Verfahren zum Herstellen eines lamellierten Ständerblechpaketes für elektrische Maschinen und nach dem Verfahren hergestelltes Ständerblechpaket Die Blechpakete für elektrische Maschinen werden üblicherweise aus gestanzten Blechen aufgebaut. Um den mit dem Stanzen verbundenen Blechabfall zu ver meiden, ist es auch schon bekannt, die Ständer- und Läuferpakete von Induktionsmaschinen durch wendel- förmiges Hochkantwickeln eines geraden, mit Nuten ver- sehenen Blechstreifens mit einer oder zwei Vorzugsrich tungen zu bilden.
Bei diesem Fertigungsverfahren wer den die Bleche durch das Biegen beim Wickeln am Aussenrand des Blechpaketes infolge Dehnung wesentlich dünner als an der Seite der Ständerbohrung, wo das Blech gestaucht wird. Es ist deshalb eine Ver längerung des Blechpaketes gegenüber den üblichen Blechpaketen erforderlich, die aus übereinanderge- schichteten, gestanzten Blechen aufgebaut sind. Zudem wird durch den ungleichmässigen Blechquerschnitt die Paketpressung ungleichmässig und schwierig.
Ferner kann keine hohe Nutfüllung erzielt werden, weil durch kleine Material- und Dickenunterschiede unterschied liche Verformungen des Bleches während des Hoch kantbiegens entstehen, so dass Zahnbleche in den Nuten vorstehen, wodurch der verfügbare Nutquerschnitt stark beeinträchtigt wird. Diese Schwierigkeiten treten auch bei der Herstellung von Ständerpaketen auf, die durch Hochkantwickeln eines Blechstreifens gebildet werden, der aus zwei Blechen mit magnetischen Vorzugsrichtun gen derart zusammengeschweisst ist, dass im Bereich der Zähne eine magnetische Vorzugsrichtung in radialer Richtung und im Bereich der Joche eine magnetische Vorzugsrichtung in der Umfangsrichtung vorhanden ist.
Zudem werden die magnetischen Eigenschaften des Ma terials stark verschlechtert, weil durch den Schweiss- vorgang zwischen Zähnen und Joch eine Zone mit gros- sem magnetischen Widerstand auftritt.
Es ist daher schon versucht worden, für die Blech pakete einen Werkstoff mit zueinander senkrechten ma gnetischen Vorzugsrichtungen zu verwenden und dabei die Blechlagen aus kleinen Segmenten zusammenzuset zen, die so ausgeschnitten oder ausgestanzt sind, dass in der Mitte der Segmente die eine magnetische Vorzugs- richtung radial und die andere tangential verläuft. Bei dieser Anordnung treten aber an den vielen Trennfugen Abweichungen der magnetischen Eigenschaften in einer der Vorzugsrichtungen auf, die zu störenden Erschei nungen im Betrieb führen können.
Es ist weiter bekannt, das Ständerblechpaket von Induktionsmaschinen aus zwei konzentrisch ineinander geschobenen zylindrischen Teilen aufzubauen, die aus gestanzten Blechen geschichtet sind. Der innere Teil ist mit nach aussen offenen Nuten versehen und bildet den Zahnkranz. Auf die offenen Nuten des Zahnkranzes ist der äussere Teil aufgebracht, der den magnetischen Jochring bildet. Gegenüber der üblichen ungeteilten Ausführung wird durch die Zweiteilung das Einbringen der elektrischen Wicklungen in die Nuten wesentlich erleichtert, da sie nicht eingeträufelt werden müssen. Es treten jedoch unerwünscht grosse magnetische Streu flüsse dadurch auf, dass die Nuten nach der Seite der Ständerbohrung hin geschlossen sind.
Diese Streuflüsse hat man bisher dadurch zu vermindern versucht, dass der Zahnkranz nachträglich innen so weit abgedreht wird, dass die Nuten zum Läufer hin wieder geöffnet werden. In diesem Fall müssen jedoch die Zähne durch seitliche Pressringe gehaltert werden, was einen sehr grossen fertigungsmässigen Aufwand ergibt. Bei einer anderen Ausführung werden die Zähne nach dem Ein legen der Wicklungen in den Jochring unter Verwen dung eines Kunststoff-Metallklebers durch radial wir kende Druckkräfte in den Jochring eingepresst. Auch hierzu ist ein grosser Aufwand erforderlich.
