DE102004058666A1

DE102004058666A1 - Metal strip for an electromagnetic element for an electrical machine especially a stator has incuts that can be bent about an axis with an elastic neutral filament at intersections

Info

Publication number: DE102004058666A1
Application number: DE200410058666
Authority: DE
Inventors: Johannes Vlemmings
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2006-06-14

Abstract

A metal strip for an electromagnetic element for an electrical machine, especially a stator, comprises a groove (15) and back connection giving wedge-shaped in-cuts (18) with sides (20,21) that can be bent around an axis into a circle. The sides comprise an intersection (22) on a neutral filament that is elastically undeformed on bending. Independent claims are also included for the following: (A) a stator as above;and (B) an electrical machine comprising the above.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Metallband für ein elektromagnetisches Element, einem elektromagnetischen Element sowie einer elektrischen Maschine nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The Invention is based on a metal strip for an electromagnetic element, an electromagnetic element and an electric machine according to the generic terms of the independent Claims.

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 beeinflussen. 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.It has already been proposed to punch out strip-shaped material with teeth from sheet metal for the production of stators and to bend it into round bodies. A stator made in this way is eg from the DE 196 33 399 A1 known. When bending the band-shaped material, however, elastic stresses occur which interfere with the electromagnetic properties of the material. This makes it difficult to design electrical machines that are to have high quality and quality. This applies in particular to those machines which are to be used as starter generators or in hybrid vehicles. In addition, mass production in large quantities and with consistent quality is required for such electrical machines.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die Erfindung geht aus von einem Metallband für ein elektromagnetisches Element einer elektrischen Maschine, insbesondere für einen Stator, 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 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 biegbar ist.The The invention is based on a metal strip for an electromagnetic element an electrical machine, in particular for a stator, which grooves and a subsequent to the grooves return part has, wherein at least a part of the grooves of the groove bottom starting at the return part directed wedge-shaped Incisions with a first incision-limiting flank and a second incision limiting edge are provided and which around an axis parallel to its surface normal in a circular segment or a circular shape is bendable.

Es wird vorgeschlagen, dass die einschnittbegrenzenden Flanken der keilförmigen Einschnitte jeweils einen Schnittpunkt aufweisen, wobei die Schnittpunkte auf einer neutralen Faser liegen, die beim Biegen elastisch unverformt bleibt. Ein Vorteil ist, dass die Flanken der Einschnitte nach dem Biegevorgang flach aneinander anliegen. 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.It It is suggested that the incision-limiting flanks of the wedge-shaped Incisions each have an intersection, the intersections lie on a neutral fiber, which is elastically undeformed when bending remains. An advantage is that the flanks of the incisions after the Bending flat against each other. This can be a laminated core consisting of a plurality of individual layers of the metal strip created be that for electric High quality machines is suitable and builds very compact.

In einer günstigen Ausgestaltung sind die keilförmigen Einschnitte am Nutgrund außermittig angeordnet. 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 die Gefahr vermindert ist, dass beim Biegen Spulendrähte zerschnitten oder in die Einschnitte eingeklemmt werden.In a cheap one Design are the wedge-shaped Notches arranged eccentrically on the groove base. It is advantageous then to place in a corresponding stack of metal bands, e.g. for manufacturing a stator, before bending coil wires in the Groove can be inserted, the risk is reduced that cut wire coils during bending or be trapped in the incisions.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Schnittpunkte jeweils in etwa mittig zum Nutgrund angeordnet. Dadurch ergeben sich Einschnitte mit einer relativ großen Länge in radialer Richtung, sowie eine geringe restliche Materialstärke der Rückschlussteile unterhalb der Einschnitte, so dass beim Biegen des Metallbands oder eines Stapels aufeinander gelegter Metallbänder weniger Kraft aufgewendet werden muss.In an advantageous development, the intersections are each arranged approximately centrally to the groove base. This results in cuts with a relatively large one Length in radial direction, and a small residual material thickness of the Rear parts below the incisions, so that when bending the metal band or a Stack of stacked metal bands expended less force must become.

Vorzugsweise ist im Endbereich nahe den Schnittpunkten der keilförmigen Einschnitte 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 eines Brechpakets aus erfindungsgemäßen Metallbändern erschwert.Preferably is in the end near the intersections of the wedge-shaped incisions each provided a material recess. This way you can prevent that is close the neutral fiber a material ejection of compressed material the metal band forms, which is a plan when stacking Forming a crushing packet made of metal strips according to the invention difficult.

