DE963802C

DE963802C - Laminated core for electrical machines, which is composed of sheet metal parts with a preferred magnetic direction

Info

Publication number: DE963802C
Application number: DEW16200A
Authority: DE
Inventors: Clifford C Horstman
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1954-03-17
Filing date: 1955-03-12
Publication date: 1957-05-16

Description

Blechpaket für elektrische Maschinen, das aus Blechteilen mit magnetischer Vorzugsrichtung zusammengesetzt ist Es ist bekannt, daß man den Blechen, z. B. zum Aufbau des Eisenkörpers von Transformatoren und Maschinen, eine gerichtete Struktur geben kann, so daß die Bleche für den magnetischen Fluß eine Vorzugsrichtung besitzen. Stimmt der Verlauf des magnetischen Flusses mit dieser Vorzugsrichtung überein, so treten in den Blechen besonders geringe Verluste auf; außerdem ist eine höhere magnetische Sättigung der Bleche erreichbar. Dieser Richteffekt an den Blechen wird vor allem durch die Art der Herstellung, und zwar durch einen Kaltwalzprozeß erzielt. Die Anwendung derartiger magnetisch gerichteter Bleche für das aktive Blechpaket von elektrischen Maschinen ist nun insofern mit Schwierigkeiten verbunden, als der magnetische Fluß im Jochteil des Blechpaketes im wesentlichen in der Umfangsrichtung, d. h. also tangential verläuft, während er in den die Wicklung einschließenden Zähnen einen radial gerichteten Verlauf aufweist. Es ist unter diesen Umständen unmöglich, in der bisherigen Weise den Ständer aus Blechsegmenten oder Blechringen aufzubauen, bei- denen die Zähne und der Jochteil zusammenhängen bzw. aus einem einheitlichen Blech herausgestanzt sind. Es ist nun bereits ein Vorschlag zum Aufbau des Ständers von elektrischen Maschinen bekanntgeworden, bei denen die aus Material mit magnetischer Vorzugsrichtung bestehenden Blechsegmente des Ständerjochkranzes sowie einzelne Zahnsegmente für sich hergestellt sind und die Zahnsegmente durch schwalbenschwanzähnliche Vorsprünge od. dgl. in entsprechende Nuten der Ständerjochsegmente eingelassen sind. Diese Anordnung macht es zwar möglich, die Zahnteile und die Jochteile aus Material mit magnetischer Vorzugsrichtung derart aufzubauen, daß der Kraftfluß in den Zähnen bzw. im Joch in der magnetischen Vorzugsrichtung verläuft, so daß hierdurch die Verluste herabgesetzt werden können. Diese Anordnung ist jedoch insofern noch verhältnismäßig unvollkommen, als es große Schwierigkeiten bereitet, die sehr beträchtlichen mechanischen Beanspruchungen unterworfenen Zähne genügend fest in dem Jochpaket, in dessen Nuten sie eingeschoben sind, zu befestigen. Außerdem ist bei dieser Anordnung auch eine gewisse Erhöhung des magnetischen Widerstandes beim Übertritt der Kraftlinien von den Zähnen auf die Bleche des Joches nicht zu vermeiden, weil es praktisch unmöglich ist, die schwalbenschwanzförmigen Vorsprünge od. dgl. an den Zahnblechen bzw. die sie aufnehmenden Nuten so genau zu bearbeiten, daß Luftspalte vollkommen ausgeschlossen sind.Sheet metal package for electrical machines, which consists of sheet metal parts with magnetic Preferred direction is composed. It is known that the metal sheets, for. B. to Construction of the iron body of transformers and machines, a directional structure can give, so that the sheets have a preferred direction for the magnetic flux. If the course of the magnetic flux agrees with this preferred direction, so there are particularly low losses in the sheets; also is a higher one magnetic saturation of the sheets achievable. This straightening effect on the sheets is mainly achieved by the type of production, namely by a cold rolling process. The use of such magnetically directed metal sheets for the active laminated core of electrical machines is now associated with difficulties insofar as the magnetic flux in the yoke part of the laminated core essentially in the circumferential direction, d. H. so it runs tangentially while it is in the teeth enclosing the winding has a radially directed course. It is impossible under these circumstances to build the stand from sheet metal segments or sheet metal rings in the previous way, both of which the teeth and the yoke part are connected or from one uniform Sheet metal are punched out. There is now already a proposal for the construction of the stand of electrical machines, in which those made of material with magnetic Preferred direction existing sheet metal segments of the stator yoke ring as well as individual ones Tooth segments are made for themselves and the tooth segments by dovetail-like ones Projections or the like are embedded in corresponding grooves in the stator yoke segments. Although this arrangement makes it possible for the tooth parts and the yoke parts to be made of material with a preferred magnetic direction to build up in such a way that the flow of force in the teeth or runs in the yoke in the preferred magnetic direction, so that this results in the Losses can be reduced. However, this arrangement is still proportionate in this respect imperfect as it causes great difficulty, the very considerable mechanical Teeth subjected to stresses are sufficiently strong in the yoke package, in its grooves they are inserted to fasten. In addition, with this arrangement there is also a certain increase in magnetic resistance when crossing the lines of force from The teeth on the metal sheets of the yoke cannot be avoided because it is practically impossible is, the dovetail-shaped projections od. The like. On the tooth plates or the to process them receiving grooves so precisely that air gaps are completely excluded are.