JP2006501796A - 電気的な機械のためのステータ - Google Patents

Abstract

リング形に変形されたステータコア（１０）により保持されたステータコイル（４５）を有する、電気的な機械のためのステータが提案されている。ステータコア（１０）は半径方向内方へ向けられた周面に溝（１４）と歯（１３）とを有している。ステータコア（１０）は積層配置され、積層方向が軸線方向（ａ）を決定するステータ積層板（１１）から成っている。少なくとも１つの第１のステータ積層板（２０）は第２のステータ積層板（２１）よりも大きな曲げ抵抗を有し、少なくとも１つの第１のステータ積層板（２０）が４ｍｍを越えない厚さ（ｄ_ＬＥ）を軸方向（ａ）に有している。

Description

公知技術によれば大部以前から、ステータがいわゆるストラップパッケージ技術によって製造される電気的な機械が公知である。前記ステータを製造するためにはまず個々の積層板が打抜かれ、これらの積層板が所定数、互いに重ねてコアの所望の軸方向幅まで積層される。この積層された積層板はステータコアを形成する。これによりステータコアは片側に、ステータコアにとって一般的な、互いに平行に配置された歯と溝とを有するようになる。あらかじめ巻かれたコアコイルはほぼ平らな形で存在し、次いでほぼ平らなコアの溝内に挿入される。次いでコアとコアコイルとから成る構成グループは、通常の中空円筒状のステータが形成されるように円形に曲げられる。ステータコアとコイルとから成る構成グループを円形に曲げたあとで両方の端部は互いに結合される。

曲げ技術的な理由から、ステータコアの少なくとも一方の端面側において、主積層板と呼ばれる他の積層板に較べて高い剛性を有する端部積層板を取付けることが望ましい。ステータがステータ歯の領域で裂開することは回避される。

エネルギ的な、製作技術的なかつ取扱い的な理由から、任意の剛性のステータ積層板を使用することはできない。剛性の端部積層板の作用は付加的に、電気的な機械の寸法の影響を強く受ける。

発明の利点
独立請求項１の特徴を有する本発明によるステータは、第１のステータ積層板の規定された厚さでエネルギー損失が電磁的にまだ有意義な大きさであるように選択されるという利点を有している。ステータ積層板が４ｍｍを越えない厚さを有していると、ステータコイル電流が高い場合に積層板内部のうず電流は代替可能な枠内にある大きさになる。さらに第１のステータ積層板内に誘起されたうず電流はステータコアの非対称的な半径方向の拡張につながるであろう大きな損失エネルギを発生させていた。この結果、少なくとも１つの厚いステータ積層板に近く位置しているステータケーシングが軸方向でステータ締込み力で負荷されるだけではなく、そのうえ、この個所でのステータ鉄の半径方向の膨脹により付加的な半径方向力をステータケーシングに作用させるものと想われる。これは事情によってはステータコアを突出するケーシング部分の破壊をもたらす複合的でかつ値的に高い応力状態を発生させる。

従属請求項に記載した特徴によっては独立請求項によるステータの有利な構成が可能である。

さらに、第２のステータ積層板に対し厚い第１のステータ積層板は、０．８ｍｍの最小厚さを有していると有利である。この最小厚さは期待に応じて、あとで円形に曲げられるステータコアが半径方向内側（歯）にて拡がることが大部分回避されるという結果をもたらす。

半径方向内方へ向けられた歯の拡がりを十分に回避するためには、第２のステータ積層板の厚さは０．３ｍｍと０．７ｍｍとの間の値を有している。

半径方向内方へ向けられた歯の拡がりに対する他の影響値はステータコアのいわゆるヨーク高さである。ヨーク高さが大きければ大きいほど歯の拡がりは大きく、そのうえ、ヨーク高さと共にステータコアを円形に曲げる場合の費用もしくは投入エネルギも増大する。他面においては、ステータコアのヨークを通る磁気流は大き過ぎる抵抗を有してはならないので、全体として３ｍｍと７ｍｍとの間のヨーク高さが有利である。

