DE1053085B

DE1053085B - Process for the production of a stator for electrical machines with permanent magnetic poles and pole pieces held at a distance from one another by non-magnetic material

Info

Publication number: DE1053085B
Application number: DEG15507A
Authority: DE
Inventors: Robert Arthur Stein
Original assignee: Globe Industries Inc
Current assignee: Globe Industries Inc
Priority date: 1954-10-05
Filing date: 1954-10-05
Publication date: 1959-03-19

Description

Verfahren zur Herstellung eines Stators für elektrische Maschinen mit Dauermagnetpolen und durch unmagnetisches Material in einem Abstand voneinander gehalterten Polschuhen Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung eines Stators für elektrische Maschinen mit Dauermagnetpolen und durch unmagnetisches Material in einem Abstand voneinander gehalterten Polschulen aus Weicheisen. Sie ermöglicht die Herstellung von Kleinstmotoren, wobei Toleranzen in der Größenordnung von zwei bis drei tausendstel Zoll eingehalten werden müssen. Diese Toleranzen sind gegeben durch die Konzentrizität des Lagers gegenüber dem Innendurchmesser des Stators sowie die sonstige genaue Einhaltung der Ausrichtung und der Abmessungen. Werden die Polstücke als getrennte Teile für sich angefertigt, dann in einer Form einander gegenübergestellt und darauf umgossen, so sind bestenfalls Toleranzen in der Größenordnung von fünf hundertstel Zoll erzielbar. Um die Einhaltung der vorerwähnten, besonders engen Toleranzen unter Beibehaltung der Technik des Gießens zu ermöglichen, war es notwendig, ein Verfahren zu entwickeln, das es gestattet, die begrenzten Möglichkeiten hinsichtlich der Einhaltung von Toleranzen beim Gießprozeß zu verbessern. Dies gelingt mit Hilfe der Erfindung durch Schaffung eines die Polschuhe genauestens in ihrer Lage fixierenden Stators, der die schwer zu bearbeitenden Dauermagnete mit wesentlich geringeren Anforderungen an die Fertigungstoleranz aufnehmen kann.Method for manufacturing a stator for electrical machines with permanent magnetic poles and through non-magnetic material at a distance from each other mounted pole pieces The invention is concerned with the manufacture of a stator for electrical machines with permanent magnetic poles and through non-magnetic material Soft iron pole schools held at a distance from one another. It enables the manufacture of miniature motors, with tolerances on the order of two up to three thousandths of an inch must be adhered to. These tolerances are given by the concentricity of the bearing with respect to the inner diameter of the stator as well the other precise compliance with the alignment and dimensions. Will the pole pieces made as separate parts for themselves, then juxtaposed in a form and poured onto it, tolerances are on the order of five at best hundredths of an inch achievable. To ensure compliance with the aforementioned, particularly narrow To enable tolerances while maintaining the technique of casting, it was necessary to to develop a method that allows the limited possibilities regarding to improve compliance with tolerances in the casting process. This can be done with help of the invention by creating a precisely fixing the pole pieces in their position Stator that has the difficult-to-machine permanent magnets with much smaller ones Can accommodate requirements for manufacturing tolerance.

Die Aufgabe, einen zur Aufnahme des Dauermagneten geeigneten starren Stator zu schaffen, wird nach dem Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf einen Körper aus vorher in eine bestimmte Form gebrachtem ferromagnetischem Material, der ein Paar einander gegenüber angeordneter Polschuhe zu bilden bestimmt ist, nichtmagnetisches Material aufgebracht wird, welches ein Statorgestell bildet, und daß ein mit der Achse der Maschine konzentrischer Hohlraum hergestellt wird, durch den der ferromagnetische Körper magnetisch in ein Polpaar aufgetrennt und die Innenflächen der Polschuhe gebildet werden.The task of a rigid one suitable for receiving the permanent magnet Creating a stator is achieved according to the method according to the invention by that on a body made of ferromagnetic material previously brought into a certain shape Material intended to form a pair of opposing pole pieces is, non-magnetic material is applied, which forms a stator frame, and that a cavity concentric with the axis of the machine is made, by which the ferromagnetic body is magnetically separated into a pair of poles and the inner surfaces of the pole pieces are formed.