Dabei kom men trotz Anwendung des Metallklebers die Stirnflä chen der Bleche der Zähne und des Jochringes im Spalt miteinander in Berührung, so dass Kurzschlussbrücken entstehen, in denen sich Wirbelströme ausbilden kön nen, die die Eisenverluste erhöhen. Solche Wirbelströme können auch bei Ständerblechpaketen entstehen, bei denen das Joch auf den Zahnkranz aufgeschrumpft wird und zur Gewährleistung einer verdrehungssicheren Verbindung zwischen Jochring und Zahnkranz Teile des Zahnkranzes in hutartige Vertiefungen des Jochringes hineinragen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines lamellierten Ständerblechpaketes für elektrische Maschinen, das aus einem inneren, mit nach aussen of fenen Nuten versehenen Zahnkranz und einem äusseren, auf die offenen Nuten aufgebrachten magnetischen Joch- ring besteht.
Gemäss der Erfindung wird Zahnkranz und Jochring durch wendelförmiges Hochkantwickeln von Blechstreifen gebildet, und nur der Jochring wird nachträglich einer Wärmebehandlung zur Wiederherstel lung der durch das Wickeln beeinträchtigten magneti schen Eigenschaften unterzogen.
Dadurch, dass das Ständerblechpaket nicht aus übereinandergeschichteten, gestanzten Blechen aufgebaut ist, sondern aus Blech bändern wendelförmig gebogen ist und der Jochring allein einer Wärmebehandlung unterzogen ist, wird der Nutstreufluss in gewünschter Weise geschwächt, so dass es zur Verminderung des Streuflusses nicht erforderlich ist, einzelne Zähne unter grossem Aufwand im Jochring zu haltern.
Durch die Unterteilung des Blechbandes beim Hochkantwickeln wird im Zahnkranz nur ein schmaler Steg gebogen. Im Blechpaket kann daher eine saubere Nut ohne vorstehende Bleche erreicht werden, so dass ein Nacharbeiten der Nutflächen nicht erfor derlich ist. Auf diese Weise wird die Fertigung verein facht. Durch eine Unterteilung des Blechbandes für den Jochring kann das Hochkantwickeln weiter erleichtert werden, weil dann nur eine geringe Drehung an dem äusseren Rand bzw. eine geringe Stauchung an dem inneren Rand der Blechwendel eintritt.
Dadurch wird der Blechquerschnitt am Aussen- und Innenrand viel weniger verändert als bei den aus einem einzigen Band gewickelten Blechpaketen, so dass diesen gegenüber der Blech-Füllfaktor verbessert wird.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er findung dargestellt. Es zeigen: Figur 1 einen Ausschnitt eines aus einem Zahn kranz und einem Jochring zusammengesetzten Ständer blechpakets, Figur 2 einen Zahnkranz während des Wickelvor ganges, Figur 3 einen Jochring während des Wickelvorgan ges, Figur 4 einen aus zwei Ringen zusammengesetzten Jochring, Figur 5 einen Winkelvorgang eines in der Höhe zweifach unterteilten Joches und Figur 6 einen Blechquerschnitt zweier Lagen bei einem in der Höhe dreifach unterteilten Joch.
Das in Figur 1 dargestellte Ständerblechpaket be steht aus einem Jochring 1 und einem Zahnkranz 3. Die Zähne 6 sind nach der Seite der Ständerbohrung hin jeweils durch einen Steg 4 miteinander verbunden, so dass nach aussen offene Nuten 5 entstehen, auf die der Jochring aufgebracht ist.
Zahnkranz 3 und Jochring 1 sind erfindungsgemäss durch wendelförmiges Hoch kantwickeln von Blechstreifen 2, 7 gebildet, und nur der Jochring 1 ist nachträglich einer Wärmebehandlung zur Wiederherstellung der durch das Wickeln beeinträchtig ten magnetischen Eigenschaften unterzogen. Zur Ver meidung von Wirbelströmen ist in vorteilhafter Weise zwischen Jochring 1 und Zahnkranz 3 eine Isolierschicht angeordnet.
Der zur Wiederherstellung der während der Verformung beeinträchtigten magnetischen Eigenschaf ten erforderliche Glühprozess ist dabei vorteilhafter weise mit einer Blaufümerzeugung zur gegenseitigen Isolation der Blechwendeln und zur Isolation gegen über dem Zahnkranz 3 kombiniert.
Zweckmässigerweise ist für die Streifen 2, 7 korn orientiertes Blech verwendet. Dabei kann der Zahnkranz 3 durch wendelförmiges Hochkantwickeln eines mit Nu ten 5 versehenen Streifens 7 gebildet werden, bei dem wenigstens senkrecht zur Streifenachse eine magnetische Vorzugsrichtung V1 liegt. Im gewickelten Zahnkranz 3 verläuft dann die oder eine magnetische Vorzugsrich tung parallel zur Zahnachse (Figur 2).
