine Achse parallel zu seiner Flächennormalen in ein Kreissegment oder eine Kreisform gebogen ist, wird vorgeschlagen, dass die keilförmigen Einschnitte außermittig zum jeweiligen Nut- grund ausgebildet sind. Das elektromagnetische Element kann leichter in Kreisform gebogen werden. Bei geeigneter Stapelung der Metallbänder kann bewirkt werden, dass trotz der Einschnitte der Nutgrund des Stapels insgesamt geschlossen ist. Gleichzeitig kann einem Zerschneiden von Spulendrähten beim Biegen des elektromag- netischen Elements auf diese Weise leicht entgegengewirkt werden.
Vorteilhaft ist, wenn die Flanken sich jeweils in einem Schnittpunkt treffen, der jeweils einen Biegepunkt der Metallbänder bildet. Vorzugsweise ist der Schnittpunkt mittig unterhalb des jeweiligen Nut- grunds angeordnet. Damit kann eine elastische Verformung auf einen Bereich des Metallbands beschränkt werden, der die elektromagnetischen Eigenschaften des elektromagnetischen Elements wenig oder gar nicht beeinflusst. Eine Auslegung einer elektrischen Maschine wird dadurch vereinfacht. Besonders günstig ist, wenn die Metallbänder so aufeinander gelegt sind, dass jeweils ein auf ein erstes Metallband folgendes zweites Metallband gegenüber dem ersten Metallband so verdreht ist, dass der Nutgrund des ersten Metallbands den Einschnitt des zweiten Me- tallbands überdeckt und umgekehrt. Damit kann gewährleistet werden, dass der Nutgrund des durch eine Mehrzahl von aufeinander gestapelten Metallbändern gebildeten Stapels insgesamt geschlossen ist, obwohl vor dem Biegen jedes einzelne Metallband einen Einschnitt im Nutgrund aufweist. Vor dem Biegen kann auf einfache Weise und insbesondere maschinell Kupferdraht in die Nuten eingelegt werden, um eine Spule zu bilden. Es kann zuverlässig verhindert werden, dass der Spulendraht beim Biegen in den Einschnitten eingeklemmt oder sogar abgeschnitten wird. Auf diese Weise kann eine vorteilhafte Serienfertigung von elektromagnetischen Elementen und elektrischen Maschinen geschaffen werden.
Zweckmäßigerweise ist eine Öffnung zwischen Zahnköpfen zum Einlegen von Spulendraht vorgesehen. Vor dem Biegen kann ein Abstand zwischen benachbarten Zahnköpfen ausreichend groß gewählt werden, um Spulendraht leicht montieren zu können. Nach dem Biegen ist der Abstand zwischen den benachbarten Zahnköpfen deutlich geringer, was sich hinsichtlich der elektromagnetischen Eigenschaften des elektromagnetischen Elements vorteilhaft auswirkt. Eine damit gebildete elektrische Maschine weist eine höhere elektrische Leistung auf. Eine günstige vergrößerte Montagetoleranz kann geschaffen werden, wenn vor dem Einlegen des Spulendrahts eine Nutisolation in die Nuten eingelegt und der Spulendraht selbst dann ohne zusätzliche Nutisolation eingeführt werden kann. Zusätzlich wird beim Biegen der Nutquerschnitt bezogen auf den ungebogenen Stapel von Metallbändern verkleinert, so dass ein so genannter Kupferfüllfaktor des elektromagnetischen Elements vorteilhaft erhöht werden kann, indem einbaumäßig vorteilhaft locker ein- gelegte Spulendrähte beim Biegen wegen der Verringerung des Nutquerschnitts gepresst werden.
Es ist günstig, wenn jeder Zahn am Außenrand seines zugeordneten Rückschlussteils eine Krümmung aufweist, die dem Radius des Kreissegments oder der Kreisform entspricht, so dass die Metallbänder nur in ihren Biegepunkten gebogen sind. Damit kann ein Verformungsbereich beim Biegen minimiert werden.
Ferner wird von einer elektrischen Maschine mit einem ersten elekt- romagnetischen Element als Stator und einem zweiten elektromagnetischen Element als Rotor ausgegangen. Bevorzugt ist die elektrische Maschine eine Asynchronmaschine.
Es wird vorgeschlagen, dass das erste und/oder zweite elektromag- netische Element durch ein erfindungsgemäßes elektromagnetisches Element gebildet ist.
Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand eines von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Im Folgenden zeigen: Fig. 1 a, b in Draufsicht ein rechts orientiertes Metallband mit nach rechts geneigten Einschnitten (a) und ein links orientiertes Metallband, das um 180° gedreht und daher nach links geneigte Einschnitte aufweist (b);
Fig. 2a, b in Draufsicht einen Stapel von Metallbändern gemäß der Erfindung (a) und vergrößert ein Detail mit eingelegten und mit Isolation umwickelten Spulendrähten (b);
Fig. 3 schematisch einen Ausschnitt aus einem bevorzugten Stator mit eingelegten Spulendrähten und Isolation sowie einer Außenkontur eines Rotors, ersichtlich aus einem Luftspalt zwischen Rotor und Zahnkopf des Stators sowie einem Spalt zwischen zwei benachbarten Zahnkopfverbreiterungen; Fig. 4 eine Draufsicht schräg von oben auf einen Ausschnitt eines Stapels aus Metallbändern; und
Fig. 5 einen Schnitt durch einen bevorzugten Stator mit eingelegten Spuledrähten und Isolation.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Figuren 1a, 1 b zeigen ein Metallband 10 in Draufsicht rechts ori- entiert (Figur 1a) und ein Metallband 10' um 180° gedreht in Draufsicht links orientiert (Figur 1 b). Das Metallband 10' ist gegenüber dem Metallband 10 um eine Drehachse, die senkrecht zu einer Längsachse 11 , aber in der Ebene des Metallbands 10, 10' liegt, um 180° gedreht. Die Metallbänder 10, 10' weisen Einschnitte 18, 18' auf. Unter links orientiert wird verstanden, dass der Einschnitt 18, 18' in der Figur nach links geneigt ist, unter rechts orientiert wird verstanden, dass der Einschnitt 18, 18' nach rechts geneigt ist.
Die Metallbänder 10, 10' sind identisch aufgebaut, daher wird die Beschreibung auf das Metallband 10 beschränkt. Das Metallband 10 erstreckt sich von einem Ende 32 entlang einer Längsachse 11 zu einem andere Ende 57 (beim Metallband 10' als Ende 57' erkennbar) und weist Zähne 14 auf, die durch Nuten 15 getrennt sind. Die Zähne 14 sind symmetrisch zu einer Zahn-Symmetrielinie 58 angeordnet, die senkrecht zur Längsachse 11 steht. Die Zähne 14 sind zu einer Oberkante 12 hin in der Ebene des Metallbands 10 ausgebildet. Zu einer der Oberkante 12 gegenüberliegenden Unterkante 13 sind zwischen den Zähnen 14 Rückschlussteile 17 vorgesehen, welche die Zähne 14 miteinander verbinden. Die Unterkante 13 weist eine wellige Kontur auf, wobei das jeweilige Rückschlussteil 17 unterhalb des zugeordneten Zahns 14 an seiner Unterkante 13 eine Krümmung aufweist, die einem vorgegebenen Biegeradius des zu bildenden gebogenen elektromagnetischen Elements entspricht.
Ausgehend von einem Nutgrund 16 einer Nut 15 ist außermittig zum Nutgrund 16 der keilförmiger Einschnitt 18 angeordnet, der in einer Materialausnehmung 19 endet, der nahe an der Unterkante 13 angeordnet ist. Der Einschnitt 18 verläuft schräg und ist zu einem Ende 32, 57 des Metallbands 10 geneigt.
Es sind eine Vielzahl von gleichartigen Zähnen 14, Nuten 15, Nutgründen 16, Rückschlussteilen 17, Einschnitten 18 aufeinander folgend in dem Metallband 10 ausgebildet, so dass der Übersichtlich- keit wegen nur einige der Elemente Bezugszeichen aufweisen. Die schräg verlaufenden, keilförmigen Einschnitte 18 werden jeweils von Flanken 20, 21 begrenzt, die sich jeweils in einem Schnittpunkt 22 treffen, der als Biegepunkt vorgesehen ist. Der jeweilige Schnitt- punkt 22 ist mittig unterhalb des jeweiligen Nutgrunds 16 auf einer Nut-Symmetrielinie 28 angeordnet und befindet sich jeweils unterhalb des Bereichs der Materialausnehmungen 19 und oberhalb der Unterkante 13. Der jeweilige Schnittpunkt 22 stellt den Biegepunkt dar, um den jeweils das Metallband 10 bis zum Schließen der keil- förmigen Einschnitte 18 gebogen wird, wobei die Unterkante 13, welche die Außenkontur des elektromagnetischen Elements bildet, zu beiden Seiten des Biegepunkts bereits den gewünschten Außendurchmesser aufweist. Es wird jeweils soweit gebogen, bis die Flanken 20, 21 aneinander stoßen und die Einschnitte 18 geschlossen sind.