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Blechpaketkonstruktion für elektrische Maschinen dieser Art zu schaffen, die sich insbesondere durch eine höhere Festigkeit der Zahnverbindung mit dem Blechpaket und eine verbesserte Überleitung der Kraftlinien von den Zähnen auf den Jochteil des Blechpaketes auszeichnet. Gegenstand der Erfindung ist ein unter Verwendung von Blechteilen mit verschiedener magnetischer Vorzugsrichtung in den Zähnen und im Jochteil aufgebautes Blechpaket für elektrische Maschinen mit den Fußteil der Zähne umfassenden Ausnehmungen der Jochbleche, welches sich dadurch auszeichnet, daß der Fußteil der Zahnbleche nur auf einer Seite breiter ist als die Zahnbreite und daß an den in Richtung der Maschinenachse aufeinanderfolgenden Blechen oder Blechpaketen die einseitigen Verbreiterungen der Zahnfüße abwechselnd auf verschiedenen Seiten des Maschinenumfanges liegen.The invention is based on the object of an improved laminated core construction to create for electrical machines of this type, in particular by a higher strength of the tooth connection with the laminated core and an improved transition the lines of force from the teeth on the yoke part of the laminated core. object of the invention is one using sheet metal parts with different magnetic Preferred direction in the teeth and in the yoke part built up laminated core for electrical Machines with recesses in the yoke plates that encompass the foot part of the teeth, which is characterized by the fact that the foot part of the toothed sheets is only wider on one side is than the tooth width and that at the successive ones in the direction of the machine axis Sheets or laminated stacks alternate the one-sided widening of the tooth roots lie on different sides of the machine circumference.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat zur Folge, daß die einzelnen Zahnlamellen nicht nur innerhalb der sie aufnehmenden Nuten der Jochbleche geführt und gehalten sind, sondern daß sie außerdem in wirksamster Weise zwischen den sie an den einseitigen Verbreiterungen überdeckenden benachbarten Jochblechen gehalten und fest verspannt sind. Diese Anordnung ergibt sowohl hinsichtlich der Festigkeit der Zähne wie bezüglich der magnetischen Leitfähigkeit eine wesentliche Verbesserung, da die Zahnbleche durch die seitliche Verspannung insbesondere gegen Kräfte in der Umfangsrichtung zusätzlich gehalten werden und da der Kraftfluß zu einem erheblichen Teil unter Umgehung der unvermeidlichen Spalte in den sie aufnehmenden Nuten aus den verbreiterten Teilen unmittelbar in die daran angepreßten Jochbleche übertreten kann. Die Erfindung eignet sich insbesondere für das einen Wechsel- oder Drehfluß führende Ständerblechpaket von elektrischen Maschinen großer Wirk- oder Scheinleistung.The arrangement according to the invention has the consequence that the individual tooth lamellae not only guided and held within the grooves of the yoke plates that accommodate them but that they are also in the most effective way between them at the one-sided Adjacent yoke plates overlapping widenings held and clamped tightly are. This arrangement results in both the strength of the teeth and in relation to the magnetic conductivity is a significant improvement, as the tooth plates due to the lateral tension in particular against forces in the circumferential direction are also kept and since the power flow to a considerable extent under Bypassing the inevitable gaps in the grooves they receive from the widened ones Share can pass directly into the yoke plates pressed against it. The invention is particularly suitable for the stator core that carries alternating or rotary flux of electrical machines with high active or apparent power.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand des Ausführungsbeispiels der Zeichnung näher erläutert. Fig. I zeigt eine Draufsicht auf einen Jochblechsektor, Fig. a eine Draufsicht auf ein einzelnes Zahnblech und Fig. 3 eine axiale Draufsicht auf einen Teil des zusammengebauten Ständerblechpaketes.In the following the invention is based on the embodiment of the Drawing explained in more detail. Fig. I shows a plan view of a yoke sector, FIG. A shows a plan view of a single toothed sheet and FIG. 3 shows an axial plan view on part of the assembled stator core.