Der Jochring 1 kann durch Hochkantwickeln mindestens eines Streifens 2 gebildet werden, bei dem wenigstens parallel zur Strei fenachse eine magnetische Vorzugsrichtung V2 liegt (Figur 3). Bei Verwendung von kornorientiertem Blech ist gegenüber Normalblech eine Abstandshaltung zwi schen den Blechen des Zahnkranzes 3 und des Joch ringes 1 ohne Verschlechterung der Modellausnutzung möglich, weil der Magnetisierungsbedarf des kornorien tierten Bleches nur einen Bruchteil desjenigen von Nor malblech beträgt.
Dadurch, dass wesentlich niedrigere Eisenverluste auftreten, ist gegenüber Normalblech ein geringerer Wärmetransport von den Zähnen zum Joch erforderlich, so dass trotz eines höheren Wärmeüber- tragungswiderstandes zwischen Zahnkranz und Joch- ring eine unzulässige Temperaturerhöhung im Zahn kranz 3 nicht auftritt.
Der Jochring 1 kann in bekannter Weise mit Klam mern zusammengehalten werden. Um Blechvibrationen, die Geräusche hervorrufen, zu vermeiden und die Fe stigkeit des Paketes zu erhöhen, können die einzelnen Blechwendeln von Zahnkranz 3 und Jochring 1 mit einem Metallkleber untereinander verbunden werden.
Jochring und Zahnkranz kann man in an sich be kannter Weise durch eine Klebeschicht aus metallkle bendem Material miteinander verbinden. Dabei wird der Aussendurchmesser des Zahnkranzes kleiner bemessen als der Innendurchmesser des Jochrings, und in den verbleibenden Zwischenraum werden ein Isoliergewebe 8, insbesondere aus Glasfasern, und der Metallkleber 9 eingebracht (Figur 1).
Zum Wickeln des Jochringes 1 wird dabei ein Kern mit zumindest einem so viel grös- seren Durchmesser als der Aussendurchmesser des Zahnkranzes 6 verwendet, dass gerade noch eine hin reichende Isolation zur Verhinderung von Blechkurz schlüssen möglich ist. Durch die Isolierfasern 8 wird eine gute Abstandshaltung zwischen den Stirnflächen der Bleche von Jochring 1 und Zahnkranz 3 erzielt, so dass Wirbelströme und die damit verbundenen Eisenverluste sicher vermieden werden.
Als Metallkleber kann beispielsweise Epoxydharz dienen. Die Isolierschicht kann als Band 24 ausgebildet sein, das mit dem Metallkleber 9 auf die Zähne aufge klebt ist. Zugleich kann das Band als Nutisolation die nen (Figur 2).
Bei grossen Jochhöhen kann durch das Hochkant biegen eine derart starke Gefügeveränderung eintreten, dass durch eine nachträgliche Glühung die gewünschten magnetischen Eigenschaften nicht mehr wiederherge stellt werden können. Ferner wird beim Hochkant wickeln des Jochrings das Blech aussen dünner als an der dem Zahnkranz zugekehrten Seite. Um dies zu ver meiden, ist es vorteilhaft, das Joch in der Höhe zu unter teilen, d. h. das Joch 1 aus zwei oder mehr Jochringen 22, 23 zusammenzusetzen (Figur 4).
Dabei kann zur Verhinderung von Blechkurzschlüssen in dem Zwischen raum zwischen den koaxialen Jochringen ein dünner Film aus elektrisch nicht leitendem Material, z. B. ein bei der Glühbehandlung erzeugter Blaufilm oder ein dünnes Glasband, angeordnet sein. Die einzelnen Joch- ringe können dabei in an sich bekannter Weise auf einander aufgeschrumpft werden.
Um den magnetischen Widerstand in dem Zwischen raum der einzelnen Jochringe klein zu halten, kann man - wie die Figur 5 zeigt - ein unterteiltes Joch auch in einem Arbeitsgang aus mindestens zwei Lagen von ne beneinander liegenden Blechstreifen 10 bis 13 verschie dener Breite wickeln, wobei die Blechstreifen so ange ordnet sind, dass sich die Trennfugen 14, 15 überlappen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Blech mit zwei zueinander senkrechten magnetischen Vorzugsrich tungen V3, V4, sogenanntes Würfeltexturblech, ver wendet. Ein solches Blech kann auch beim Zahnkranz Verwendung finden.
