EP1222730A1

EP1222730A1 - Verfahren zur herstellung eines bandes

Info

Publication number: EP1222730A1
Application number: EP00979500A
Authority: EP
Inventors: Jinxing Shen; Roland Oesterlein; Tom Porteous; Flemming Vedsted; Mogens F. Jacobsen; Ilkka Ikonen
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 1999-10-23
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2002-07-17
Also published as: WO2001031765A1; US20020194723A1; DE19951180A1; JP2003513598A

Abstract

Ringförmige magnetische Kerne (40) werden teilweise aus Bändern (2, 3) gewickelt. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Bänder (2, 3). Diese werden aus Streifen (1) ausgeschnitten, welche aus einem metallischen Material hergestellt sind, das den magnetischen Fluß sehr gut leitet. Bei der Herstellung werden die Bänder (2, 3) entlang ihrer Längskanten (2A, 2B, 3A, 3B) wenigstens bereichsweise mit Konturen versehen, die sicherstellten, daß der Kern (40) mit einem zylinderförmigen Innenprofil ausgebildet werden kann. Ferner wird an bestimmten Stellen Material aus den Bändern (2, 3) ausgeschnitten, damit Deformationen beim Wickeln der Bänder (2, 3) lokalisiert werden können.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Bandes

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bandes zum Wickeln eines ringförmigen magnetischen Kerns.

Solche ringförmigen magnetischen Kerne werden beispielsweise zur Herstellung von Statoren rotierender elektrischer Maschinen verwendet, die einen innen liegenden Rotor und einem außen liegenden Stator aufweisen. Der Stator wird aus einem äußeren Statorring und einem inneren Statorring zusammengefügt. In der deutschen Patentanmeldung 19 34 858.8 ist eine rotierende elektrische Maschine offenbart, bei welcher der äußere Statorring und der innere Statorring durch eine Schrumpfverbindung zusammengehalten werden. Jeder der beiden Ringe wird aus einem speziell geformten Band gewickelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem ein Band einfach und kostengünstig hergestellt werden kann, das zum Wickeln eines ringförmigen magnetischen Kerns geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Streifen aus Metall mit parallelen Längskanten,

Fig. 2 der teilweise bearbeitete Streifen gemäß Fig. 1 , Fig. 3 das Ausstanzen von Dreiecken aus einem der Bänder gemäß Fig. 4,

Fig. 4 zwei Bänder, die aus dem Streifen gemäß Fig. 2 hergestellt sind,

Fig. 5 ein weiteres Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von zwei Bändern,

Fig. 6 die Herstellung von zwei Bändern unter Einsparung von Material,

Fig. 7 eines weiteres Verfahren zum Einsparung von Material,

Fig. 8 die gleichzeitige Herstellung von vier Bändern,

Fig. 9 das Wickeln eines ringförmigen magnetischen Kerns aus einem Band,

Fig. 10 ein gewickelter ringförmiger magnetischer Kern.

Fig. 1 zeigt einen flächigen Streifen 1 , der zwei parallel zueinander verlaufenden Längskanten 1A und 1 B aufweist. Der Streifen 1 ist aus einem metallischen Werkstoff gefertigt, der den magnetischen Fluß sehr gut leitet. Die Abmessungen des Streifens 1 sind so gewählt, daß aus ihm zwei Bänder 2, 3 hergestellt werden können. Eines dieser Bänder ist in Fig. 9 dargestellt, wie es auf einen Dom 60 gewickelt wird. Die Länge eines jeden Bandes 2, 3 ist so bemessen, daß daraus ein ringförmiger magnetischer Kern 40, nachfolgend auch nur kurz Kern genannt, vollständig gewickelt werden kann, wie er in Fig. 10 dargestellt ist. Für die Herstellung der Bänder 2, 3 werden die parallelen Längskanten 1A und 1 B des Streifens 1 zunächst mit den Strahlen eines Lasers (hier nicht dargestellt) so bearbeitet, daß Abschnitte 2C, 3C gebildet werden, die konvexe Wölbungen 2E, 3E aufweisen, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Abschnitte 2C, 3C haben alle die gleiche Größe. Die konvexen Wölbungen 2E sind gegenüber den konvexen Wölbungen 3E versetzt angeordnet. Während der Bearbeitung der Längskanten 1A und 1 B des Streifens 1 , welche nach dem Ausschneiden der Bänder 2 und 3 deren Längskanten 2B und 3B bilden, wird der Steifen 1 gleichzeitig entlang seiner Mittellinie 1 M so durchtrennt, daß zwei gleich breite Bänder 2, 3 gebildet werden. Für das Durchtrennen des Streifens 1 wird ebenfalls ein Laser (hier nicht dargestellt) ver- wendet. Dabei wird die Unterteilung so vorgenommen, daß die Abschnitte 2C, 3C entlang der Längskanten 2A, 3A der Bänder 2 und 3 mit konkaven Wölbungen 2F, 3F versehen werden, wie in Fig. 4 dargestellt. Zum Ausschneiden der Bänder 2 und 3 aus dem Streifen 1 und für die Ausbildung ihrer Längskanten 2A, 3A, 2B, 3B kann an Stelle des Lasers auch eine Stanzvorrichtung (hier nicht dargestellt) verwendet werden.

