DE2236953B2

DE2236953B2 - Statorkern fuer rotierende elektrische maschinen und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2236953B2
Application number: DE19722236953
Authority: DE
Inventors: Yasushi Hitachi Ebine Toshiyuki Katsuta Ohwada Takefumi Tomozaki Ryozo Hitachi Ohuchi (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1971-07-30
Filing date: 1972-07-27
Publication date: 1977-09-01
Also published as: DE2236953A1; DE2265310A1; DE2265310C3; DE2265310B2; DE2236953C3; JPS5341321B1; US3842493A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Statorkern für rotierende elektrische Maschinen, bestehend aus einem schraubenlinienförmig und dicht gewickelten Stahlband mit Zähnen, die an dessen Innenseite durch in gleichen Abständen ausgestanzte Schlitze gebildet sind, und mit einzeln in bezug auf die Mittellinie dieser Zähne ausgerichteten kreisförmigen Aussparungen an der Außenseite zur Aufnahme der Spannungen beim Biegen des Bandes.

Bei einem gattungsgleichen Stahlband für einen Statorkern (DT-OS 19 13 309) weisen die Zähne am Zahnfuß Verdickungen auf, die etwa denen am Zahnende entsprechen. Damit sind aber Statorkerne mit günstigen magnetischen Kennlinien nicht zu erreichen, da die Spannungsverteilung im Material nach dem sehrauberilinienförmigen Wickeln im Hinblick auf die plastischen Eigenschaften des Materials nicht sehr günstig verläuft.

Bei einem anderen bekannten Statorkern (US-PS 56 902) werden am Stahlband vor dem Wickeln an der Innenseite und auch an der Außenseite Kerben angebracht, um einerseits das Wickeln zu erleichtern und andererseits die Längenunterschiede beim Wickeln auszugleichen.

Bei einem weiteren bekannten Statorkern mit durchgehend vom Zahnfuß aus bis zum Abschlußsteg glatten Zahnflanken (US-PS 28 45 555) wird beim ^b5 Wickeln des Bandes der außen durchlaufende Bandteil durch Kaltwalzen verjüngt, se daß eine günstige Rundung erreicht wird und Zwischenräume zwischen den einzelnen Lagen entstehen, in die zum Herstellen einer festen Einheit eine Schmelze eingeführt wird. Auch hier ergibt sich kein besonders günstiger Verlauf der magnetischen Kennlinien.

Es ist schließlich bekannt (US-PS 29 20 594), ein Stahlband für einen Stator an der Außenseite so zu wellen, daß nach dem Wickeln eine glatte runde Außenfläche entsteht. Dieses Band weist auch kurze Zähne auf, von denen jeweils zwei durch einen Abschlußsteg miteinander verbunden sind. Damit sind zwar Spannungen weitgehend zu vermindern, aber es entsteht so ein Statorkern, der sehr dünn und damit nur beschränkt einsetzbar ist.

Es sind viele Statorkerne aus einem schraubenlinienförmig und dicht gewickelten Stahlband bekannt. Aber keiner dieser bekannten Statorkerne weist die gewünschten magnetischen Kennlinien auf. Der Hauptgrund dafür liegt darin, daß einerseits die Kennlinien durch das Verhalten des Materials im plastischen Bereich bei der Verformung beeinflußt werden und andererseits verschiedene Faktoren für das plastische Verhalten nicht konstant sind, während sich die Spannungsverteilung im Stahlband beim Fortschreiten des Wickelprozesses verändert. Das bewirkt große Abwe^:chungen von den vorgesehenen geometrischen Abmessungen, die für die gewünschten Kennlinien des magnetischen Feldes erforderlich sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Statorkern der eingangs erwähnten Gattung so weiterzubilden, daß lokale Deformationen bewußt an einen ganz bestimmten Punkt des Stahlbandes gelegt werden, um so die Spannungsverteilung in den Zähnen, insbesondere an den Zahnfüßen, so auszugleichen, daß konzentrische Spannungen plastischer Deformation in den Zahnfuß sowohl beim Wickeln als auch beim Einfügen des äußeren Umrisses des gewickelten Kerns in eine Kreisform eingeführt werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf den sich gegenüberliegenden Seiten des Halses der Zähne, ausgehend vom Zahnfuß, Ausschnitte zur Aufnahme der Spannungen und zur Verminderung der plastischen Deformation der Zähne vorgesehen sind.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung derartiger Statorkerne besteht darin, daß ein an der Innenseite mit Zähnen und Schlitzen versehenes Stahlband zunächst zum Spannungsausgleich einerseits an der Außenseite mit kreissektorförmigen, zur Mittellinie der Zähne mittig angeordneten Aussparungen versehen wird, und andererseits vom Fuß der Zähne ausgehende, entlang den Seiten der Zähne verlaufende Ausschnitte angebracht werden, daß das Stahlband schraubenlinienförmig und dicht gewickelt wird und dann der so gebildete Kern nach Festlegen der Enden des Stahlbandes durch einen Prägedruck in eine Kreisform gebracht wird, die radial zum Mittelpunkt jeder Lamellierung der Zähne einwirkt, wobei der äußere Umrifi des Kerns als Führung dient.