Besonders vorteilhaft für das Biegen ist, wenn die Rückschlussteile an ihren Außenkanten eine einer Biegerichtung entsprechende Krümmung aufweisen. Das Metallband kann lokal jeweils um den Schnittpunkt gebogen werden, während die Bereiche beidseits des Schnittpunkts bereits die gewünschte Endkontur mit dem gewünschten Durchmesser aufweisen. Das Metallband wird jeweils soweit gebogen, bis die Flanken der Einschnitte aneinander stoßen und die Einschnitte geschlossen sind.Especially advantageous for The bending is when the return parts one at the outer edges have a bending direction corresponding curvature. The metal band can be bent locally around the point of intersection, while the Areas on both sides of the point of intersection already the desired final contour with the desired Have diameter. The metal strip is bent so far until the flanks of the incisions abut each other and the incisions closed are.

Bei einem erfindungsgemäßen Stator für ein elektrische Maschine, der aus einem Metallband gebogen ist, sowie bei einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine wird vorgeschlagen, dass die einschnittbegrenzenden Flanken der keilförmigen Einschnitte jeweils einen Schnittpunkt aufweisen, wobei die Schnittpunkte auf einer neutralen Faser liegen, die beim Biegen elastisch unverformt bleibt.at a stator according to the invention for an electric Machine that is bent from a metal band, as well as a electrical according to the invention Machine is suggested that the incision-limiting flanks the wedge-shaped Incisions each have an intersection, the intersections lie on a neutral fiber, which is elastically undeformed when bending remains.

Vorzugsweise ist das elektromagnetische Element als Stator ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ kann das elektromagnetische Element als Rotor ausgebildet sein. Günstigerweise sind die Nuten mit Spulendraht gefüllt, der vor dem Biegen des Metallbands bzw. eines entsprechenden Stapels von Metallbändern einlegbar ist.Preferably the electromagnetic element is designed as a stator. Additionally or Alternatively, the electromagnetic element may be formed as a rotor be. conveniently, the grooves are filled with coil wire, which before bending the Metal bands or a corresponding stack of metal bands inserted is.

Zeichnungendrawings

Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.Further Embodiments, Aspects and advantages of the invention are also independent of their summary in claims, without restriction to the general public, illustrated below by means of drawings embodiments the invention.

Im Folgenden zeigen:in the Show:

1 einen Ausschnitt aus einem Metallband gemäß der Erfindung; 1 a section of a metal strip according to the invention;

2 ein Detail des Metallbands aus 1; und 2 a detail of the metal band 1 ; and

3 schematisch einen Biegebalken mit neutraler Faser. 3 schematically a bending beam with neutral fiber.

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

Aus 1 ist ein Metallband 10 für ein elektromagnetisches Element einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung ersichtlich. Das Metallband 10 ist entlang einer Längsachse 11 lang gestreckt ausgebildet und weist auf einer Seite der Längsachse 11 Zähne 14 auf, die durch Nuten 15 getrennt sind. 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 Rückschlussteile 17 vorgesehen, welche die Zähne 14 miteinander verbinden.Out 1 is a metal band 10 for an electromagnetic element of an electric machine according to the invention. The metal band 10 is along a longitudinal axis 11 elongated elongated and points on one side of the longitudinal axis 11 teeth 14 on that by grooves 15 are separated. The teeth 14 are to a top edge 12 down in the plane of the metal band 10 educated. To one of the top edge 12 opposite lower edge 13 are trailing parts between the teeth 17 provided which the teeth 14 connect with each other.

Ausgehend von einem Nutgrund 16 einer Nut 15 ist außermittig zum Nutgrund 16 ein keilförmiger Einschnitt 18 angeordnet, der in einer Materialausnehmung 19 endet, der nahe an der Unterkante 13 angeordnet ist.Starting from a groove bottom 16 a groove 15 is off-center to the groove bottom 16 a wedge-shaped incision 18 arranged in a material recess 19 ends, close to the bottom edge 13 is arranged.

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 Übersichtlichkeit wegen nur einige der Elemente Bezugszeichen aufweisen.There are a lot of similar teeth 14 , Grooves 15 , Groove reasons 16 , Return parts 17 , Cuts 18 consecutively in the metal band 10 designed so that the sake of clarity, only some of the elements have reference numerals.