Die Flanken 20, 21 der Einschnitte 18 schließen einen Winkel α (Keilwinkel) ein, der einem Wert entspricht von α =3607(Zahl der Zähne), wenn aus dem Metallband 10 ein Vollkreis gebogen wird. Sind in ei- nem Metallband 10 z.B. 60 Zähne vorgesehen, entspricht dies einem Keilwinkel von α = 6°. Bei 100 Zähnen ergibt sich ein Keilwinkel von α = 3,6°.
Figuren 2a und 2b zeigen in Draufsicht, wie Metallbänder 10, 10' vor dem Biegen wechselseitig (links und rechts orientiert) zu einem Stapel 25 gestapelt sind, das in Figur 4 abgebildet ist. In Figur 2a ist eine Draufsicht auf den Stapel 25 von Metallbändern 10, 10' und in Figur 2b ein Detail des Stapels 25 mit eingelegtem Spulendraht 26 dargestellt. Die Metallbänder 10, 10' sind langgestreckt entlang der Längsachse 11. Das Metallband 10 bildet eine Stirnseite des Sta- pels 25 von gleichartigen Metallbändern 10, 10', die zur Bildung eines bevorzugten elektromagnetischen Elements, besonders bevorzugt eines Stators, einer bevorzugten elektrischen Maschine um eine Achse parallel zu seiner Flächennormalen, d.h. senkrecht zur BiId- ebene der Figur, als Ring gebogen werden können. Der Stapel 25 der Metallbänder 10 kann auch in Form von Kreissegmenten gebogen werden, die dann zu einem Ring zusammengesetzt werden. Die Zähne 14 weisen durch ihre T-förmige Gestalt Zahnverbreiterungen an ihren Zahnköpfen 24 auf. Zwischen benachbarten Zahnköpfen 24 ist jeweils eine Einlegeöffnung 23 ausgebildet, durch die Spulendrähte 26 mit umgebender Isolation 55 eingelegt werden kann. Die Spulendrähte 26 sind schematisch durch einen leicht trapezförmigen Querschnitt dargestellt. Die insgesamt mit Isolation 55 umwickelten Spulendrähte 26 kann zweckmäßigerweise vor dem Einlegen bereits so geformt werden, dass dessen Querschnitt dem nach dem Biegen vorliegenden Nutquerschnitt angepasst ist.
In dem Stapel 25 sind aufeinander folgende Metallbänder 10 jeweils um 180° umgekehrt so angeordnet, so dass der Nutgrund 16 des einen Metallbands 10 den Einschnitt 18' des anderen Metallbands 10' abdeckt und umgekehrt. Von dem hinten liegenden Metallband 10' ist jeweils ein Stück des Nutgrunds 16' in jeder Nut 15 des Metallbands 10 durch den oberen Bereich des Einschnitts 18 hindurch zu erkennen. Demnach weist der Stapel von Metallbändern 10, 10' insgesamt eine durchgehende Nut 15 mit einem durchgehenden Nutgrund 16, 16' ohne Unterbrechungen auf. Beim Biegen können Spulendrähte 26 oder Filamente daher nicht in die Einschnitte 18, 18' gelangen und beschädigt werden. Es ist sinnvoll, den Stapel 25 an seiner Außenkante 13 mit Schweißnähten senkrecht zur Längsachse 11 zu versehen, um die Metallbänder 10, 10' im Stapel 25 miteinander zu verbinden.