Nach einer bevorzugten Ausführungsweise des Verfahrens wird das Statorgestell so gestaltet, daß dadurch mindestens ein Flanschteil gebildet wird, und der axiale Hohlraum so ausgebildet, daß er zugleich mit den Innenflächen der Polschuhe einen Lagersitz für die Ankerwelle bildet.According to a preferred embodiment of the method, the stator frame designed so that thereby at least one flange part is formed, and the axial Cavity formed so that it is also one with the inner surfaces of the pole pieces Forms bearing seat for the armature shaft.

Vorzugsweise wird auf beide Endflächen der Längsausdehnung des als einteiliger Körper vorher in eine bestimmte Gestalt gebrachten ferromagnetischen Materials nichtmagnetisches Material aufgebracht, derart, daß ein Paar einander gegenüber angeordneter Flanschteile aus nichtmagnetischem Material gebildet werden, die, in einem Abstand voneinander durch das ferromagnetische Material. verbunden, das Statorgestell bilden. Die Herstellung des Hohlraumes geschieht vorzugsweise durch Bohren. Die Endflanschteile können aus Aluminium gegossen werden.Preferably, the longitudinal extent of the as is on both end faces one-piece body ferromagnetic previously brought into a certain shape Material applied non-magnetic material such that a pair of each other opposing flange parts are made of non-magnetic material, which, at a distance from each other by the ferromagnetic material. tied together, form the stator frame. The cavity is preferably produced by drilling. The end flange parts can be cast from aluminum.

In den Enden der Längsausdehnung des einteiligen Polschuhes können Nuten gebildet werden, und das nichtmagnetische Material kann an dem ferromagnetischen Material durch die Ausbildung einer schwalbenschwanzartigen Verbindung, welche diese Nuten enthält, befestigt werden.In the ends of the longitudinal extension of the one-piece pole piece can Grooves are formed, and the non-magnetic material can be attached to the ferromagnetic Material through the formation of a dovetail-like connection, which this Contains grooves to be attached.

