EP2304867A1 - Statorkern für eine elektrische maschine - Google Patents

Statorkern für eine elektrische maschine

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Publication number
EP2304867A1
EP2304867A1 EP09769143A EP09769143A EP2304867A1 EP 2304867 A1 EP2304867 A1 EP 2304867A1 EP 09769143 A EP09769143 A EP 09769143A EP 09769143 A EP09769143 A EP 09769143A EP 2304867 A1 EP2304867 A1 EP 2304867A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tooth
stator core
width
groove
flank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09769143A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Amaral
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2304867A1 publication Critical patent/EP2304867A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/024—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with slots
    • H02K15/026—Wound cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H02K1/165—Shape, form or location of the slots

Definitions

  • the invention is based on a stator core for an electric machine, as is known, for example, from US Pat. No. 3,577,851.
  • the stator core disclosed in this publication is constructed spirally in a winding process by toothing two identical strips out of a band-shaped electrical steel sheet and rolling them individually to form a stator core.
  • the two metal strips each have recesses and finger-shaped projections, which form the teeth and grooves of the stator core after the winding of the strip.
  • the publication contains no further details, as well as the amount of waste resulting from punching in relation to the size of the original sheet metal strip or the remaining Polqueriteses.
  • the stator core according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that the used, preferably band-shaped sheet material is optimally used to the manufacturing technology and geometrically possible limit, on the one hand minimizes the sheet waste and on the other hand by the achieved maximum possible cross-section of the stator of the magnetic resistance is reduced.
  • the measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim specified stator core are possible.
  • a ratio of tooth width to slot pitch is in the range between 0.38 and 0.48, preferably in the range between 0.40 and 0, 48th Known, manufactured in the same way stator cores are significantly lower with respect to the claimed ratio of the tooth width to slot pitch when the area between the
  • Tooth and the groove edges is punched free.
  • known designs achieve a ratio of tooth width to slot pitch of 0.5, but the entire manufacturing process and in particular the separation process of the sheets are much more difficult and the flatness of the sheets under the Separation process suffers. This results in a lower dimensional stability, which has a negative effect on the output power and the instrumentssgrat.
  • the thickness of the electric sheet used is taken into account in the choice of the punching width on the tooth flank and the groove flank, wherein preferably the width of the punched-out region along the tooth flank and the groove flank is at least 20% greater than that Sheet thickness of the slats. In this way it is ensured that with larger sheet thicknesses, the width of the punched-out area is chosen sufficiently large, so that the burrs resulting from the material deformation during punching do not exceed a critical size.
  • the thickness of the electrode used in the proposed design of the stator core is expediently in the range between 0.3 and 1.2 mm, preferably in the range between 0.5 and 1.0 mm.
  • FIG. 1 shows a toothed sheet cut before the two sheet metal strips are separated
  • Figure 2 shows a section of a rolled or bent into its round shape stator core with inserted groove insulation
  • FIG. 2 a shows an enlarged view of a section from FIG. 2 in the region of the groove base with the projections of the sheet metal section remaining there.
  • denoted by 10 is a strip of electrical steel, which is partly divided by free punching and partly by cutting into two mutually toothed individual strips 12 and 14.