好適なヨーク高さの寸法領域は３．５ｍｍと４．３ｍｍとの間である。第１のステータ積層板のためには別の構成によれば、第１のステータ積層板が軸方向の端部積層板として構成されている。この第１のステータ積層板のための前記位置において、第１のステータ積層板は他のすべてのステータ積層板にそれらが拡がらないように作用することができる。

別の構成によれば、端部積層板として構成されているかもしくは配置されている第１のステータ積層板は、第２のステータ積層板とは異なる積層板輪郭を有している。

別の実施例では少なくとも１つの第１のステータ積層板が２つの端部積層板の間の１つの積層板として構成されている。これはすでに個々の第１のステータ積層板でステータコアの対称的な剛性の強化が達成されるという利点をもたらす。

変化実施例においては、少なくとも１つの端部積層板が１つの第１のステータ積層板により構成されている。これには、前記端部積層板もそれに続く１つのステータ積層板も第１のステータ積層板である変化実施例も含むものである。この結果、一方ではステータコアの剛性が一層高められ、他方では剛性が一層高められると共に端部積層板の製作費用が低減させられることになる。１つのステータ積層板を、前記１つのステータ積層板と最終的に同じ厚さを有する２つのステータ積層板と比較すると、薄い方のステータ積層板のための製作費用の方が低い。比較的に厚いステータ積層板の切断エッジは２つの薄いステータ積層板に較べて品質的に劣る。

ステータコアが軸方向の中央と軸方向の端部にて例えばそれぞれ１つの第１のステータ積層板であるように構成されていると、ステータコアは２つの同じハーフステータコアから構成されることができる。これはステータコアの中央に唯一の単独な第１のステータ積層板を有する構成に較べて自動化が容易である。

さらに本発明によれば電気的な機械、特に自動車の３相電流ゼネレータを、先きの実施例の１つであるステータをもって構成することが提案されている。

以下、図面に基づき、本発明による電気的な機械の実施例について説明する。

図１ａには積層配置されたステータ積層板１１から成るステータコア１０が示されている。ステータ積層板１１は片側１２にて歯１３と溝１１とが延在するように配置されている。歯１３は後ちにステータにおいてロータから発する電磁場を促え、これによって溝１４内に配置されたステータコイルにて電圧を誘発するために用いられる。前記片側１２はステータコア１０とステータコイルとから成る構成グループが円形に曲げられたあとで半径方向内側へ向けられる。さらにステータコア１０は後ちに半径方向外側に向けられる裏面側１５を有している。この裏面側１５は同様に成形されかつ裏面歯１６を保持している。この裏面歯１６の間には裏面溝１７が延びている。歯１３と裏面歯１６はヨーク１８を介して一体に結合されている。積層配置されたステータ積層板１１は軸方向ａと合致する積層方向を決定する。前記軸方向は後に電気的な機械においてロータの回転軸線に相当する。ステータコア１０は少なくとも２つの異なるステータ積層板１１から積層されている。図１においてはそれぞれ１つの第１のステータ積層板２０がステータコア１０の各端面に配置されている。これらの両方の第１のステータ積層板２０の間には第２のステータ積層板２１が配置されている。第１のステータ積層板２０は第２のステータ積層板２１よりも大きい曲げ抵抗を有している。

択一的に一方では第２のステータ積層板２１から構成されかつ他方では少なくとも１つの第１のステータ積層板を一方の端面側に有しているステータコア１０を設けることもできる。図１ｂには一方の端面側にだけ１つの第１のステータ積層板２０を有する変化実施例が示されている。

図２ａには１つの溝１４の位置でヨーク１８を通ってステータコア１０を断面した横断面が示されている。このステータコア１０は厚さｄ_ＬＨが第２のステータ積層板２１に相当する、例えば材料厚さ０．５ｍｍであるステータ積層板１１から成っている。ヨーク１８はヨーク高さＨ、例えば４ｍｍを有している。このようなステータコアを溝１３内に配置されたステータコイルと一緒に円形に曲げると、ヨーク１８の強い曲率に基づきステータ積層板１１の拡がりが発生する。この拡がりは既にヨークの中位相にて始まり、歯１３の端部領域にて特に顕著に現われる。この拡張２３は膨脹δ_Ｂとして示されている。この場合膨脹δ_Ｂはステータコア１０の元の幅Ｂと曲げたあとのステータコアの最終幅Ｂ_１とに関連する。式で示した関係は以下の通りである。