In dem Statorgestell kann ein zum Innenraum zwischen den Polschuhen konzentrischer Sitz für ein Lager gebildet werden, wobei die gegenseitige Konzentrizität in engen Toleranzen gehalten wird. Anschließend kann in der Mitte des Sitzes ein Loch für den Durchgang einer Ankerwelle durch Bohren hergestellt werden.In the stator frame a to the interior space between the pole pieces concentric seat can be formed for a bearing, with mutual concentricity is kept within tight tolerances. Then a can in the middle of the seat Hole for the passage of an armature shaft can be made by drilling.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. In den Zeichnungen stellt Fig. 1 abgebrochen in perspektivischer Darstellung eine Stange aus ferromagnetischem Material dar; Fig.2 gibt eine perspektivische Ansicht eines Stücks, das aus der Stange gemäß Fig.1 herausgeschnitten ist, wieder; Fig. 3 ist ein Seitenaufriß des in Fig.2 dargestellten Stückes, nachdem es so bearbeitet worden ist, daß schwalbenschwanzähnliche Vorsprünge und Nuten angrenzend an die Endender Stücke gebildet werden; Fig. 4 ist eine Oberansicht des in Fig. 3 dargestellten Stücks; Fig. 5 ist eine Oberansicht des in Fig. 3 und 4 dargestellten Stücks mit angegossenen Endringen; Fig. 6 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 5, bei der das Eingußende konzentrisch mit den Kanten der ferromagnetischen Polstücke bearbeitet ist; Fig. 7 zeigt den Stator, nachdem er ausgerichtet ist und durch den. Mittelteil Öffnungen gebohrt und nachgerieben worden sind, so daß die beiden Polstücke gebildet werden; Fig. 8 ist, von oben gesehen, eine weitere Ansicht des Stators, wie er in Fig. 7 dargestellt ist; Fig. 9 ist eine Endansicht des Stators von links auf die Fig. 7 und 8 gesehen; Fig. 10 ist eine Endansicht von rechts auf die Fig. 7 und 8 gesehen; Fig.11 ist eine Darstellung im Querschnitt, im wesentlichen längs der Linie 11-11 von Fig. 7; Fig. 12 ist eine perspektivische Darstellung, die den Stator und zwei permanent magnetische Teile, getrennt voneinander, in einer zum Einbringen in ihre Endlage bereiten Lage zeigt; Fig.13 ist eine Darstellung im Querschnitt, im wesentlichen längs der Linie 13-13 von Fig.8.The invention is exemplified below with reference to the drawings explained in more detail. In the drawings, Fig. 1 is broken away in perspective Representation of a rod made of ferromagnetic material; Fig.2 gives a perspective View of a piece that has been cut out of the rod according to Figure 1, again; Figure 3 is a side elevational view of the piece shown in Figure 2 after it has been so machined has been that dovetail-like protrusions and grooves adjacent are formed at the ends of the pieces; Fig. 4 is a top view of the in Fig. 3 shown piece; FIG. 5 is a top view of that shown in FIGS. 3 and 4. FIG Piece with molded end rings; FIG. 6 is a view similar to FIG. 5, at machining the sprue end concentrically with the edges of the ferromagnetic pole pieces is; Fig. 7 shows the stator after it has been aligned and through the. Middle part Openings have been drilled and reamed so that the two pole pieces are formed will; 8 is another view of the stator as seen from above, as shown in FIG Fig. 7 is shown; 9 is an end view of the stator from the left of FIG Figures 7 and 8 seen; Figure 10 is a right end view of Figures 7 and 7 8 seen; Figure 11 is a cross-sectional view taken substantially along that line Line 11-11 of Figure 7; Fig. 12 is a perspective view showing the stator and two permanent magnetic parts, separated from each other, in one for insertion shows position ready in its end position; Fig. 13 is a cross-sectional view, substantially along line 13-13 of Figure 8.

Fig. 1 der Zeichnungen stellt eine Profilstange aus ferromagnetischem Material 10 dar. Diese z. B. aus Stahl bestehende Stange ist mit einer Vielzahl bearbeiteter Facetten 12 versehen, von denen jede in eine Schulter 14 ausläuft. Die fertig bearbeiteten Facetten 12 sind parallel zueinander. Die parallelen Facetten schaffen Flächen, gegen welche die parallelen Flächen der permanenten Magneten sich im fertigen Motor anlegen können. Der mittlere Teil 16 weist keine besondere Bearbeitung auf, da das meiste hiervon weggeschnitten wird, wenn der Stator, wie weiter unten beschrieben, bearbeitet wird. Der mittlere Teil braucht nicht notwendigerweise aus Stahl zu bestehen, da seine Aufgabe nur darin besteht, die Randteile zu halten, die mit den Facetten 12 und den in genauen Abständen und genauer Ausrichtung zueinander befindlichen Schultern 14 versehen sind. Ferner könnte der mittlere Teil aus einem nur dünnen Stegteil bestehen, das benutzt wird, um die Randteile während des Formvorganges in genauer Lage zu halten, der weiter unten beschrieben wird. Die gegenüberstehenden Kanten 18 liegen parallel zueinander und im wesentlichen in gleichen Abständen. Die Vorratsstange 10 wird in genügend langen Abschnitten für die Herstellung der Polstücke in einem Elektromotor oder in einer anderen elektrischen Maschine benutzt.Fig. 1 of the drawings shows a profile bar made of ferromagnetic material 10. This z. B. made of steel rod is provided with a plurality of machined facets 12, each of which terminates in a shoulder 14. The finished facets 12 are parallel to one another. The parallel facets create surfaces against which the parallel surfaces of the permanent magnets can rest in the finished motor. The middle portion 16 has no special machining as most of it is cut away when machining the stator as described below. The middle part need not necessarily be made of steel, since its function is only to hold the edge parts which are provided with the facets 12 and the shoulders 14 which are precisely spaced and precisely aligned with one another. Furthermore, the central part could consist of only a thin web part which is used to hold the edge parts in precise position during the molding process, which is described further below. The opposing edges 18 are parallel to one another and essentially at equal intervals. The supply rod 10 is used in sufficiently long sections for the manufacture of the pole pieces in an electric motor or in another electric machine.

