DK142128B

DK142128B - Method of making stator teeth for a stator of a rotary electric machine, e.g. an electric motor.

Info

Publication number: DK142128B
Application number: DK245272AA
Authority: DK
Inventors: Stig Lennart Hallerbaek
Original assignee: Skf Ind Trading & Dev
Priority date: 1971-05-18
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1980-09-01
Also published as: DK142128C; FR2138057B1; DE2223906A1; FR2138057A1; GB1395742A; DD97782A5

Description

(11) FREMLÆ66ELSESSKRIFT 142128 DANMARK («’)'« ci.= h 02 k 15/02 «(21) Anoeening nr. 2452/72 (22) Indleveret den 17. maj 1972 (24) Lebedag 17. maj 1972 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlægge! »eaehriftgt offentliggjort den 1 . S ep. 1 980 DIREKTORATET FOR ____ PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Pnontet begæret fra den(11) PUBLICATION MANUAL 142128 DENMARK ('') '' ci. = H 02 k 15/02 '(21) Application No 2452/72 (22) Filed on 17 May 1972 (24) Living day 17 May 1972 (44) ) The application presented and submitted! »Eaehriftgt published on 1. S ep. 1 980 DIRECTORATE OF ____ PATENT AND TRADEMARKET (30) Pnontet requested from the

18. maj 1971, 6444/71, SEMay 18, 1971, 6444/71, SE

24. apr. 1972, ϊ>366/72, SEApr 24 1972, ϊ> 366/72, SE

(72) SKE INDUSTRIAL TRADING AND DEVELOPMENT COMPANY N.V., Overtoom 141-145, 1msterdam, NL.(72) SKE INDUSTRIAL TRADING AND DEVELOPMENT COMPANY N.V., Overtoom 141-145, 1msterdam, NL.

Opfinder: Stig Lennart Hallerbaek, Blodboksgatan 12, Vaestra Froelun*= da, SE.Inventor: Stig Lennart Hallerbaek, Blodboksgatan 12, Vaestra Froelun * = da, SE.

% (74) Fuldmægtig under sager» behandling:% (74) Plenipotentiary 'cases':

Dansk Patent Kontor ApS. __ (54) Fremgangsmåde til fremstilling af statortænder til en stator for en roterende, elektrisk maskine, f.eks. en elektromotor.Dansk Patent Kontor ApS. __ (54) Method of making stator teeth for a rotary electric machine stator, e.g. an electric motor.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af statortænder til en stator for en roterende, elektrisk maskine, f.eks. en elektromotor, hvor statoren samles ved sammenstøbning af tænder, viklinger og åg til en fast enhed ved hjælp af lak eller støbemasse.The present invention relates to a method of manufacturing stator teeth for a stator of a rotary electric machine, e.g. an electric motor in which the stator is assembled by molding teeth, windings and yokes to a fixed unit by means of varnish or molding material.

Ved fremstilling af elektriske maskiner frembyder især statorenheden adskillige vanskelige problemer, af hvilke nogle er uløselige med den foreliggende produktionsteknik. Statorenheden repræsenterer også hoveddelen af produktionsomkostningerne for elektriske maskiner.In manufacturing electric machines, in particular, the stator assembly presents several difficult problems, some of which are insoluble with the present production technique. The stator unit also represents the major part of the production cost of electric machines.

Den almindeligt fremstillede statorkerne er lavet af dynamoplade med en permeabilitetsværdi på H max 3000. Der findes imidlertid en 162128 2 pladetype med en retningsbestemt flux, som anvendes ved fremstillingen af transformere. En sådan pladekan bave enpermeabilitetsværdipå cptE (jmax 20.000. Denne plade er særlig værdifuld til statorkonstruktion.The commonly manufactured stator core is made of dynamo plate with a permeability value of H max 3000. However, there is a 162128 2 plate type with a directional flux used in the manufacture of transformers. Such a plate can bave a permeability value of cptE (jmax 20,000. This plate is particularly valuable for stator construction.