δ_Ｂ＝（Ｂ_１／Ｂ_０）−１
図３を用いて示したように、膨脹δ_Ｂは特に使用された第１のステータ積層板２０のヨーク高さＨ_Ｊと厚さｄ_ＬＥとに関連している。相応する寸法表示は図２ｂにも示されている。

図３には線図で、使用された所定の材料厚さｄ_ＬＥの第１のステータ積層板に達成された膨脹δ_Ｂに及ぼす作用が種々のヨーク高さに関連して示されている。この関係は材料厚さ０．５ｍｍの第２のステータ積層板２１に関連して求められている種々の実施例について測定されており、この場合、ヨーク高さＨ_Ｊを変化させた。ヨーク高さはＨ_Ｊ１＝３ｍｍ、Ｈ_Ｊ２＝４ｍｍ、Ｈ_Ｊ３＝５ｍｍ、Ｈ_Ｊ４＝６ｍｍ、Ｈ_Ｊ５＝７ｍｍである。はっきり解るように第２のステータ積層板２１のヨーク高さがコンスタントでかつ材料厚さがコンスタントである場合には、膨脹δ_Ｂに対する第１のステータ積層板２０の影響は、第１のステータ積層板２０の材料厚さが増すにつれて膨脹δ_Ｂがはっきりと減少されるように増大する。図３における例示的な線図の結果と第２の積層板２１のための異なる材料厚さｄ_ＬＨのための他の計算とに基づき、第１のステータ積層板２０は４ｍｍを越えない厚さｄ_ＬＥを軸方向に有していることが必要である。さらに、少なくとも１つの第１のステータ積層板２０は軸方向で、少なくとも０．８ｍｍの厚さを有している。さらに少なくとも１つのステータ積層板２０がそれぞれ１．０と２．０ｍｍを含む１．０ｍｍと２．０ｍｍとの間の厚さを軸方向で有していると有利である。すでにこのような第１のステータ積層板２０を製造するための代替可能な費用で、膨脹δ_８を制限するきわめて良好な結果が達成される。補完する計算に基づき、比較的に厚い第１のステータ積層板の使用は、第２のステータ積層板２１が０．３ｍｍと０．７ｍｍとの間の材料厚さｄ_ＬＨを有していると特に有効であることが確認された。第１にはヨーク高さＨ_Ｊのためには３ｍｍと７ｍｍとを含めたその間の大きさの値が有利である。第２にはステータコア１０が３．５ｍｍと４．３ｍｍとの間であるヨーク高Ｈ_Ｊを有していることができる。

図４には部分的にステータコア１０が側面図で示されている。この別の実施例は一方では、少なくとも１つの第１のステータ積層板２０によりステータコア１０の一方の軸方向端部にて覆われている第２のステータ積層板２１を示している。この第１のステータ積層板２０は第２のステータ積層板２１が有する輪郭２５とは異なる輪郭を有している。この場合には例えば歯１３は第２のステータ積層板２１の歯１３の幅よりも狭い。第２のステータ積層板２１の歯１３は例えばそれぞれ隣接した溝１４に向かって突出した歯条片２８を有するはっきりした歯頭２７を有している。このような歯条片２８は第１のステータ積層板２０は有していない。さらに第１のステータ積層板２０のヨーク高さＨ_Ｊ２０は第２のステータ積層板２１のヨーク高さＨ_Ｊ２１よりも小さいことができる。第１のステータ積層板２０の歯１３を通る断面図を見ると、溝１４に向かって丸味の付けられた歯１３の縁が示されている。縁の丸味付けは例えばすでに打抜きに際していわゆる打抜き引込みによって行なうことができる。同様に裏面歯１６においても相応する縁の丸味付けを行なうことができる。