Der erste Verfahrensschritt besteht darin, ein Profilstück 20 von der Stange auf geeignete Länge zu schneiden. Nach dem Abschneiden auf genaue Länge wird das Profilstück in eine Fräsmaschine eingespannt, auf der die V-förmigen Nuten 22 ausgearbeitet werden; diese Nuten erstrecken sich von Ende zu Ende der Werkstücke, die schließlich zu Polstücken, werden, und die bogenförmigen Nuten 24 werden, wie Fig.3 es zeigt, ausgearbeitet. Außerdem werden die V-förmigen Nuten 26 ausgearbeitet, um die schwalbenschwanzartigen Vorsprünge oder Zapfen 28 zu bilden. Es sei bemerkt, daß die V-förmigen Nuten 22 in den zu bearbeitenden Flächen 12 entgegengesetzt liegenden Teilen ausgearbeitet werden.The first step is to produce a profile piece 20 from cut the rod to a suitable length. After cutting to exact length the profile piece is clamped in a milling machine on which the V-shaped grooves 22 to be elaborated; these grooves extend from end to end of the workpieces, which eventually become pole pieces, and the arcuate grooves 24 become, like Fig.3 shows it worked out. In addition, the V-shaped grooves 26 are worked out, to form the dovetail protrusions or tenons 28. It should be noted that the V-shaped grooves 22 in the surfaces to be machined 12 are opposite Parts to be worked out.

Das Werkstück 20 wird dann mit einem Kupferüberzug versehen. Nach der Verkupferung wird das Werkstück 20, in das die in Fig. 3 und 4 gezeigten Nuten eingearbeitet sind, in eine Form gelegt, in welcher die Endteile 30 und 32 aus einem nicht ferromagnetischen Material, wie z. B. Leichtmetall, insbesondere Aluminium, gegossen werden. Diese Gußkörper 30 und 32 sind mit Flanschen 34 versehen, welche in den V-förmigen Nuten 26 sitzen, so daß die Schwalbenschwänze 28 in schwalbenschwanzförmigen Nuten angeordnet sind, die in dem Aluminiumgußstück und den Teilen 30 und 32 eingegossen sind. Das Endteil 32 ist mit einem zylindrischen eingußartigen Vorsprung 36 versehen, der in einen abgesetzten Teil 38 übergeht. Dieser abgesetzte Teil 38 wird in einer geeigneten Drehbank überdreht, um so eine bearbeitete Fläche 40 zu schaffen, die im wesentlichen konzentrisch und parallel zu den Kanten oder Rändern 18 der Werkstücke 20 liegt.The workpiece 20 is then provided with a copper coating. To the copper plating is the workpiece 20, in which the grooves shown in FIGS. 3 and 4 are incorporated, placed in a form in which the end parts 30 and 32 from one non-ferromagnetic material, such as. B. light metal, especially aluminum, to be poured. These cast bodies 30 and 32 are provided with flanges 34, which sit in the V-shaped grooves 26 so that the dovetails 28 are in dovetail-shaped Grooves are arranged which are cast in the aluminum casting and the parts 30 and 32 are. The end part 32 is provided with a cylindrical sprue-like projection 36, which merges into a detached part 38. This stepped part 38 is in a suitable lathe so as to create a machined surface 40 that substantially concentric and parallel to the edges or rims 18 of the workpieces 20 lies.