Til almindelige maskiner er denne imidlertid ikke brugbar, da ^værdi-en varierer betydeligt på langs og på tværs af pladen, og statorring med alle tænder udstanses i én arbejdsgang. Dette ville give anledning til varierende modstand i statortændeme. Motoren ville få en uensartet funktion. Prisen for denne fluxorienterede plade er ydermere så stor, at den sædvanligvis meget store spildprocent ville være af en stor økonomisk betydning. Spildprocenten af almindelig udstansede statorplader er meget stor, mellem 40 og 50$. En formindskelse af denne procent til 10-20$ ville betyde en yderst nyttig reduktion af materialeomkostningeme og kunne gøre de ekstra omkostninger for fluxorienteret plade acceptable.However, for ordinary machines, this is not usable, since the value varies considerably along and across the plate, and stator rings with all teeth are punched in one operation. This would give rise to varying resistance in the stator teeth. The engine would have a disparate function. Furthermore, the price of this flux oriented plate is so large that the usually very large wastage percentage would be of great economic importance. The wastage percentage of plain punched stator plates is very large, between $ 40 and $ 50. Reducing this percentage to $ 10-20 would mean an extremely useful reduction in material costs and could make the additional cost of flux oriented sheet acceptable.

Det er formålet med opfindelsen at anvise en fremgangsmåde til fremstilling af en stator, som udnytter kraftlinieorienteret plade samtidig med, at spildprocenten reduceres til den ovenfor nævnte stør-’ relsesorden.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the invention to provide a method of manufacturing a stator which utilizes power line oriented plate while reducing the wastage percentage to the size order mentioned above.

Dette opnås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, der er ejendommelig ved, at statorkemens tænder udstanses hver for sig af kraftlinieorienteret plade og i deres endelige dimensioner, at disse pladeelementer samles i kontinuerlige stænger i de til montering i stator— kernen nødvendige længder, idet deres sammenhæftning i stænger ti l -vejebringes ved hjælp af med selvhæftende bindemiddel forsynede strimler af papir, formstof eller lignende, og at de således fremkomne statortænder fikseres mod et centralt, cirkulærcylindrisk organ i den stilling, de skal indtage i den færdige stator, og således, at der mellem tænderne dannes radialt udad og ved statorendeme åbne spor.This is achieved by the method according to the invention, characterized in that the teeth of the stator core are punched separately by force-line oriented plate and in their final dimensions, these plate elements are assembled in continuous rods for the lengths required for mounting in the stator core, rods ten 1 are provided with strips of paper, resin or the like provided with self-adhesive binder, and that the resulting stator teeth are fixed to a central circular cylindrical member in the position to occupy the finished stator, and so that between the teeth, radially outwards and open grooves at the stator ends.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende ved nogle udførelseseksempler under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en stator i perspektiv, delvis i snit, fig. 2 en anden stator i perspektiv, delvis i snit, fig. 3 skematisk spiralformede statortænder, fig. 4 skematisk konstruktionen af en stator med statortænder og opdelt ågring, fig. 5 en del af statortænder monteret på en bøsning og dorn, fig. 6 del af statortænder monteret direkte på en central dorn, fig. 7 del af statortændeme med bevikling, 5 142128 fig. 8 del af statoren i fig. 7 med et omgivende, ringformet åg, fig.. 9 skematisk hvorledes statortænderne kan støbes af en magnetisk formstofmasse, fig.10 del af en stator ifølge fig. 8 og fig.ll skematisk længdesnit af en stator og en støbeform.The invention will be explained in greater detail in the following by some exemplary embodiments with reference to the drawing, in which fig. 1 shows a stator in perspective, partly in section; FIG. 2 shows another stator in perspective, partly in section; FIG. 3 schematically helical stator teeth; FIG. 4 is a schematic diagram of the construction of a stator with stator teeth and split gear. FIG. 5 shows a portion of stator teeth mounted on a bush and mandrel; FIG. 6 shows a portion of stator teeth mounted directly on a central mandrel; FIG. 7 part of the stator teeth with winding, 5 142128 fig. 8 of the stator of FIG. 7 with an ambient annular yoke; FIG. 9 schematically shows how the stator teeth can be molded by a magnetic plastic mass; FIG. 10 part of a stator according to FIG. 8 and FIG. 11 are a schematic longitudinal section of a stator and a mold.