Um ein elektromagnetisches Element zu bilden, beispielsweise einen bevorzugten Stator einer bevorzugten elektrischen Maschine, wird ein Stapel aus gleichartigen Metallbändern 10 gebildet und um eine Achse parallel zur Flächennormalen der Metallbänder 10, die auf der Bildebene senkrecht steht und sich auf der Seite der Oberkante 12 befindet, gebogen. Zuvor können in die im Stapel miteinander fluchtenden Nuten 15 Spulendrähte eingebracht werden, die später beim Betrieb des bevorzugten Stators in der bevorzugten elektrischen Maschine bestromt werden können. Der Stator ist vorzugsweise aus einem eisenhaltigen Blech gebildet, dass dann den magnetischen Fluss der dergestalt gebildeten Spulenwicklungen führt.To form an electromagnetic element, for example a preferred stator of a preferred electric machine, a stack of similar metal bands is formed 10 formed and about an axis parallel to the surface normal of the metal bands 10 which is perpendicular to the image plane and located on the side of the top edge 12 is located, bent. Previously, in the stacked grooves in the stack 15 Coil wires are introduced, which can be energized later in the operation of the preferred stator in the preferred electric machine. The stator is preferably formed from a ferrous sheet, which then carries the magnetic flux of the thus formed coil windings.

In 2 ist ein Detail des Metallbands 10 der 1 dargestellt, in der ein Verlauf eines keilförmigen Einschnitts 18 deutlicher herausgestellt ist. Der Einschnitt 18 wird von einschnittbegrenzenden Flanken 20, 21 begrenzt. Die zwei miteinander korrespondierende Flan ken 20, 21 des Einschnitts schneiden sich in einem Schnittpunkt 22 unterhalb einer Materialausnehmung 19, die im Endbereich 29 des keilförmigen Einschnitts 18 vorgesehen ist. Der Schnittpunkt 22 liegt auf einer neutralen Faser 25 (3) und im Wesentlichen mittig zum Nutgrund 16. Der Bereich der Rückschlussteile 17 unterhalb der Materialausnehmungen 29 bildet einen Biegebalken 28. Um sicherzustellen, dass die Flanken 20, 21 jedes Einschnitts 18 nach dem Biegen exakt flach aufeinander zu liegen kommen, liegen alle Schnittpunkte 22 der Einschnitte 18 auf der neutralen Faser 25. Der Biegebalken 28 ist symmetrisch um die neutrale Faser 25 angeordnet, womit sich ein günstiger Abstand der Materialausnehmung 19 von der Unterkante 13 ergibt. Beim Biegen des Metallbands 10 wird dieses jeweils bereichsweise um jeweils den Schnittpunkt 22 gebogen. Der Biegebalken 28 erstreckt sich jeweils unterhalb der Ausnehmung 19. Der Bereich zwischen aufeinander folgenden Ausnehmungen 19 bleibt unverformt. Die Krümmung 13 verformt sich nicht.In 2 is a detail of the metal band 10 of the 1 shown in which a course of a wedge-shaped incision 18 is made clearer. The incision 18 is made by incision-limiting flanks 20 . 21 limited. The two corresponding flanges 20 . 21 of the incision intersect at an intersection 22 below a material recess 19 in the end area 29 of the wedge-shaped incision 18 is provided. The point of intersection 22 lies on a neutral fiber 25 ( 3 ) and substantially centered to the groove bottom 16 , The area of the return parts 17 below the material recesses 29 forms a bending beam 28 , To make sure the flanks 20 . 21 every incision 18 come to lie exactly flat on each other after bending, are all intersections 22 the cuts 18 on the neutral fiber 25 , The bending beam 28 is symmetrical about the neutral fiber 25 arranged, bringing a favorable distance of the material recess 19 from the bottom edge 13 results. When bending the metal band 10 this is each area by each intersection 22 bent. The bending beam 28 each extends below the recess 19 , The area between successive recesses 19 remains undeformed. The curvature 13 does not deform.