Die fertige Fläche 40 wird dann in einem Spannfutter einer Revolverdrehbank angeordnet, wo die folgenden Arbeitsvorgänge durchgeführt werden: Die Ränder der Endteile 30 und 32 und der Rand des ferromagnetischen Werkstücks 20 werden auf die in den Fig. 7 bis 10 gezeigte Größe abgearbeitet. Zur gleichen Zeit, während der dieses Abarbeiten stattfindet, bohrt ein Bohrer, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich ist dem Abstand zwischen den Polstücken in dem fertigen Stator, den Kern in dem Endteil 30 und dem Werkstück 20 aus. Die durch diesen Bohrvorgang gebildete Öffnung 43 ergibt zwei Polstücke 42, die mit Polschuhen 44 versehen sind, welche Sitze für die Permanent-Magneten 46 bilden, wenn diese in ihrer Lage montiert werden. Nachdem die Öffnung ausgebohrt ist, wird sie vorzugsweise nachgerieben, so daß sie genau den Durchmesser bekommt, der zwischen den beiden Flächen der Pole 42 erforderlich ist. Wenn dieser Arbeitsgang ausgeführt ist, wird die Aussparung 48 in dem Endteil 32 durch Bohren des zu der Öffnung 43 konzentrischen Loches hergestellt. Die Aussparung 48 bildet einen Sitz für das Lager der Ankerwelle. Schließlich wird die Bohrung 41, durch welche die Ankerwelle hindurchrast, durch das Endteil 32 (Fis. 11) gebohrt.The finished surface 40 is then placed in a chuck of a turret lathe where the following operations are performed: The edges of the end portions 30 and 32 and the edge of the ferromagnetic workpiece 20 are machined to the size shown in FIGS. 7-10. At the same time that this machining takes place, a drill, the diameter of which is substantially equal to the distance between the pole pieces in the finished stator, drills out the core in the end part 30 and the workpiece 20. The opening 43 formed by this drilling operation results in two pole pieces 42 which are provided with pole pieces 44 which form seats for the permanent magnets 46 when these are mounted in their position. After the opening has been drilled out, it is preferably re-rubbed so that it has exactly the diameter that is required between the two surfaces of the poles 42. When this operation is carried out, the recess 48 is made in the end portion 32 by drilling the hole concentric with the opening 43. The recess 48 forms a seat for the armature shaft bearing. Finally, the bore 41 through which the armature shaft engages is drilled through the end part 32 (FIG. 11).

Aus dem Vorstehenden wird ohne weiteres ersichtlich, daß die beiden Polstücke aus einem Stück einer Vorratsprofilstange gefertigt werden können, und daß die Polstücke in ihrer Lage eingegossen werden können, so daß sie einen starren Aufbau bilden. Ein Kupferüberzug oder eine Plattierung wirkt als Bindemittel zwischen dem Stahl oder dem sonstigen ferromagnetischen Werkstoff und dem Aluminium-Gußkörper. An Stelle von Aluminium können auch andere Metalle wie Bronze oder Messing oder andere geeignete, nicht ferromagnetische Legierungen verwendet werden. Dies ergibt einen starren, genau gefertigten Stator, in welchem die Teile genau angeordnet und ständig in ihrer Lage gehalten werden.From the foregoing it is readily apparent that the two Pole pieces can be manufactured from one piece of a stock profile rod, and that the pole pieces can be cast in place so that they stiff one Build up. A copper plating or plating acts as a binder between the steel or other ferromagnetic material and the cast aluminum body. Instead of aluminum, other metals such as bronze or brass or other suitable non-ferromagnetic alloys can be used. This gives a rigid, precisely manufactured stator in which the parts are precisely arranged and be kept in place at all times.