Fig. 1 er et delsnit af en statorenhed omfattende et antal statortæn-der 1 omgivet af et ringformet statoråg 2. Dette statoråg er monteret omkring statortænderne, efter at en vikling 3 er anbragt i statorslidser 4, der er udformet mellem statortænderne. Efter de ovenfor nævnte operationer, som vil blive beskrevet i detaljer nedenfor, er statorenheden blevet støbt sammen ved hjælp af lak eller støbemasse 5> hvorved også de til lejring af rotoren nødvendige styre- og anlægsf lader 6 og 7 er udformet. I ovenfor nævnte eksempel består såvel statortænderne som det ringformede åg af lamineringer. Statortænderne kan have en optimal form med hensyn til den magnetiske fum Der kan også være valgt et optimalt plademateriale med en flumorrenteret laminering. Ved udstansning af statortænderne, som kan udføres med meget lille spild, er der anvendt en automatisk stansemaskine, der direkte orienterer de udstansede plader i forhold til hverandre. Pladerne holdes sammen ved hjælp af lak, formstofstøbemasse eller klæbebånd linder samle- og vikleproceduren, idet pladerne til sidst bliver endeligt støbt sammen til en enhed bestående af statortænder, statoråg, vikling og støbemasse.FIG. 1 is a partial section of a stator unit comprising a plurality of stator teeth 1 surrounded by an annular stator shaft 2. This stator shaft is mounted around the stator teeth after a winding 3 is arranged in stator slots 4 formed between the stator teeth. Following the above-mentioned operations, which will be described in detail below, the stator unit has been molded together by varnish or molding material 5, whereby also the guide and abutment surfaces 6 and 7 necessary for storing the rotor are formed. In the above example, both the stator teeth and the annular yoke consist of laminations. The stator teeth may have an optimum shape with respect to the magnetic fum Optimal sheet material with a flume oriented lamination may also be selected. When punching the stator teeth, which can be performed with very little waste, an automatic punching machine is used which directly orientes the punched plates in relation to each other. The plates are held together by varnish, plastic molding or adhesive tape, alleviating the assembly and winding process, the plates finally being finally molded together into a unit consisting of stator teeth, stator teeth, winding and molding.

Fig. 2, som svarer til fig. 1, er et udsnit af en statorenhed, hvis statortænder 10 er udformet på en sådan måde, at de passer mod tra-pezformede ågelementer 11. Disse lukker statorens viklingsslidser 12 udvendigt samtidig med, at ågelementerne 11 går mod teenderne 10 tæt ved kontaktflader 13. Ved denne udførelsesform er det sædvanlige ringformede statoråg erstattet af et polygonalt åg udformet af et lige så stort antal ågelementer som antallet af viklingsslidser. Konstruktionen forklares i detaljer i forbindelse med fig. 7. Ved at samle stator-åget af elementer kan de enkelte ågelementer 11 udstanses med meget lille spild og efter samme principper som statortænderne 10. Ved at opdele statoråget i flere elementer opnås der en meget stor fordel, nemlig at man med fordel kan anvende magnetisk orienteret laminering også i statoråget, hvorved motorens effektivitet forbedres. Efter at vikling 14 er anbragt i viklingsslidserne, indsættes ågelementer 11 på deres plads, hvorved de holdes sammen af midlertidige forbindelsesmidler, dvs. lak- eller klæbebåndsforbindelser. Det på denne måde samlede statorlegeme støbes derefter sammen med lak- eller støbemasse 15 142128 4 i en speciel støbeform, således at statoren danner en massiv ended bestående af vikling, statortænder og statoråg. Yed denne operation skal der tilvejebringes styæe- og anlægsflader 16 og 17 egnet til at optage rotorlejeehhederne. I det i fig. 2 viste eksempel er disse flader formet i forbindelse med en meget tyndvægget bøsning 18, som desuden udgør en støtteflade for statortændeme under samle- og vikleoperationerne. Under disse operationer er den imidlertid udfyldt af en central dornindretning, der beskrives under henvisning til fig. 10.FIG. 2, which corresponds to FIG. 1, is a section of a stator unit whose stator teeth 10 are formed in such a way as to fit the trapezoidal yoke members 11. These close the stator winding slots 12 externally while the yoke members 11 engage the tines 10 close to contact surfaces 13. In this embodiment, the usual annular stator yoke is replaced by a polygonal yoke formed by an equal number of yoke elements as the number of winding slits. The construction is explained in detail in connection with FIG. 7. By assembling the stator yoke of elements, the individual yoke elements 11 can be punched with very little waste and following the same principles as the stator teeth 10. By dividing the stator yoke into several elements, a very great advantage is obtained, namely that one can advantageously use magnetic oriented lamination also in the stator rail, thereby improving engine efficiency. After winding 14 is placed in the winding slots, yoke elements 11 are inserted in their place, whereby they are held together by temporary connecting means, i.e. lacquer or adhesive tape connections. The stator body assembled in this way is then molded together with lacquer or molding material 15 in a special mold so that the stator forms a solid end consisting of winding, stator teeth and stator yoke. For this operation, noise and abutment surfaces 16 and 17 must be provided suitable for accommodating the rotor bearing units. In the embodiment of FIG. 2, these surfaces are formed in conjunction with a very thin walled bush 18, which furthermore provides a support surface for the stator teeth during the assembly and winding operations. However, during these operations, it is filled by a central mandrel device described with reference to FIG. 10th