Die Jochbleche 5 und die Zähne 6 werden aus fortlaufenden Streifen von gerichtetem magnetischem Blechmaterial gestanzt, deren Faserorientierung etwa mit der Richtung der in den Figuren eingezeichneten Pfeile 5' bzw. 6' übereinstimmt. Man sieht, daß diese Faserrichtung an den Jochblechen 5 tangential zum Umfang der Maschine liegt, so daß der in der Umfangsrichtung fließende magnetische Fluß im Jochteil des zusammengebauten Kernes nicht mehr als um etwa I5° von der Faserrichtung der Bleche abweicht. Die Faserrichtung 6' in den gestanzten Zähnen 6 stimmt mit der Längserstreckung des Zahnes überein, so daß sie auch mit der Flußrichtung im Zahn übereinstimmt.The yoke plates 5 and the teeth 6 are made from continuous strips punched from directed magnetic sheet material, their fiber orientation about coincides with the direction of the arrows 5 'and 6' shown in the figures. It can be seen that this fiber direction on the yoke plates 5 tangential to the circumference of the Machine lies, so that the magnetic flux flowing in the circumferential direction in the Yoke portion of the assembled core no more than about 15 ° from the grain the sheet deviates. The grain direction 6 'in the punched teeth 6 agrees the longitudinal extension of the tooth so that it also corresponds to the direction of flow in the Tooth matches.

Der Fuß eines jeden Zahnes besitzt nun eine Gestalt, die sich für die Herstellung einer ineinandergreifenden Verbindungsstelle mit einem der Jochbleche 5 eignet, und diese Verbindungsstelle ist vorzugsweise eine Winkelverbindungsstelle 7, wobei der Zahnfuß nur auf der einen Seite in der Umfangsrichtung über den Zahnschaft hinaus verbreitert ist, so daß also der Fußteil des Zahnbleches mit seiner Längserstreckung gegenüber dem Zahnblech selbst abgewinkelt ist. Die Jochbleche 5 besitzen dem Zahnfuß entsprechende Öffnungen 8, mit denen sie den Zahnfuß allseitig umfassen. Diese Öffnungen in den Jochblechen eignen sich daher dazu, die gestanzten Zähne an dem fertigen Blechpaket an ihrem Platz zu halten.The foot of each tooth now has a shape that is suitable for the production of an interlocking connection point with one of the yoke plates 5, and this connection point is preferably an angle connection point 7, the tooth root only on one side in the circumferential direction over the tooth shaft is also widened, so that the foot part of the toothed plate with its longitudinal extension is angled in relation to the tooth plate itself. The yoke plates 5 have the tooth base corresponding openings 8 with which they encompass the tooth base on all sides. These openings in the yoke plates are therefore suitable for the punched teeth on the finished Hold the laminated core in place.

Bei der Anordnung nach der Erfindung werden vorzugsweise nur zwei Stanzformen benötigt, und zwar die eine Stanzform für die untereinander gleichartigen Jochbleche 5 und die andere Stanzform für die ebenfalls untereinander gleichartigen einzeln gestanzten Zähne 6. Die Teile 5 und 6 können dabei aus einem fortlaufenden Blechstreifen von magnetisch gerichtetem Blechmaterial mit sehr geringem Verlust durch Abfall ausgestanzt werden. Dies'bedeutet einen wesentlichen Vorteil.In the arrangement according to the invention, there are preferably only two Punching forms required, namely the one punching form for the mutually similar Yoke plates 5 and the other punching form for the likewise similar to one another individually punched teeth 6. The parts 5 and 6 can consist of a continuous Sheet metal strips of magnetically directed sheet metal material with very little loss be punched out by waste. This is a significant advantage.