図５ａにおいてはステータコア１０のための別の変化実施例が示されている。ステータコア１０は２つのステータ積層板２１の他に少なくとも１つの第１のステータ積層板２０を有している。この第１のステータ積層板２０は第２のステータ積層板２１よりも大きな厚さを有している。第１のステータ積層板２０は外周に環状に延びる段部３０を有している。この段部３０は電気的な機械のケーシングにおける着座として用いられる。これによってステータコア１０の右側の端面と段部３０の端面３０との間に所定の軸方向の長さが達成される。これは２つのケーシング半部の間のクランプ作用の質にとって重要である。この段部３０は例えば旋削により加工することができる。図５ｂによる実施例はステータコア１０の両方の軸方向端部にそれぞれ１つの第１のステータ積層板２０を示している。これらの第１のステータ積層板２０の間には第２のステータ積層板２１が受容されている。図面では各第１のステータ積層板２０に段部３０が切除されている。必要であれば例えば一方の段部３０は省略することができる。

図６にはステータコア１０の別の変化実施例が示されている。当初第１のステータ積層板２０を含んでいない第２のステータ積層板２１から形成されている第１のスタックから出発して、幅Ｂ_２０が測定される。所定の許容誤差内で幅Ｂ_２０を有するこの第１のスタックに選択されて第１のステータ積層板２０が加えられる。この第１のステータ積層板２０は総スタックに所望される幅Ｂ_４０が生じるように、幅Ｂ_２０に相応して理想幅Ｂ_３０を有する幅Ｂ_３０を有している。幅Ｂ_４０も許容誤差を有している。しかし、第２の積層板２１からのスタックが幅Ｂ_２０とは異なる幅、例えば幅Ｂ_２０よりも小さい幅を有していると、付加しようとする第１のステータ積層板２０のためには幅Ｂ_３０よりも大きい幅Ｂ_３を有するステータ積層板が選択される。同様に反対の場合、第２のステータ積層板２１から成るスタックが幅Ｂ_２０より大きな幅を有している場合には幅Ｂ_３０よりも小さな幅Ｂ_３を有する第１のステータ積層板２０が選択される。この処置の目的は第２のステータ積層板２１と少なくとも１つの第１のステータ積層板２０とから、技術的に許容される誤差状態で目標幅Ｂ_４０の総スタックを形成することである。これは早期の製作段階で高い嵌合精度を達成することを可能にする。すなわち、別の機械的な加工、例えば旋削すること、つまりステータコアを必要な軸方向の長さに切削加工することは不要になる。

図７ａにおいては部分的にステータコア１０の別の実施例が示されている。この実施例は軸方向の両端にそれぞれ２つの第１のスタータ積層板２０を保持し、２つの第１のステータ積層板２０の間には第２のステータ積層板２１が受容されている。

図７ｂには前記実施例が端面図で示されている。この場合には付加的にそれぞれ外側の第１のステータ積層板２０に段部３０が加工されている。

図８にはステータコア１０の別の実施例が示されている。この場合には第１のステータ積層板２０はその間に所定数の第２のステータ積層板２１を受容している。さらに第１の積層板２０は端部積層板を形成するそれぞれ１つの第２のステータ積層板２１により軸方向外側にて覆われている。このような配置は、段部３０の軸方向の深さＴ_Ａが、例えば２つの相前後して位置する２つの第２のステータ積層板２１の間で終るであろう大きさに達する場合に望ましい。これは事情によっては段部３０の領域にてきわめて薄い積層板厚さをもたらすことになるものと想われる。これは第１のステータ積層板２０の前述の配置によって回避される。何故ならばこの場合には軸方向の端面は常に積層板の材料に終るからである。択一的に端部積層板は別の厚さｄ_ＬＥを有する第１の積層板２０であることができる。