  • the band 10 consists of a soft magnetic, suitable for the production of a stator core electrical sheet, as defined for example in DIN 46 400 and is basically known. Essential criteria of such sheets are a coercive force below 1000 A / m, suitable alloying additives, in particular of Si, Ni, Co, Mo and others, as well as special treatments such as hot or cold rolling, whereby on the one hand favorable soft magnetic properties and on the other hand advantageous processing conditions are obtained.
  • mirror-inverted individual belts are produced as lamellae 12 and 14, which have pole-like projections 16 and groove-like recesses 18.
  • the separation is carried out such that the area between adjacent tooth flanks 20 and groove flanks 22 is punched free in a width B.
  • the punching length L corresponds to the distance between the inner edges 24 of the pole shoes 26.
  • This part of the slats 12 and 14 is less critical with respect to the slightly more formed ridges when cutting against punching, as it is covered by the later introduced slot insulation 42 and is less stressed during retraction of the coil 46 into the grooves 40, so that the risk Damage to the groove and / or conductor insulation hardly exists in this area.
  • the groove width N after the separation process in the straight state of the slats of Figure 1 relevant sizes of the laminations 12 and 14 are the groove width N after the separation process in the straight state of the slats of Figure 1, the groove depth corresponding tooth length A, the tooth width P and the slot pitch T corresponding to the distance from Nutmitte groove center.
  • the ratio ⁇ of the tooth width P to the groove pitch T greater than 0.38 and less than 0.5 is selected, wherein the ratio ⁇ is preferably between 0.40 and 0.48.
  • the lower value determines the punching width B which is advantageous for a production process that is simple to produce.
  • the upper value defines the tooth width P essential for minimizing the magnetic resistance in the tooth.
  • the dividing line during shearing in the region of the groove base is aligned in this case Substantially in extension of the free-punched edge 28 of the tooth flank 20, or the groove flank 22 extends. This results in a nearly straight transition from the bottom of the groove to the groove flank, wherein a clearly visible from Figures 2 and 2a, sharp-edged projection 34 on the groove bottom is largely avoided.
  • the width B of the punched-out area along the tooth flank 20 and the groove flank 22 is at least 20% greater than the sheet thickness d of the fins 12, 14, which in turn between 0.3 mm and 1.2 mm, preferably between 0.5 mm and 1.0 mm.
  • Figure 2 shows a slightly enlarged view of a section of a rolled or bent into its round shape stator core with teeth 39 and grooves 40 into which a slot insulation 42 is introduced, which largely conforms to the contour of the groove 42 and on the slot opening 44 the inner edge 24 of the pole piece 26 is supported.
  • the slot opening 44 is closed by a likewise on the inner edge 24 of the tooth head 26 supporting slot closure 48, so that the stator winding 45 is protected in this area against damage to the conductor insulation.
  • FIGS. 2 and in particular 2a again clearly show the course of the parting line 38, which arises during the shear cutting of the strip 10 in the region of the groove bottom 36.
  • the parting line 38 extends substantially in extension of the free-punched edge 28 of the tooth flank 20, so that only a very small protrusion 34 stops, which does not pose any risk of damage to the slot insulation, even after the introduction of the stator winding 46.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Statorkern für eine elektrische Maschine, insbesondere für den Generator eines Kraftfahrzeuges, welcher aus Lamellen (12, 14) geschichtet oder gewickelt ist, die aus einem vorzugsweise bandförmigen Elektroblech (10) verzahnt ausgestanzt und/oder ausgeschnitten sind und eine Vielzahl von Nuten (40) und Zähnen (39) bilden. Hierbei ist der Bereich der Zahnflanke (20) und der Nutflanke (22) derart freigestanzt, dass die Zahnbreite (P) und die Nutbreite (N) in den ungebogenen Lamellen (12, 14) über die gesamte Zahnlänge (A) im Wesentlichen jeweils konstant sind, wobei das Verhältnis (a) der Zahnbreite (P) zur Nutteilung (T) größer als 0,38 und kleiner als 0,5 ist. Hierdurch erhält man minimierte magnetische Widerstände und einen geringen Verschnitt im Bereich der geometrisch und fertigungstechnisch möglichen Grenzen.