Der erfindungsgemäße Statorkern, insbesondere der nach dem Devorzugten Verfahren hergestellte, ist einfach und wirtschaftlich herzustellen. Es ergibt sich dabei kein wesentlicher Abfall. Die plastische Deformation wird auf das notwendige Minimum beschränkt und ermöglicht durch die exakte Bestimmung des Bereiches, in dem sie in einer genau vorherbestimmbaren Weise auftritt, nicht nur das Entstehen von sehr geringen Restspannungen, sondern auch eine einwandfreie Reproduzierbarkeit, so daß auch bei einer Massenpro-

düktion eine völlige Übereinstimmung aller Statorkerne gesichert ist. Auch das Festlegen der Enden des Stahlbandes kann in einer Weise erfolgen, welche die Zähne im Statorkern nicht beeinflußt und so die Spannungsverteilung und damit das magnetische Feld nicht verändern kann. Bei dem Statorkern gemäß der Erfindung tritt nur in einem sehr geringen Maße ein magnetisches Rauschen ein.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Stahlband für einen bekannten Statorkern für rotierende elektrische Maschinen,

F i g. 2 eine vergrößerte Teildraufsicht auf einen Teil eines schraubenlinienförmig gewickelten, jedoch gemäß der Erfindung ausgebildeten Stahlbandes,

Fig.3 eine Teildraufsieht auf einen schiaubenlinienförmig gewickelten Siatorkern gemäß der Erfindung, dessen äußerer Umriß in eine Kreisform gebracht wird, und

Fig.4 und 5 vergrößerte Teilansichten von Teilen desselben.

In F i g. 1 weist ein Stahlband 1 mit einer Dicke von ungefähr 0,8 mm auf seiner einen Seite in gleichem Abstand ausgestanzte Schlitze 3 auf, um so mehrere gleich beabstandete 2'ähne 2 zu bilden. Das Stahlband 1 ist schraubenlinienförmig und dicht gewickelt, wobei die Zähne nach innen weisen, um einen Statorken· zu bilden. Das Stahlband 1 besitzt auf seiner den Zähnen 2 gegenüberliegenden Seite kreisförmige Aussparungen 4, die einzeln mit den jeweiligen Zähnen 2 ausgerichtet sind, um ein glattes schraubenlinienförmiges Wickeln des Stahlbandes! zu ermöglichen.

F i g. 2 zeigt einen Teil eines gewickelten Stahlbandes. Durch eine äußere Kraft W wird in bezug auf eine Mittellinie OX eines Zahnes 2, die durch den Mittelpunkt einer zugeordneten äußeren Aussparung 4 verläuft, ein Biegemoment M erzeugt. Dieses Biegemoment verursacht lokale Zug- und Druckspannungen im Material des Teils EFI] des Stahlbandes 1, was entsprechende plastische Deformationen bewirkt.

Die so verursachte Spannung ändert sich, wenn sich der Angriffspunkt des Biegemoments entlang der Linie // verschiebt, um entsprechend diese Spannungen zu verringern, ist es an sich wünschenswert, den Zahn 2 so klein wie möglich zu machen. Es ist aber in magnetischer Hinsicht unerwünscht, die Querschnittsfläche des Zahnes 2 zu verkleinern, da dadurch die erzeugte spezifische Leistung abfällt.

Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, lokale Ausschnitte 5 mit einer Tiefe h auf den gegenüberliegenden Seiten des Halses jedes Zahnes 2 vorzusehen. Dies ist zweckmäßig, da mit den Ausschnitten 5 die Entfernung des Angriffspunktes des Biegemoments vom Mittelpunkt der Linie OX verringert wird. Die Tiefe h ist innerhalb der erlaubten technologischen Grenzen möglichst groß. Hei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, mit einer freien Verlängerung des ursprünglichen Teils OA in den Teil OC, werden Druckspannungen auf einer Lirie OP erzeugt, die den Mittelpunkt O der Aussparung und die Ecke P des Ausschnittes verbindet; genauer ausgedrückt, auf einem Liniensegment zwischen einem neutralen Punkt und dem Punkt P. Deshalb ist as möglich, die Spannungen plastischer Deformation bei einer Zugdeformation im Teil GCOPK und Druckdeformationen in den Teilen KP

ίο und LQ sehr klein zu machen, um eine genaue Geometrie des Außenrandes und des gezahnten Innenrandes des Statorkerns zu erreichen.