図９ａに示された別の実施例においては、それぞれ１つの第１のステータ積層板２０がその間に第２のステータ積層板２１を受容し、２つの第２のステータ積層板２０がステータコア１０の剛性を高めるためにステータコア１０の軸方向の中央に配置されている。

図９ｂには部分的にステータコア１０もしくはステータ４０、つまり円形に曲げる前に挿入されたステータコイルを有する、すでに円形に曲げられたステータコア１０とケーシングとの間の移行部が示されている。この図面からは段部３０がケーシング４３における段部４２をどのように取巻いているかが明確に示されている。

一般的には先きに述べた実施例の１つであるステータコア１０はステータコイル４５で装備される。図１０ではステータコイル４５は象徴的に丸で表示されている。このステータコイルは有利には３相コイルであって、ステータコア１０の溝１４にコイル側で挿入されている。これは図１０に示したように例えば平らなステータコア１０で行なうことができるが、平らでないステータコア１０、例えば溝１４が付加的に開放されるように裏面側に亙って延ばされたステータコア１０でも行なうことができる。ステータコア１０の伸張させられた状態はステータコイル４５をステータコア１０に挿入するためには必要ではない。次いで、図１０に示されたステータコア１０とステータコイル４５とから成る構成グループ５０は円形に曲げられ、溝１４は共通の中心を指す（図１１）。

図１２は象徴的な図でケーシングとステータ４０とを有する電気的な機械５５を示している。

本発明の枠内では電気的な機械５５のためのステータ４０が設けられている。この場合、このステータ４０はリング形に変形されたステータコア１０に保持されたステータコイル４５を有している。ステータコア１０は半径方向内方へ向けられた周面に溝１４と歯１３とを有している。ステータコア１０は積層配置されたステータ積層板１１から成り、ステータ積層板１１の積層方向は軸線方向ａを決定している。少なくとも１つの第１のステータ積層板２０は第２のステータ積層板２１よりも大きな曲げ抵抗を有している。少なくとも１つの第１のステータ積層板２０は４ｍｍを越えない厚さｄ_ＬＥを軸方向ａに有するように構成されている。さらに、少なくとも１つの第１のステータ積層板２０は少なくとも０．８ｍｍである厚さｄ_ＬＥを軸方向ａに有するように構成されている。又、少なくとも１つ第１のステータ積層板２０は、それぞれ１．０と２．０ｍｍを含む１．０と２．０ｍｍの間の厚さｄ_ＬＥを軸方向ａに有していることが有利であることが証明された。又、第２のステータ積層板２１の厚さｄ_ＬＨは０．３と０．７ｍｍを含む０．３と０．７ｍｍの間であると好適であることが証明された。さらに、３ｍｍと７ｍｍとの間のヨーク高さＨ_Ｊが有利である。この第１の選択に対し、特に有利であることはステータコア１０が３．５ｍｍと４．３ｍｍとの間のヨーク高さＨ_Ｊを有していることである。有利な構成によれば少なくとも１つの第１のステータ積層板２０が端部積層板であり、その結果、ステータコア１０の一方の軸方向の端部に配置されている。ステータコイル４５を保護するためには少なくとも１つの端部積層板が第２の積層板２１とは異なる積層板輪郭を有している。これは例えば、端部積層板が第１のステータ積層板２０として構成されている場合に当嵌まる。しかしこれは第１のステータ積層板に限られるものではなく、第２のステータ積層板２１に適用することもできる。少なくとも１つの第１のステータ積層板２１をステータコア１０の内部に配置する場合にはステータコア１０の軸方向の中央位置が有利である。

さらに別の、うず電流損失を考慮した第１の構成では、少なくとも１つの第１のステータ積層板２０の軸方向の幅もしくは材料厚さはステータコアの軸方向の幅の１０％越えないようになっている。ステータコア１０が軸方向で４０ｍｍの幅を有していると、少なくとも１つの第１のステータ積層板２０は４ｍｍよりも大きくはならない。第２の構成では少なくとも１つの第１のステータ積層板２０の最大幅は５％に決められ、少なくとも１つの第１のステータ積層板２０の幅は２ｍｍよりも大きくならないように決められている。