Die Zähne 14 sind an ihren Zahnköpfen 24 am äußeren Ende der Zähne 14 T-förmig ausgebildet. Die Zahnköpfe 24 weisen eine derartige Breite auf, dass nach dem Biegen die Zahnköpfe 24 benachbarter Zähne 14 einen Spalt 52 (Kopfspalt) aufweisen, der immer größer ist als ein Luftspalt 53 zwischen Zahnkopf 24 und einer Außenkontur 54 eines Rotors (hier schematisch dargestellt). Dies ist in Figur 3 zu erkennen, in der ein Ausschnitt aus einem bevorzugten Stator 29 mit eingelegten Spulendrähten 26 und Isolation 55 sowie einer Außenkontur 54 eines Rotors gezeigt ist. Gleiche Elemente sind wie in den vorhergehenden Figuren bezeichnet und dort bereits erklärt.
Zweckmäßigerweise werden vor dem Biegen Spulendrähte 26 in die Nuten 15 eingelegt. Die Spulendrähte 26 sind durch ein Rechteck symbolisiert. Die Spulendrähte 26 sind mit der als Isolierpapier ausgebildeten Isolation 55 vollständig isoliert über einen Bereich, der etwas länger ist als der Stapel 25 bzw. die jeweilige Nut 15 der Me- tallbänder 10, 10'. Die Spulendrähte 26 mit Isolation 55 sind in einer separaten Vorrichtung mittels Klebemittel 56 auf eine Nutform 59 vorgeformt worden, die nach dem Biegen des Stapels 25 vorliegt. In dieser Vorrichtung können diese Spulendrähte 26 bis zur Verformung des Drahtquerschnitts so zusammengepresst werden, dass die Nut- form 59 nach Einlegen der Wicklung einen hohen Kupferfüllfaktor aufweist. Die Spulendrähte 26 können manuell oder maschinell eingelegt werden, bevorzugt werden die Spulendrähte 26 maschinell in die Nuten 15 des ungebogenen Stapels 25 eingelegt. Die Enden 32 und 57 des Metallbands 10 entsprechen der Zahnsymmetrielinie 58, die in Figur 1 angegeben ist. Die Kanten des vorderen und hinteren Endes 32 und 57 des Metallbands 10 bzw. 32' und 57' des Metallbands 10' können daher beim Biegen des Stapels 25 aus Metallbändern 10, 10' formschlüssig zusammengeführt werden. Die Kanten treffen sich in ihrer Verlängerung genau im Mittelpunkt 31 des gebogenen elektromagnetischen Elements. Die durch die Kanten der Enden 32 und 57 gebildete Fuge wird verschweißt.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht schräg von oben auf einen Ausschnitt aus einem Stapel 25 aus Metallbändern 10, 10', aus der die wechselweise Anordnung der Metallbänder 10, 10' ersichtlich ist, bevor Spulendrähte 26 mit Nutisolation und/oder Isolation 55 in die Nuten 15 eingebracht ist. Erkennbar ist, dass der Nutgrund 16, 16' der Nuten ge- schlössen ist und die Einschnitte 18, 18' jeweils durch das Rückschlussteil 17' bzw. 17 des benachbarten Metallbands 10' bzw. 10 abgedeckt ist. Ein Spulendraht 26 kann dadurch unmöglich beim Biegen des Stapels 25 in den Nuten 15 eingeklemmt oder beschädigt werden.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch einen bevorzugten Stator 29 als elektromagnetisches Element für eine bevorzugte elektrische Maschine mit eingelegten Spuledrähten 26, von denen jeweils ein Bündel in jeder Nut 15 von Isolation 55 umwickelt sind. Der Stator 29 ist aus einem um eine Achse 30 rundgebogenen Stapel 25 aus Metallbändern 10, 10' gebildet (Figur 4). Die Nuten 15 weisen einen hohen Kupferfüllgrad auf und halten die Spulendrähte 26 sicher innerhalb der Nuten 15 durch einen kleinen Kopfspalt 52. Beim Bestromen der Spulendrähte 26 sind diese daher gegen ein Herausquellen aus den Nuten 15 weitgehend geschützt. Die Einschnitte 18 sind geschlos- sen, und deren ursprünglichen Flanken 20, 21 stoßen aneinander. Die Enden 32, 57 der Metallbänder stoßen an der Zahn- Symmetrielinie 58 zusammen, welche den Mittelpunkt 31 des rundgebogenen Stapels 25 schneidet.