Die entgegengesetzten Enden des schraubenlinien förmig zu einem Statorkern gewickelten Stahlbandes können, wie bekannt, in ihrer Lage durch Verschweißen festgelegt werden.

Der so ausgebildete Statorkern nimmt gewöhnlicherweise nichi eine regelmäßige Kxeisform, sondern eine Polygonform an. Es ist jedoch bekannt, daß der Kern im idealen Fall kreisförmig sein soll. Die angestrebte geometrische Kreisform kann jedoch im wesentlichen durch eine Stanz- oder Prägebehandlung erreicht werden. Durch Prägen können, wie in der F i g. 3 dargestellt, beispielsweise ein beinahe kreisförmiger

JS äußerer Umriß 03 in einen Kreis 0t und ein beinahe kreisförmiger innerer Umriß 0, in einen Kreis 0₂ übergeführt werden.

Der Prägevorgang ruft allerdings Spannungen plastischer Deformation in den Teilen des Statorkerns

3G hervor, die neben dem sich ergebenden inneren bzw. äußeren Umriß 0: und 0^ liegen, was entsprechende Restdeformationen bewirkt. Am kritischsten ist ein Verbiegen der Zähne, das den Eintrittsweg der Windungen zur Magnetisierung des Statorkerns sperrt.

Um das zu vermeiden, müssen die beim Prägen verursachten Deformationsspannungen lokal begrenzt und möglichst gering gehalten werden. Wie in Fig. 2 aufgezeigt, wird durch die Ausschnitte 5 die radial verursachte Deformationsspannung (in Längsrichtung des Zahnes) in eine sich frei ausdehnende Deformation verwandelt, was durch Strichlinien angedeutet ist. Dadurch wird die verursachte mechanische Spannung verringert. In Fig. 4 ist dann eine vergrößerte Seitenteilansicht einer Lamellierung dargestellt. Wie dabei gezeigt ist, wird ungefähr ein Drittel der Lamellierungsfläche in Druckkontakt mit einer Presse gebracht und, wie bei a angedeutet, abgeschert, während die zurückbleibenden zwei Drittel der Fläche abgebrochen werden, wie bei b angedeutet ist. Die sich ergebende Fläche ist um einen Winkel λ geneigt. (Tatsächlich hängt diese Neigung auch von den Prägebedingungen ab.) Aus der in der F i g. 5 dargestellten Draufsicht geht hervor, daß die Vorrichtung so angeordnet ist. daß die der Prägung unterworfene Fläche so klein wie möglich ist, wodurch die verursachten Spannungen plastischer Deformation möglichst klein gemacht werden.

I iierzu 2 Blatt Zeichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Statorkern für rotierende elektrische Maschinen, bestehend aus einem schraubenlinienförmig und * dicht gewickelten Stahlband mit Zähnen, die an dessen Innenseite durch in gleichen Abständen ausgestanzte Schlitze gebildet sind, und mit einzeln in bezug auf die Mittellinie dieser Zähne ausgerichteten kreisförmigen Aussparungen an der Außenseite zur Aufnahme der Spannungen beim Biegen des Bandes, dadurch gekennzeichnet, daß auf den sich gegenüberliegenden Seiten des Halses der Zähne (2), ausgehend vom Zahnfuß, Ausschnitte (5) zur Aufnahme der Spannungen und zur Verminde- '5 rung der plastischen Deformation der Zähne vorgesehen sind.

2. Verfahren zum Herstellen eines Statorkerns für rotierende elektrische Maschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Innenseite « mit Zähnen und Schlitzen versehenes Stahlband zunächst zum Spannungsausgleich einerseits an der Außenseite mit kreissektorförmigen, zur Mittellinie der Zähne miltig angeordneten Aussparungen versehen wird, und andererseits vom Fuß der Zähne ²S ausgehende, entlang den Seiten der Zähne verlaufende Ausschnitte angebracht werden, daß das Stahlband schraubenlinienförmig und dicht gewikkelt wird und dann der so gebildete Kern nach Festlegen der Enden des Stahlbandes durch einen Prägedruck in eine Kreisform gebracht wird, die radial zum Mittelpunkt jeder Lamellierung der Zähne einwirkt, wobei der äußere Umriß des Kerns als Führung dient.

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