Bei einer dreifachen Unterteilung des Joches werden zwei Lagen a, b mit zwei schmalen und einem breiten bzw. zwei breiten und einem schmalen Blechband 16, 17, 18 bzw. 19, 20, 21 verwendet. Ein Querschnitt einer solchen Anordnung ist in Figur 6 dargestellt.
Method for producing a laminated stator core for electrical machines and stator core manufactured according to the method The sheet metal cores for electric machines are usually constructed from stamped metal sheets. In order to avoid the sheet metal waste associated with punching, it is already known to form the stator and rotor stacks of induction machines by helically winding a straight, grooved sheet metal strip with one or two preferred directions.
In this manufacturing process, the sheets are much thinner than on the side of the stator bore, where the sheet is compressed, due to the bending during winding on the outer edge of the laminated core due to stretching. It is therefore necessary to lengthen the laminated core compared to the conventional laminated cores which are made up of stacked, stamped sheets. In addition, the uneven sheet metal cross-section makes the package compression uneven and difficult.
Furthermore, a high groove filling cannot be achieved because small differences in material and thickness result in different deformations of the sheet metal during upright bending, so that toothed sheets protrude in the grooves, which severely affects the available groove cross-section. These difficulties also arise in the manufacture of stator stacks, which are formed by winding a sheet metal strip on edge, which is welded together from two metal sheets with magnetic preferred directions in such a way that a preferred magnetic direction in the radial direction in the area of the teeth and a preferred magnetic direction in the area of the yokes exists in the circumferential direction.
In addition, the magnetic properties of the material are greatly impaired because the welding process creates a zone with high magnetic resistance between the teeth and yoke.
Attempts have therefore already been made to use a material with mutually perpendicular magnetic preferential directions for the sheet metal packages and to put together the sheet metal layers from small segments that are cut out or punched out so that one magnetic preferential direction is in the middle of the segments radial and the other is tangential. With this arrangement, however, there are deviations in the magnetic properties in one of the preferred directions at the many joints, which can lead to disruptive appearances during operation.
It is also known to build the stator core of induction machines from two concentrically nested cylindrical parts which are layered from stamped metal sheets. The inner part is provided with outwardly open grooves and forms the ring gear. The outer part, which forms the magnetic yoke ring, is attached to the open grooves of the ring gear. Compared to the usual undivided design, the division into two makes it much easier to introduce the electrical windings into the slots, since they do not have to be instilled. However, undesirably large magnetic stray fluxes occur due to the fact that the grooves are closed on the side of the stator bore.
Attempts have hitherto been made to reduce these leakage fluxes by subsequently turning the ring gear inside so far that the grooves towards the rotor are opened again. In this case, however, the teeth have to be held in place by lateral press rings, which results in a very high level of manufacturing effort. In another embodiment, the teeth are pressed into the yoke ring after the windings have been inserted into the yoke ring using a plastic-metal adhesive by radial pressure forces acting in the yoke. This also requires a great deal of effort.
Despite the use of the metal adhesive, the end faces of the metal sheets of the teeth and the yoke ring in the gap come into contact with each other, so that short-circuit bridges are created in which eddy currents can develop and increase iron losses. Eddy currents of this kind can also arise in stator core stacks in which the yoke is shrunk onto the ring gear and parts of the ring gear protrude into hat-like recesses in the yoke ring to ensure a torsion-proof connection between the yoke ring and the ring gear.
The invention relates to a method for producing a laminated stator core for electrical machines, which consists of an inner ring gear provided with outwardly open grooves and an outer magnetic yoke ring attached to the open grooves.
According to the invention, the ring gear and yoke ring are formed by helical edgewise winding of sheet metal strips, and only the yoke ring is subsequently subjected to a heat treatment to restore the magnetic properties impaired by the winding.
The fact that the stator core is not made up of stacked, stamped metal sheets, but is bent into a helical shape from sheet metal strips and the yoke ring alone is subjected to a heat treatment, the groove leakage flow is weakened in the desired manner, so that it is not necessary to reduce the leakage flow To hold teeth in the yoke ring with great effort.
Due to the subdivision of the sheet metal strip when winding on edge, only a narrow web is bent in the gear rim. A clean groove without protruding plates can therefore be achieved in the laminated core, so that reworking of the groove surfaces is not necessary. In this way, production is simplified. By dividing the sheet metal strip for the yoke ring, the edgewise winding can be further facilitated, because then only a slight rotation occurs at the outer edge or a slight compression at the inner edge of the sheet metal helix.
As a result, the sheet metal cross-section on the outer and inner edge is changed much less than in the case of the sheet metal stacks wound from a single strip, so that this is improved compared to the sheet metal filling factor.