Description

Beschreibung
Titel
Statorkern für eine elektrische Maschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Statorkern für eine elektrische Maschine, wie er beispielsweise aus der US-PS 3 577 851 bekannt ist. Der in dieser Druckschrift offenbarte Statorkern wird in einem Wickelverfahren spiralförmig aufge- baut, indem aus einem bandförmigen Elektroblech zwei gleiche Streifen verzahnt ausgestanzt und einzeln jeweils zu einem Statorkern gerollt werden. Die beiden Blechstreifen besitzen jeweils Aussparungen und fingerförmige Vorsprünge, welche nach dem Aufwickeln des Streifens die Zähne und Nuten des Statorkerns bilden. Über das verwendete Stanzverfahren enthält die Veröffentlichung keine näheren Angaben, ebenso wenig wie über die Menge des beim Stanzen entstehenden Abfalls in Relation zur Größe des ursprünglichen Blechstreifen oder des verbleibenden Polquerschnittes.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Statorkern mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das verwendete, vorzugsweise bandförmige Blechmaterial optimal bis an die fertigungstechnisch und geometrisch mögliche Grenze genutzt wird, wobei einerseits der Blechabfall minimiert und andererseits durch den erzielten größtmöglichen Querschnitt der Statorzähne der magnetische Widerstand reduziert wird. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Statorkerns möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der beim Freistanzen der Zahn- und Nutgeometrie entstehende Stanzabfall soweit verringert wird, dass sich ein Verhältnis der Zahnbreite zur Nutteilung im Bereich zwischen 0,38 und 0,48 ergibt, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,40 und 0,48. Bekannte, in gleicher Weise hergestellte Statorkerne liegen bezüglich des beanspruchten Verhältnisses der Zahnbreite zur Nutteilung deutlich niedriger, wenn der Bereich zwischen den
Zahn- und den Nutflanken freigestanzt wird. Lediglich bei vollständig geschnittenen Konturen, bei denen die Zahnbreite der halben Nutteilung entspricht, erreichen bekannte Ausführungen ein Verhältnis der Zahnbreite zur Nutteilung von 0,5, wobei jedoch das gesamte Fertigungsverfahren und insbesondere der Trennvorgang der Bleche deutlich erschwert sind und die Ebenheit der Bleche unter dem Trennvorgang leidet. Hierdurch ergibt sich eine geringere Formhaltig- keit, die sich negativ auf die Abgabeleistung und den Wirkungsgrat auswirkt.
Als zweckmäßig hat es erwiesen, wenn zur Minimierung des Stanzabfalls der Bereich des Nutgrundes und des Zahnkopfes durch Scherschneiden getrennt wird. Hierbei entstehen in diesem Bereich zwar ausgeprägtere Trenngrate, welche jedoch beim Einziehen der Wicklung in die Statornuten und bei der Gestaltung der Nutisolation hinsichtlich möglicher Beschädigungen der Leiterisolation weniger kritisch sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn beim Scherschneiden des Bleches im Bereich des Nutgrundes die Trennlinie im Wesentlichen in Verlängerung der freigestanzten Kante der Zahnflanke verläuft, weil in diesem Fall am Nutgrund der verbleibende Vorsprung im Blechschnitt auf ein Minimum reduziert und damit auch die Gefahr einer Beschädigung der Nutisolation minimiert wird.
Als vorteilhaft hat es sich weiterhin erwiesen, wenn bei der Wahl der Stanzbreite an der Zahnflanke und der Nutflanke die Dicke des verwendeten Elektroblechs berücksichtigt wird, wobei vorzugsweise die Breite des freigestanzten Bereiches entlang der Zahnflanke und der Nutflanke mindestens 20% größer ist als die Blechdicke der Lamellen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass bei größeren Blechdicken die Breite des freigestanzten Bereiches ausreichend groß gewählt wird, so dass die durch die Materialverformung beim Stanzen entstehenden Grate eine kritische Größe nicht übersteigen. Die Dicke der verwendeten Elektroble- che liegt bei der vorgeschlagenen Gestaltung des Statorkerns zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 0,3 und 1,2 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 1,0 mm.
Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen verzahnten Blechschnitt vor dem Trennen der beiden Blechstreifen,
Figur 2 einen Ausschnitt aus einem bereits in seine runde Form gerollten oder gebogenen Statorkern mit eingefügter Nutisolation und
Figur 2a eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus Figur 2 im Bereich des Nutgrundes mit den dort verbleibenden Vorsprüngen des Blechschnitts.
Ausführungsform der Erfindung