Die Bedeutung der neutralen Faser 25 ist in 3 verdeutlicht. Beim Biegen eines Biegebalkens 31 mit einer Oberkante 26 und einer Unterkante 27 um eine auf der Seite der Oberkante 26 liegende Achse 30 wird dessen Unterkante 27 gedehnt und dessen Oberkante 26 gestaucht, wie durch die Pfeile der Oberkante 26 und der Unterkante 27 in der Figur veranschaulicht ist. Inmitten des Biegebalkens 31 befindet sich eine neutrale Faser 25, die dadurch gekennzeichnet ist, dass diese weder gestaucht noch gedehnt wird, d.h. elastisch praktisch nicht verzerrt wird. Dies ist an den Punkten 23 und 24 erkennbar. Diese bleiben beim Biegen des Biegebalkens 31 unverändert.The meaning of neutral fiber 25 is in 3 clarified. When bending a bending beam 31 with a top edge 26 and a lower edge 27 one on the side of the top edge 26 lying axis 30 becomes its bottom edge 27 stretched and its top edge 26 upset, as by the arrows of the top 26 and the bottom edge 27 is illustrated in the figure. In the middle of the bending beam 31 there is a neutral fiber 25 which is characterized in that it is neither compressed nor stretched, that is elastically practically not distorted. This is at the points 23 and 24 recognizable. These remain when bending the bending beam 31 unchanged.

Claims

Metal strip for an electromagnetic element of an electrical machine, in particular for a stator, which grooves ( 15 ) and one to the grooves ( 15 ) subsequent return part ( 17 ), wherein at least a part of the grooves ( 15 ) of their groove bottom ( 16 ) starting from the return part ( 17 ) directed wedge-shaped cuts ( 18 ) with a first incision-limiting edge ( 20 ) and a second incision-limiting edge ( 21 ) and which about an axis ( 30 ) parallel to its surface normal in a circular segment or a circular shape is bendable, characterized in that the incision limiting flanks ( 20 . 21 ) of the wedge-shaped incisions ( 18 ) each have an intersection ( 22 ), the intersections ( 22 ) on a neutral fiber ( 25 ), which remains elastically undeformed during bending.

Metal band according to claim 1, characterized in that the wedge-shaped incisions ( 18 ) at the groove bottom ( 16 ) are arranged off-center.

Metal strip according to claim 1 or 2, characterized in that the intersection ( 22 ) approximately in the middle of the groove bottom ( 16 ) is arranged.

Metal strip according to one of the preceding claims, characterized in that a bending beam ( 28 ) symmetrical about the neutral fiber ( 25 ) is arranged.

Metal strip according to one of the preceding claims, characterized in that at the transition ( 29 ) of the wedge-shaped incisions ( 18 ) to the return parts ( 17 ) each have a material recess ( 19 ) is provided.

Metal band according to one of the preceding claims, characterized in that the return parts ( 17 ) at their outer edges ( 13 ) have a curvature corresponding to a bending direction with an outer diameter of the desired diameter of the bent metal strip ( 10 ) corresponds.

Electromagnetic element, in particular a stator, for an electrical machine consisting of a metal strip ( 10 ), which grooves ( 15 ) and one to the grooves ( 15 ) subsequent return part ( 17 ), wherein at least a part of the grooves ( 15 ) of their groove bottom ( 16 ) starting from the return part ( 17 ) directed wedge-shaped cuts ( 18 ) with a first incision-limiting edge ( 20 ) and a second incision-limiting edge ( 21 ) and which about an axis ( 30 ) is bent parallel to its surface normal in a circular shape, characterized in that the incision limiting flanks ( 20 . 21 ) of the wedge-shaped incisions ( 18 ) each have an intersection ( 22 ), the intersections ( 25 ) on a neutral fiber ( 25 ), which remains elastically undeformed during bending.

Electric machine with at least one of a metal strip ( 10 ) bent electromagnetic element, wherein the metal strip ( 10 ) Grooves ( 15 ) and one to the grooves ( 15 ) subsequent return part ( 17 ), wherein at least a part of the grooves ( 15 ) of their groove bottom ( 16 ) starting from the return part ( 17 ) directed wedge-shaped cuts ( 18 ) with a first incision-limiting edge ( 20 ) and a second incision-limiting edge ( 21 ) and which about an axis ( 30 ) is bent parallel to its surface normal in a circular segment or a circular shape, characterized in that the incision-limiting flanks ( 20 . 21 ) of the wedge-shaped incisions ( 18 ) each have an intersection ( 22 ), the intersections ( 25 ) on a neutral fiber ( 25 ), which remains elastically undeformed during bending.

Electrical machine according to claim 8, characterized in that that the electromagnetic element is designed as a stator.

Electric machine according to claim 8 or 9, characterized in that the electromagnetic element is designed as a rotor is.

Electrical machine according to one of claims 8 to 10, characterized in that the grooves ( 15 ) are filled with coil wire.