Die Längskanten 2A, 3A werden beim Wickeln des Kerns 40 senkrecht auf dem Dorn 60 angeordnet, wie in Fig. 9 dargestellt. Aus den Bändern 2und 3 werden nun, wie Fig. 3 zeigt, zwischen jeweils zwei Abschnitten 2C gleichseitige Dreiecke 2D mit definierten Öffnungswinkeln und Höhen ausgestanzt, die zur ersten Längskante 2A, 3A des Bandes 2, 3 hin offen sind. Jedes Band 2, 3 wird beim Ausstanzen der Dreiecke 2D von rechts nach links bewegt, wie in Fig. 3 darstellt. In Fig 4 sind die beiden Bänder 2 und 3 schon vollständig voneinander getrennt und die Dreiecke 2D und 3D sind auch schon ausgebildet. Auch hierfür wird vorzugsweise ein Laser (hier nicht dargestellt) verwendet. Sie sind nur noch einmal eng beieinander dargestellt, um zu zeigen, wie sie aus dem Streifen 1 gemäß Fig. 1 entstanden sind.

Die Größe des Öffnungswinkels dieser Dreiecke 2D wird durch die Anzahl n_s der Abschnitte 2C bestimmt. Der Abstand zwischen zwei aufeinander folgende Dreiecke 2D, 3D wird durch die Gleichung L = D, *sin (π/(n_s±1/m)) bestimmt. Dabei steht D, für den Innendurchmesser des Kerns 40. n_s±1/m für die Anzahl der Abschnitte 2C, 3C zwischen den Dreiecken 2D, 3D die benötigt werden, um eine Lage eines Bandes 2,3 aufzuwickeln, während mit m die Länge der Überlappung dieser nach der Wicklung geschlossenen Dreiecke 2D, 3D von Lage zu Lage festgelegt wird. Die innen liegenden Spitzen der Dreiecke 2D, 3D sind alle mit einem Loch 2L, 3L definierter Größe versehen, das ebenfalls ausgestanzt wird. Wie Fig. 9 zeigt, kann in diese Löcher 2L beispielsweise ein Werkzeug 50 gesteckt werden, mit dessen Hilfe das Band 2 beim Wickeln richtig positioniert wird.

Wie Fig. 5 zeigt, kann der Streifen 1 zunächst auch so mit einem Laser bearbeitet werden, daß seine erste Längskante 1 A Abschnitte 2C aufweist, die konkav gewölbt sind, während die zweite Längskante 1 B Abschnitte 3C aufweist, die konvex gewölbt sind. Alle Abschnitte 2C bzw. 3C werden gleich groß ausgebildet. Anschließend wird der Streifen 1 entlang seiner Mittellinie 1 M durchtrennt. Dabei werden zwei Bänder 2und 3 gleicher Breite gebildet.

Das Durchtrennen erfolgt in der Weise, daß die Abschnitte 2C des Bandes 2 mit konvexe Wölbung 2E versehen werden, während bei den Abschnitten 3C des Bandes 3 konkaven Wölbungen 3F ausgebildet werden. Dabei weisen die konvexen Wölbungen 2E und die konkaven Wölbungen 3F zur ursprünglichen Mittellinie 1 M hin. Nachdem die beiden Bänder 2, 3 soweit ausgebildet sind, werden aus ihnen gleichseitige Dreiecke 2D, 3D ausgestanzt. Die Dreiecke 2D, 3D sind zu den ersten Längskanten 2A und 3A der Bänder 2, 3 hin offen. Die Symmetrieachsen der Dreiecke 2D, 3D sind senkrecht zu der Längsachse des Bandes 2, 3 ausgerichtet. Die Größe ihrer Öffnungswinkel ergibt sich in der gleichen Weise wie bei dem Band 2, 3, das in den Fig. 3 und 4 dargestellt und in den zugehörigen Beschreibungen erläutert ist.