In Figur 1 ist mit 10 ein Band aus Elektroblech bezeichnet, welches teilweise durch Freistanzen und teilweise durch Trennschneiden in zwei ineinander ver- zahnte Einzelbänder 12 und 14 zerteilt ist. Das Band 10 besteht aus einem weichmagnetischen, für die Herstellung eines Statorkerns geeigneten Elektroblech, wie es beispielsweise in der DIN 46 400 definiert und grundsätzlich bekannt ist. Wesentliche Kriterien derartiger Bleche sind eine Koerzitivfeldstärke unter 1000 A/m, geeignete Legierungszusätze, insbesondere von Si, Ni, Co, Mo und andere, sowie spezielle Behandlungen wie Warm- oder Kaltwalzen, wodurch einerseits günstige weichmagnetische Eigenschaften und andererseits vorteilhafte Verarbeitungsbedingungen erhalten werden.
Durch den Trennvorgang des Bandes 10 ergeben sich spiegelbildlich ineinander verzahnte Einzelbänder als Lamellen 12 und 14, welche polförmige Vorsprünge 16 und nutartige Aussparungen 18 aufweisen. Hierbei ist die Trennung derart ausgeführt, dass der Bereich zwischen benachbarten Zahnflanken 20 und Nutflanken 22 in einer Breite B freigestanzt ist. Die Stanzlänge L entspricht dem Ab- stand der inneren Kanten 24 der Polschuhe 26.
Zur Minimierung des Blechverschnittes ist jeweils die Seitenkante 28 und die Außenkante 30 des Zahnkopfbereiches 26 der Blechlamellen 12 und 14 im Bereich der späteren stirnseitigen Enden der Zähne, beziehungsweise des hierbei gebildeten Nutgrundes, durch Scherschneiden getrennt, wobei im Gegensatz zum Freistanzen kein Materialabfall entsteht. Dieser Teil der Lamellen 12 und 14 ist hinsichtlich der etwas stärker ausgebildeten Grate beim Trennschneiden gegenüber dem Stanzen weniger kritisch, da er durch die später eingebrachte Nutisolation 42 abgedeckt ist und beim Einziehen der Wicklung 46 in die Nuten 40 weniger beansprucht ist, so dass die Gefahr einer Beschädigung der Nut- und/oder Leiterisolation in diesem Bereich kaum besteht.
Ein weiterer Stanzvorgang erfolgt beidseitig an den Außenkanten des Bandes 10 in Form von Ausschnitten 32, die jedoch für die magnetischen Werte des Stator- kerns nicht relevant sind und nur als Eingriffspunkte für ein Ritzel oder dergleichen beim Transport der Bleche dienen, wie er beispielsweise in der eingangs zum Stand der Technik genannten US-PS 3 577 851 beschrieben ist und hier nicht näher erläutert werden muss.
Weitere, für die Gestaltung des Statorkerns relevante Größen der Blechlamellen 12 und 14 sind die Nutbreite N nach dem Trennvorgang im geraden Zustand der Lamellen gemäß Figur 1, die der Nuttiefe entsprechende Zahnlänge A, die Zahnbreite P sowie die Nutteilung T entsprechend dem Abstand von Nutmitte zu Nutmitte. Erfindungsgemäß wird hierbei das Verhältnis α der Zahnbreite P zur Nut- teilung T größer als 0,38 und kleiner als 0,5 gewählt, wobei das Verhältnis α vorzugsweise zwischen 0,40 und 0,48 liegt. Der niedrigere Wert bestimmt hierbei die für einen fertigungstechnisch einfach durchzuführenden Stanzvorgang vorteilhafte Stanzbreite B, der obere Wert definiert die zur Minimierung des magne- tischen Widerstandes im Zahn wesentliche Zahnbreite P. Die Trennlinie beim Scherschneiden im Bereich des Nutgrundes ist hierbei so ausgerichtet, dass sie im Wesentlichen in Verlängerung der freigestanzten Kante 28 der Zahnflanke 20, beziehungsweise der Nutflanke 22 verläuft. Hierdurch ergibt sich ein nahezu geradliniger Übergang vom Nutgrund zur Nutflanke, wobei ein aus den Figuren 2 und 2a deutlicher zu erkennender, scharfkantiger Vorsprung 34 am Nutgrund weitestgehend vermieden wird. Die Breite B des freigestanzten Bereiches entlang der Zahnflanke 20 und der Nutflanke 22 ist dabei mindestens 20% größer als die Blechdicke d der Lamellen 12, 14, welche ihrerseits zwischen 0,3 mm und 1,2 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1,0 mm liegt.
Figur 2 zeigt in leicht vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus einem bereits in seine runde Form gerollten oder gebogenen Statorkern mit Zähnen 39 und Nuten 40, in welche eine Nutisolation 42 eingebracht ist, die sich weitgehend der Kontur der Nut 42 anpasst und an der Nutöffnung 44 auf der Innenkante 24 des Polschuhes 26 abstützt. Nach dem Einbringen der Statorwicklung 46 wird die Nutöffnung 44 durch einen sich ebenfalls an der Innenkante 24 des Zahnkopfes 26 abstützenden Nutverschluss 48 geschlossen, so dass die Statorwicklung 45 auch in diesem Bereich gegen eine Beschädigung der Leiterisolation geschützt ist.
Die Figuren 2 und insbesondere 2a zeigen nochmals deutlich den Verlauf der Trennlinie 38, welche beim Scherschneiden des Bandes 10 im Bereich des Nutgrundes 36 entsteht. Die Trennlinie 38 verläuft dabei im Wesentlichen in Verlängerung der freigestanzten Kante 28 der Zahnflanke 20, so dass nur ein sehr klei- ner Vorsprung 34 stehen bleibt, welcher keine Gefahr für eine Beschädigung der Nutisolation darstellt, auch nicht nach dem Einbringen der Statorwicklung 46.