Pig. 3 viser skematisk en statordel omfattende statortænder 60 og 61, som ved støbning er samlet med den omgivende, ringformede ågdel 22 og med viklingspolerne 62. Som vist i figuren omslutter disse viklingsspoler flere statortænder (tre) på en sådan måde, at midterstatortan-den 60 ikke er påvirket af tangential kraft af viklings spolen 62, medens statortanden 61 er underkastet tangentiale kræfter i begge retninger, som vist ved pilen 65- Por at lette viklingen og forøge udfyldningen af viklingsslidsen er statortændeme 61 stærkt buet udadtil som ved 64. Dette forøger yderligere kontaktfladen mod stator-åget 22 og giver således en bedre magnetisk flux gennem statortanden, som vist ved pilen 65- Indadtil mod luftgabet ved rotoren er flankerne 26 af statortændeme udformet på en optimal måde.Pig. 3 schematically shows a stator part comprising stator teeth 60 and 61 which, when casting, is assembled with the surrounding annular yoke portion 22 and with the winding poles 62. As shown in the figure, these winding coils enclose several stator teeth (three) in such a way that the middle stator tooth 60 is not affected by the tangential force of the winding coil 62, while the stator tooth 61 is subjected to tangential forces in both directions, as shown by arrow 65- To facilitate the winding and to increase the filling of the winding slot, the stator teeth 61 are strongly curved outward as at 64. This further increases the contact surface against the stator yoke 22, thus providing a better magnetic flux through the stator tooth, as shown by arrow 65- Inwardly against the air gap at the rotor, the flanks 26 of the stator teeth are formed in an optimal manner.

Pig. 4 viser skematisk en statordel omfattende statortænder 70» vikling 71 og en omgivende ågdel, som er opdelt i et antal segmenter 72 svarende til antallet af statorens viklingsslidser, igsegmenterne 72 har et trapezformet tværsnit, i hvilke de skrå flanker 73 bar den samme vinkel og er udformet til at gå mod de radialt udragende statortænder. Igsegmenterne kan være samlet ved laminering ligesom stator-tænderne. Der kan med fordel også anvendes fluxorienterede statorla-mineringer i ågdelen, som vist ved fluxpile 7^· Hele stator enheden med vikling, statortænder og statoråg er samlet ved hjælp af støbning med lak- eller støbemasse 75·Pig. 4 schematically shows a stator portion comprising stator teeth 70 »winding 71 and a surrounding yoke portion which is divided into a number of segments 72 corresponding to the number of stator winding slots, the segments 72 having a trapezoidal cross-section in which the inclined flanks 73 bear the same angle and are designed to go against the radially protruding stator teeth. The ice segments may be assembled by lamination just like the stator teeth. Flux oriented stator laminations can also be used advantageously in the yoke portion, as shown by flux arrows 7 · The entire stator unit with winding, stator teeth and stator yaws is assembled by casting with lacquer or casting 75

Pig. 5 er en del af et antal statortænder 21 vist i perspektiv og monteret på en central bøsning 50, som er understøttet af en central dorn 51· Efter denne samling udføres viklingsproceduren som vist i ^ fig. 7·.Pig. 5, a portion of a plurality of stator teeth 21 is shown in perspective and mounted on a central sleeve 50 supported by a central mandrel 51. After this assembly, the winding procedure is carried out as shown in FIG. 7 ·.