In the drawing, exemplary embodiments of the invention are shown. The figures show: FIG. 1 a section of a stator laminated core composed of a toothed ring and a yoke ring, FIG. 2 a toothed ring during the winding process, FIG. 3 a yoke ring during the winding process, FIG. 4 a yoke ring made up of two rings, FIG. 5 an angular process a yoke divided into two levels in height and FIG. 6 a sheet metal cross section of two layers with a yoke divided into three levels in height.
The stator core shown in Figure 1 consists of a yoke ring 1 and a ring gear 3. The teeth 6 are each connected to the side of the stator bore by a web 4, so that outwardly open grooves 5 arise on which the yoke ring is applied .
Toothed ring 3 and yoke ring 1 are formed according to the invention by helical upright winding of sheet metal strips 2, 7, and only the yoke ring 1 is subsequently subjected to a heat treatment to restore the magnetic properties impaired by the winding. To avoid eddy currents, an insulating layer is arranged between the yoke ring 1 and the ring gear 3 in an advantageous manner.
The annealing process required to restore the impaired magnetic properties during the deformation is advantageously combined with the generation of blue to isolate the sheet metal coils from one another and to isolate them from the gear rim 3.
Appropriately, grain-oriented sheet metal is used for the strips 2, 7. In this case, the ring gear 3 can be formed by helically upright winding a strip 7 provided with grooves 5, in which a preferred magnetic direction V1 is at least perpendicular to the strip axis. In the wound gear rim 3, the preferred magnetic direction or one then runs parallel to the tooth axis (FIG. 2).
The yoke ring 1 can be formed by winding at least one strip 2 on edge, in which a preferred magnetic direction V2 is at least parallel to the strip axis (FIG. 3). When using grain-oriented sheet metal a spacing between tween the sheets of the ring gear 3 and the yoke ring 1 is possible without deterioration of the model utilization compared to normal sheet metal, because the magnetization requirement of the grain-oriented sheet is only a fraction of that of normal sheet metal.
Due to the fact that significantly lower iron losses occur, less heat transfer from the teeth to the yoke is required compared with normal sheet metal, so that an impermissible temperature increase in the gear ring 3 does not occur despite a higher heat transfer resistance between the ring gear and the yoke ring.
The yoke ring 1 can be held together in a known manner with Klam numbers. In order to avoid sheet metal vibrations that cause noises and to increase the strength of the package, the individual sheet metal coils of the ring gear 3 and yoke ring 1 can be connected to one another with a metal adhesive.
Yoke ring and ring gear can be connected to one another in a manner known per se by an adhesive layer of metallkle bendem material. The outer diameter of the ring gear is dimensioned smaller than the inner diameter of the yoke ring, and an insulating fabric 8, in particular made of glass fibers, and the metal adhesive 9 are introduced into the remaining space (FIG. 1).
To wind the yoke ring 1, a core is used with at least a diameter that is at least so much larger than the outer diameter of the ring gear 6 that sufficient insulation to prevent sheet metal short circuits is still possible. The insulating fibers 8 achieve good spacing between the end faces of the sheets of yoke ring 1 and ring gear 3, so that eddy currents and the associated iron losses are reliably avoided.
Epoxy resin, for example, can serve as the metal adhesive. The insulating layer can be designed as a tape 24 which is glued to the teeth with the metal adhesive 9. At the same time, the tape can act as slot insulation (Figure 2).
In the case of large yoke heights, bending on edge can cause such a strong structural change that the desired magnetic properties can no longer be restored through subsequent annealing. Furthermore, when the yoke ring is wound upright, the sheet metal is thinner on the outside than on the side facing the toothed ring. To avoid this, it is advantageous to divide the yoke in height, i. H. assemble the yoke 1 from two or more yoke rings 22, 23 (Figure 4).
To prevent sheet metal short circuits in the space between the coaxial yoke rings, a thin film of electrically non-conductive material, e.g. B. a blue film produced during the annealing treatment or a thin glass ribbon can be arranged. The individual yoke rings can be shrunk onto one another in a manner known per se.
In order to keep the magnetic resistance in the space between the individual yoke rings small, one can - as FIG Sheet metal strips are arranged so that the parting lines 14, 15 overlap. In the embodiment shown, a sheet with two perpendicular magnetic preferred directions V3, V4, so-called cube texture sheet, is used ver. Such a plate can also be used for the gear rim.
In the case of a three-fold subdivision of the yoke, two layers a, b with two narrow and one wide or two wide and one narrow sheet metal strip 16, 17, 18 or 19, 20, 21 are used. A cross section of such an arrangement is shown in FIG.