Claims

Ansprüche
1. Statorkern für eine elektrische Maschine, insbesondere für den Generator eines Kraftfahrzeuges, welcher aus Lamellen (12,14) geschichtet oder gewickelt ist, die aus einem vorzugsweise bandförmigen Elektroblech (10) verzahnt ausgestanzt und/oder ausgeschnitten sind und eine Vielzahl von
Nuten (40) und Zähnen (39) aufweisen, wobei der Bereich der Zahnflanke (20) und der Nutflanke (22) freigestanzt ist, die Zahnbreite (P) und die Nutbreite (N) in den ungebogenen Lamellen (12,14) über die gesamte Zahnlänge (A) im Wesentlichen jeweils konstant sind und das Verhältnis (α) der Zahnbreite (P) zur Nutteilung (T) größer als 0,38 und kleiner als 0,5 ist.
2. Statorkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (α) der Zahnbreite (P) zur Nutteilung (T) zwischen 0,38 und 0,48, vorzugsweise zwischen 0,40 und 0,48 liegt.
3. Statorkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Nutgrundes (36) und des Zahnkopfes(26) durch Scherschneiden getrennt ist.
4. Statorkern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennlinie (38) beim Scherschneiden im Bereich des Nutgrundes (36) im Wesentlichen in Verlängerung der freigestanzten Seitenkante (28) an der Zahnflanke (20) verläuft.
5. Statorkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) des freigestanzten Bereiches entlang der Zahnflanke (20) und der Nutflanke (22) mindestens 20% größer ist als die Blechdicke (d) der Lamellen (12,14).
6. Statorkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechdicke (d) der Lamellen (12,14) zwischen 0,3 mm und 1,2mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1,0 mm liegt.
EP09769143A 2008-06-24 2009-06-15 Statorkern für eine elektrische maschine Withdrawn EP2304867A1 (de)

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