Die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Bänder 2 und 3 sind gemäß den Verfahren hergestellt, wie sie in den Beschreibungen zu den Figuren 2, 3 und 5 erläutert sind. Bei der Herstellung der Bänder 2 und 3 gemäß der Figuren 6 und 7 soll Material eingespart werden. Deshalb wird für die Herstellung der Bänder 2 und 3 ein Streifen 1 verwendet, dessen Breite kleiner ist als die gesamte Breite der Bänder 2 und 3, die in den Figuren 2, 3 und 5 dargestellt sind. Wie an Hand von Fig. 6 zusehen ist, sind wegen der Einsparung von Material die Abschnitte 2C und 3C nach außen zu nicht vollständig konvex gewölbt, sondern im mittleren Bereich abgeflacht. Bei den in Fig. 7 dargestellten Bändern 2 und 3, die nach dem Verfahren gemäß Fig. 5 hergestellt sind, sind die konkaven Wölbungen 2F der Abschnitte 2C in den Randbereichen abgeflacht, während die konvexen Wölbungen 3E der Abschnitte 3C im mittleren Bereich abgeflacht sind.

In Fig. 8 ist ein Streifen 1 dargestellt, dessen Breite so groß bemessen ist, daß sie der Breite von jeweils zwei Bändern 2 und 3, als insgesamt vier Bändern entspricht. Beid- seitig der Mittellinie 1 M des Streifens 1 werden jeweils zwei Bänder 2 und 3 gemäß dem Verfahren ausgebildet, wie es in den Figuren 2 und 3 dargestellt und in der zugehörigen Beschreibung erläutert ist. Die Herstellung der Bänder 2, 3 kann jedoch auch gemäß dem Verfahren erfolgen, wie es in Fig. 5 dargestellt und in der zugehörigen Beschreibung erläutert ist (hier nicht dargestellt). Material kann auch bei der Herstellung der Bänder 2 und 3 nach diesem Verfahren eingespart werden. Es muß nur ein Streifen 1 verwendet werden, dessen Breite kleiner ist als die Breite von jeweils zwei Bändern 2 und 3.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Bandes zum Wickeln eines ringförmigen magnetischen Kerns (40), dadurch gekennzeichnet, daß aus einem endlosen flächigen Streifen (1 ), wenigstens zwei oder ein ganzzahliges Vielfaches davon an Bändern (2, 3) ausgeschnitten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung der Bänder (2, 3) ein Streifen aus Metall verwendet wird, der den magnetischen Fluß sehr gut leitet, daß die Breite des Streifens (1 ) an die Breite von zwei Bändern (2 und 3) angepaßt oder schmaler ausgebildet wird, und daß die Dicke des Streifens (1 ), an die gewünschte Dicke der Bänder (2, 3) angepaßt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Streifen (1) mindestens zwei gleich große Bänder (2, 3) ausgeschnitten und daraufhin aus jedem Band (2, 3) an vorgegebenen Stellen gleichseitige Dreiecke (2D, 3D) mit definierten Öffnungswinkeln und Höhen ausgestanzt werden, und daß an der innen liegenden Spitze eines jeden Dreiecks (2D, 3D) ein Loch (2L, 3L) mit vorgegebenem Querschnitt ausgebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen der gleichseitigen Dreiecks (2D, 3D) entlang einer Längskante (2A, 3A) eines jeden Bandes (2, 3) ausgebildet und die Symmetrieachse eines jeden gleichseitigen Dreiecks (2D, 3D) senkrecht zur Längsachse des Bandes (4B) ausgerichtet wird, und daß der Abstand zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Dreiecken (2D, 3D) eine Länge L = D, *sin (π/(n_s±1/m)) aufweist, wobei D, für den Innendurchmesser des Kerns (40) steht, n_s±1/m die Anzahl der Abschnitte (2C, 3C) zwischen den gleichseitigen Dreiecken (2D, 3D) angibt, die benötigt werden, um eine Lage eines Bandes (2, 3) aufzuwickeln und mit m die Länge der Überlappung der Abschnitte von Lage zu Lage festgelegt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (2, 3) in gleich große Abschnitte (2C, 3C) unterteilt werden, die entlang der ersten Längskanten (2A, 3A) der Bänder (2, 3) mit konkaven Wölbungen (2F, 3F) und entlang der zweiten Längskanten (2B, 3B) der Bänder (2, 3) mit konvexen Wölbungen (2E, 3E) versehen werden, und daß die Abschnitte (20) des Bandes (2) gegenüber den Abschnitten (30) des zweiten Bandes (3) zueinander versetzt ausgebildet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einsparung von Material die Breite des Streifens (1 ) schmaler als die gesamte Breite von zwei Bänder (2, 3) gewählt und die konkaven Wölbungen (2F, 3F) der Abschnitte (20, 30) in den Randreichen und/oder die konvexen Wölbungen (2E ,3E) der Abschnitte (2 C,3C) in den zentralen Bereichen zur Anpassung der Bänder (2, 3) an die geringere Breite des Streifens (1) abgeflacht werden.

7. Verfahren nach einem des Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausschneiden der Bänder (2, 3) aus dem Streifen (1) und für die Ausbildung der Längskanten (2E, 3E, 2F, 3F) der Bänder (2, 3) ein Laser oder eine Stanzvorrichtung verwendet werden.