Die Kupferplattierung oder Verkupferung kann, obwohl sie zur Erzielung der besten Resultate wünschenswert ist,- auch weggelassen werden, sofern nur das Aluminium-Gußstück mit den Polstücken zusamrnenwirkt, um einen starren Aufbau zu bilden. Die Verkupferung ergibt nur ein besonders günstiges Bindemittel zwischen dem Aluminium-Gußstück und den Polstücken und gibt- so der Anordnung eine größere Festigkeit.The copper plating or copper plating can be used although they are used to achieve the best results are desirable - can also be omitted, provided that only that Aluminum casting cooperates with the pole pieces to provide a rigid structure form. The copper plating only results in a particularly favorable binding agent between the aluminum casting and the pole pieces, giving the arrangement a larger one Strength.

Das Verfahren, eine Höhlung durch die Endteile und das Werkstück 20 durchzubohren, wie auch das Werkstück 20 in zwei Polstücke zu trennen, ist nicht beschränkt auf Konstruktionen, bei denen die Endteile an das Werkstück 20 angegossen sind, da dieses Verfahren insbesondere auch in Anordnungen benutzt werden kann, bei denen die Endteile an dem Werkstück mittels Hartlötung oder durch eine andere bekannte Befestigungsart befestigt werden können.The method, a cavity through the end portions and workpiece 20 drilling through, as well as separating the workpiece 20 into two pole pieces, is not necessary limited to constructions in which the end parts are cast onto the workpiece 20 are, as this method is also used in particular in arrangements will can, in which the end parts on the workpiece by means of brazing or by a other known type of fastening can be attached.

Die hier beschriebene Ausführungsform stellt eine bevorzugte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung dar, doch ist diese selbstverständlich nicht darauf beschränkt; vielmehr sind bei der Ausführung der Erfindung zahlreiche Abwandlungen in Form, Einzelheiten, Maßverhältnissen und Anordnungen der Teile möglich, deren Kombination und Arbeitsweise, allgemein gesprochen, in einer Anordnung und in Maßnahmen bestehen, die den oben beschriebenen Zwecken dienlich sein können.The embodiment described here represents a preferred embodiment of the invention, but of course it is not limited thereto; much more are in the execution of the invention numerous modifications in form, details, Dimensional proportions and arrangements of the parts possible, their combination and mode of operation, generally speaking, consist in an arrangement and actions similar to the above may be useful for the purposes described.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A process for the production of a stator for electrical machines with permanent magnetic poles and pole pieces of soft iron held at a distance from one another by non-magnetic material, characterized in that on a body of ferromagnetic material previously brought into a certain shape, which is a pair of opposite one another Pole shoes are intended to be formed, non-magnetic material is applied, which forms a stator frame, and that a cavity concentric with the axis of the machine is produced through which the ferromagnetic body is magnetically separated into a pole pair and the inner surfaces of the pole shoes are formed.

2. The method according to claim 1, characterized characterized in that the stator frame is designed so that thereby at least a flange part is formed, and that the axial cavity is designed so that he at the same time with the inner surfaces of the pole shoes a bearing seat for the armature shaft forms.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that on both end faces of the longitudinal extent of as a one-piece body previously in Ferromagnetic material given a certain shape is non-magnetic Material is applied in such a way that a pair of opposed to each other Flange parts made of non-magnetic material are formed at a distance connected to each other by the ferromagnetic material form the stator frame.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the cavity is made by drilling.

5. Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the end flange parts are cast from aluminum will.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that grooves are formed in the ends of the longitudinal extension of the one-piece pole piece and that the non-magnetic material is attached to the ferromagnetic material by the Formation of a dovetail-like connection which contains these grooves, is attached.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that in the stator frame a concentric to the interior space between the pole pieces Seat for a warehouse is formed, the mutual concen- tricity in close Tolerances is maintained, and that subsequently a hole in the middle of the seat is drilled for the passage of an armature shaft. Considered publications: German Patent Nos. 484 494, 597 597, 663 955, 909 472.