c 142128 5c 142128 5

Fig. 6 er en del af en vikleindretning ifølge opfindelsen, set i perspektiv, hvor statortænderne 21 ved hjælp af en todelt, central dorn 55 og 56 er fikseret i stilling egnet for viklingsproceduren. Dorn-halvdelene er forsynet med passende formede kiler 57, som fikserer statortænderne i stilling både aksialt, radialt og periferisk under vikle- og støbeoperationerne, hvorefter dornen og kilerne fjernes, idet der derved tilvejebringes nødvendige styre- og anlægsflader for placering af rotorens lejeenheder.FIG. 6 is a perspective view of a part of a winding device according to the invention, in which the stator teeth 21 are fixed by means of a two-part central mandrel 55 and 56 in a position suitable for the winding procedure. The mandrel halves are provided with suitably shaped wedges 57 which fix the stator teeth in position both axially, radially and peripherally during winding and molding operations, after which the mandrel and wedges are removed, thereby providing necessary guide and abutment surfaces for placement of the rotor bearing units.

Fig. 7 viser et perspektivisk billede af statortænderne 21 med på-monterede viklingsspoler 23·FIG. 7 shows a perspective view of the stator teeth 21 with mounted coils 23 ·

Fig. 8 er også et perspektivisk billede af statortænder 21 og et ringformet statoråg 22. Rundt om statorviklingerne 23, statortænderne 21 og statoråget 22 er der støbt lak- eller støbemasse 5, således at der opnås en stiv samlet statorenhed.FIG. 8 is also a perspective view of stator teeth 21 and an annular stator yoke 22. Around the stator windings 23, stator teeth 21 and stator yoke 22, there is molded lacquer or molding mass 5 so that a stiff overall stator assembly is obtained.

Fig. 9 viser skematisk, hvorledes statortænderne 21 er formet i deres ydre ende for at tilvejebringe passende fastgørelsesmidler 80 og passende magnetisk fluxgennemgang fra den omgivende ågdel 81, idet denne er støbt af magnetisk formstofmateriale. For at forhindre det magnetiske forrnstofmateriale i at trænge ind i viklingsspolerne 23 under støbeoperationen, kan spolerne beskyttes udadtil ved hjælp af en tynd plade 82 af isolerende materiale. Fastgørelsesmidler 83 kan let indpasses i støbeformen.FIG. 9 schematically shows how the stator teeth 21 are formed at their outer end to provide suitable fasteners 80 and appropriate magnetic flux passage from the surrounding yoke portion 81, molded from magnetic plastic material. In order to prevent the magnetic feedstock material from entering the winding coils 23 during the molding operation, the coils can be protected externally by a thin plate 82 of insulating material. Fasteners 83 can be easily fitted into the mold.

Fig. 10 er en del af en statorenhed i perspektiv og udført efter de i fig. 9 skitserede principper. Viklingen 23 og statortænderne 21 er støbt sammen til en enhed ved hjælp af den omgivende ågdel 22 og magnetisk formstofmateriale. Med hensyn til fluxen er det magnetiske formstofmateriale den fluxorienterede laminering klart underlegen, men til trods for dette kan det være økonomisk acceptabelt i visse motortyper at erstatte det dyre åg med magnetisk, støbt formstof. Naturligvis må der tages hensyn til kompensering af dimensionerne, dvs. forøge skulderhøjden af åget.FIG. 10 is a perspective view of part of a stator unit and is designed according to the embodiment of FIG. 9 outlined principles. The winding 23 and the stator teeth 21 are molded together into a unit by means of the surrounding yoke portion 22 and magnetic plastic material. As for the flux, the magnetic plastic material the flux oriented lamination is clearly inferior, but in spite of this it may be economically acceptable in some engine types to replace the expensive yoke with magnetic molded plastic. Of course, compensation for the dimensions must be taken into account, ie. increase the shoulder height of the yoke.

Fig. 11 viser meget skematisk, hvorledes en støbeform kan anbringes rundt om statortænderne 21, ågdelen 22 og viklingen 23 i overensstemmelse med udførelsesformen for opfindelsen i fig. 1. De centrale dorne 55 og 56 er indesluttet af støbeformshalvdele 85 hhv. 86, som også indeslutter statorelementerne og aksialt styrer disse. Derved ud-FIG. 11 shows very schematically how a mold can be placed around the stator teeth 21, the yoke portion 22 and the winding 23 in accordance with the embodiment of the invention in FIG. 1. The central mandrels 55 and 56 are enclosed by mold halves 85 and 85, respectively. 86, which also encloses the stator elements and axially controls them. Thereby,