Fig. 3 zeigt den Zusammenbau der Jochbleche mit den Zahnblechen im aktiven Blechpaket. Man sieht, daß das ringförmige Joch des Blechpaketes aus einzelnen Blechsektoren 5 zusammengesetzt ist, wobei in der axialen Aufeinanderfolge für die Einzelbleche oder für mehrere unmittelbar aufeinanderfolgende Bleche die Stoßstellen der Blech- Sektoren in der Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, wobei in Fig. 3 die vollausgezogenen Linien 9 die Stoßstellen der obersten Bleche veranschaulichen, während die strichlierten Linien Io die dagegen versetzten Stoßstellen von Barunterliegenden Blechen bedeuten. Dadurch wird eine Überlappung für die Jochbleche der aufeinanderfolgenden Lagen von Einzelblechen oder Blechpaketen erhalten.Fig. 3 shows the assembly of the yoke plates with the toothed plates in active laminated core. You can see that the ring-shaped yoke of the laminated core consists of individual Sheet metal sectors 5 is composed, in the axial succession for the Single sheets or the joints for several sheets in direct succession the sheet metal Sectors offset from one another in the circumferential direction are, wherein in Fig. 3 the full lines 9 are the joints of the top Metal sheets illustrate, while the dashed lines Io offset them Mean joints between metal sheets underneath the bar. This creates an overlap for the yoke sheets of the successive layers of single sheets or sheet stacks obtain.

` Aus Fig.3 ist ferner zu ersehen, daß an den in Richtung der Maschinenachse aufeinanderfolgenden Blechen oder Blechpaketen die einseitigen Verbreiterungen der Zahnfüße (Abwinklungen) abwechselnd auf verschiedenen Seiten des Maschinenumfanges liegen. Dies kann in einfachster Weise dadurch erzielt werden, daß beim Aufbau des Blechpaketes die aufeinanderfolgenden Lagen der ineinandergreifenden Joch- und Zahnbleche umgekehrt aufgeschichtet werden, um eine überlappende Verbindung der aufeinanderfolgenden Lagen an den Winkelverbindungsstellen 7 und 8 zu erhalten. In Fig.3 ist dies durch die ausgezogenen und strichlierten Linien der Zahnfußteile II und 12 veranschaulicht.`From Fig.3 it can also be seen that on the in the direction of the machine axis successive sheets or sheet stacks the one-sided widening of the Tooth feet (bends) alternately on different sides of the machine circumference lie. This can be achieved in the simplest way that when building the Laminated core, the successive layers of the interlocking yoke and toothed sheets reversely stacked to create an overlapping connection of the successive Layers at the angle connection points 7 and 8. In Fig.3 this is through the solid and dashed lines of the tooth root parts II and 12 illustrates.

Die Reibung an den Stoß- und Überlappungsverbindungsstellen schafft im Blechpaket eine genügende Festigkeit, um den festen Zusammenbau des Blechpaketes betriebsmäßig (z. B. auch bei Kurzschlußbeanspruchungen) aufrechtzuerhalten und irgendwelche Zahnbewegungen zu verhindern. Dabei ist es nicht erforderlich, bei den Stanzarbeiten für die Jochbleche und die Zähne abnormal eng bemessene Toleranzen und Spielräume einzuhalten. Die überlappenden Teile der Bleche der aufeinanderfolgenden Lagen verringern die magnetischen Verluste an den Verbindungsstellen auf den geringstmöglichen Betrag.This creates friction at the butt and lap joints Sufficient strength in the laminated core to ensure that the laminated core is firmly assembled operationally (e.g. also in the event of short-circuit loads) and to prevent any tooth movement. It is not necessary for the stamping work for the yoke plates and the teeth abnormally tight tolerances and to adhere to leeway. The overlapping parts of the sheets of the successive Layers reduce the magnetic losses at the connection points to the lowest possible Amount.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Active laminated core for electrical machines, the sheet metal structure having a preferred direction for the course of the magnetic flux and separate sheets serving for the yoke and the teeth of the active laminated core, on which the preferred direction of the sheet metal structure and the main direction occurring on the sheet metal parts are used of the magnetic flux agrees, for which purpose the teeth are inserted into the foot part comprehensive recesses of the yoke plates, characterized in that the foot part of the toothed plate is wider than the tooth width on only one side and the one-sided on the successive plates or laminations in the direction of the machine axis Widenings of the tooth roots lie alternately on different sides of the machine circumference.

2. Arrangement according to claim I, characterized in that the foot part of the toothed sheet or toothed sheet package is angled with its longitudinal extension relative to the toothed sheet. References considered: U.S. Patent No. 2,433,660; v. D obbeler, Construction of electrical machines, Volume III of the electrical engineering guide by Moeller-Werr, 2nd edition, Leipzig 1953, pp. 18, 70 and 9o.