第１実施例による積層されたステータコアを示した図。 第１実施例の拡大された詳細図。 ステータ鉄の横断面図。この場合、すべての積層板は同じ厚さを有している。 比較的に厚い端部積層板を有するステータ鉄を詳細に示した図。 第１のステータ積層板厚さ、軸方向の寸法及びヨーク高さの間の関係を示す線図。 変化させた輪郭を有する端部積層板を有するステータコアの側面図。 別の実施例によるステータコアの横断面図。 別の実施例によるステータコアの横断面図。 ステータコアの別の実施例を示した図。 ステータコアの別の実施例を示した図。 ステータコアの別の実施例を示した図。 図５ａ、図５ｂ、並びに図７ｂから図９ａまでの実施例によるステータコアとケーシング部分との協働を示した図。 積層配置されたステータ積層板から成る実施例のステータコアをステータコイルと共に示した図。 図１０に示された実施例を円形に曲げて形成された電気的な機械のステータ。 本発明によるステータを有する電気的な機械を象徴的に示した図。

符号の説明

１０ ステータコア
１１ ステータ積層板
１２ 片側
１３ 歯
１４ 溝
１５ 裏面
１６ 裏面歯
１７ 裏面溝
１８ ヨーク
２０ 第１のステータ積層板
２１ 第２のステータ積層板
２３ 拡開
３０ 段部
４０ ステータ
４２ 段部
４３ ケーシング
４５ ステータコイル
５０ 構成グループ
５２ 溶接シーム
５５ 電気的な機械

Claims (12)

1. 電気的な機械のためのステータであって、ステータコイル（４５）を有し、該ステータコイル（４５）がリング形に変形されたステータコア（１０）内に保持されており、該ステータコア（１０）が半径方向内方へ向けられた周面に溝（１４）と歯（１３）を有しており、ステータコア（１０）が積層配置されたステータ積層板（１１）を有し、該ステータ積層板の積層方向が軸方向（ａ）を規定しており、少なくとも１つの第１のステータ積層板（２０）が第２のステータ積層板（２１）よりも大きな曲げ抵抗を有しており、少なくとも１つの第１のステータ積層板（２０）が４ｍｍを越えない厚さ（ｄ_ＬＥ）を軸方向に有していることを特徴とする、電気的な機械のためのステータ。
2. 少なくとも１つの第１のステータ積層板（２０）が少なくとも０．８ｍｍである厚さ（ｄ_ＬＥ）を有している、請求項１記載のステータ。
3. 少なくとも１つの第１のステータ積層板（２０）がそれぞれ１．０と２．０ｍｍの間の厚さ（ｄ_ＬＥ）を有している、請求項１又は２記載のステータ。
4. 第２のステータ積層板（２１）の厚さ（ｄ_ＬＨ）がそれぞれ０．３ｍｍと０．７ｍｍとの間である、請求項１から３までのいずれか１項記載のステータ。
5. ステータコア（１０）がそれぞれ３ｍｍと７ｍｍとの間のヨーク高さＨを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のステータ。
6. ステータコア（１０）が３．５ｍｍと４．３ｍｍとの間のヨーク高さＨを有している、請求項５記載のステータ。
7. 少なくとも１つの第１のステータ積層板（２０）が端部積層板である、請求項１から６までのいずれか１項記載のステータ。
8. 少なくとも１つの端部積層板が第２のステータ積層板（２１）とは異なる積層板輪郭（２５）を有している、請求項７記載のステータ。
9. 少なくとも１つの第１のステータ積層板（２０）が２つの端部積層板の間に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のステータ。
10. 少なくとも１つの端部積層板が第１のステータ積層板（２０）である、請求項９記載のステータ。
11. 少なくとも１つのステータ積層板（２０）が軸方向でステータ（４５）の中間に配置されている、請求項９記載のステータ。
12. 請求項１から１１までのいずれか１項記載のステータを有する、電気的な機械、特に自動車のための３相電流ゼネレータ。

Images