Claims

Patentansprüche
1. Metallband für ein elektromagnetisches Element (29) einer e- lektrischen Maschine, welches Nuten (15) und ein an die Nuten (15) anschließendes Rückschlussteil (17, 17') aufweist, wobei wenigstens bei einem Teil der Nuten (15) von deren Nutgrund (16, 16') ausgehend zum Rückschlussteil (17, 17') gerichtete keilförmige Einschnitte (18, 18') mit einer ersten einschnittbegrenzenden Flanke (20, 20') und einer zweiten einschnittbegrenzenden Flanke (21 , 21') vorgesehen sind und welches um eine Achse (30) parallel zu seiner Flächennormalen in ein Kreissegment oder eine Kreisform biegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die keilförmigen Einschnitte (18, 18') außermittig zum jeweiligen Nutgrund (16, 16') ausgebildet sind.
2. Metallband nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (20, 20', 21 , 21') sich jeweils in einem Schnittpunkt
(22) treffen, der als Biegepunkt vorgesehen ist.
3. Metallband nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittpunkt (22) mittig auf einer Nut-Symmetrielinie (28) unterhalb des jeweiligen Nutgrunds (16, 16') angeordnet ist.
4. Metallband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Enden (32, 57) vor und hinter der Längsachse (11 ) auf einer Zahnsymmetrielinie (58) liegen.
5. Metallband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Rückschlussteil (17, 17') unterhalb des zugeordneten Nutgrunds (16, 16') an seiner Außenseite (13) eine Krümmung aufweist, die einem vorgegebenen Biegeradius des zu bildenden gebogenen elektromagnetischen Elements (29) entspricht.
6. Metallband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Zähne (14, 14') an ihren
Zahnköpfen (24, 24') T-förmig ausgebildet sind.
7. Metallband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Biegen ein Spalt (52) zwischen den Zahnköpfen (24, 24') immer größer ist als ein
Luftspalt (53) zwischen den Zahnköpfen (24) und einer Außenkontur (54) eines Rotors.
8. Elektromagnetisches Element für eine elektrische Maschine mit einem Stapel (25) aus Metallbändern (10, 10'), wobei jedes Metallband (10, 10') Nuten (15) und ein an die Nuten (15) anschließendes Rückschlussteil (17, 17') aufweist, wobei wenigstens bei einem Teil der Nuten (15) von deren Nutgrund (16) ausgehend zum Rückschlussteil (17, 17') gerichtete keilförmige Einschnitte (18, 18') mit einer ersten einschnittbegrenzenden
Flanke (20, 20') und einer zweiten einschnittbegrenzenden Flanke (21 , 21') vorgesehen sind und welches um eine Achse (30) parallel zu seiner Flächennormalen in ein Kreissegment oder eine Kreisform gebogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die keilförmigen Einschnitte (18, 18') außermittig zum jeweiligen Nutgrund (16, 16') ausgebildet sind.
9. Elektromagnetisches Element nach Anspruch 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Flanken (20, 20', 21 , 21') sich jeweils in einem Schnittpunkt (22) treffen, der jeweils einen Biegepunkt der Metallbänder (10, 10') bildet.
10. Elektromagnetisches Element nach Anspruch 8 oder 9, da- durch gekennzeichnet, dass der Schnittpunkt (22) mittig unterhalb des jeweiligen Nutgrunds (16, 16') angeordnet ist.
11. Elektromagnetisches Element nach einem der Ansprüche 8 bis
10, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbänder (10, 10') so aufeinander gelegt sind, dass jeweils ein auf ein erstes Metallband (10) folgendes zweites Metallband (10') gegenüber dem ersten Metallband (10) so verdreht ist, dass der Nutgrund (16) des ersten Metallbands (10) den Einschnitt (18') des zweiten Metallbands (10') überdeckt und umgekehrt.
12. Elektromagnetisches Element nach einem der Ansprüche 8 bis
11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlegeöffnung (23) zwischen Zahnköpfen (24) zum Einlegen von vorgeformten Spulendrähten (26) mit Isolation (55) vorgesehen ist.
13. Elektromagnetisches Element nach einem der Ansprüche 8 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zahn (14, 14') am Außenrand (13) seines zugeordneten Rückschlussteils (17, 17') eine Krümmung aufweist, die dem Radius des Kreissegments oder der Kreisform entspricht, so dass die Metallbänder (10, 10') nur in ihren Biegepunkten gebogen sind.
14. Elektrische Maschine mit einem ersten elektromagnetischen Element als Stator (29) und einem zweiten elektromagnetischen Element als Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite elektromagnetische Element (29) nach einem der Ansprüche 8 bis 13 ausgebildet ist.
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