JP2006515144A - ステータを製作するための方法ならびに該方法により製作されたステータ - Google Patents

Abstract

本発明は、ストリップ状の薄片（２１）から、まず、ほぼ直方体状の薄片積層体（４０）を形成し、該薄片積層体（４０）を、後続の１つのステップで円形曲げ加工によって、円筒軸線（ｚ）に相当する軸方向（ａ）を備えた、軸方向の端面（４６）を有する環形状に変形加工して、電気機械に用いられるステータコア（２０）を製作するための方法に関する。この場合、後続のさらなるステップで環状の薄片積層体（４０）を少なくとも部分的に軸方向の端面（４６）で軸方向（ａ）に塑性変形させることが提案されている。
さらに、電気機械、特に自動車のためのジェネレータに用いられるステータであって、当該ステータが、円形曲げ加工されたストリップ状の薄片（２１）から成る、軸方向の端面（４６）を備えたステータ鉄から成っている形式のものに関する。この場合、ステータ鉄が、端面（４６）で軸方向（ａ）に塑性変形させられていることが提案されている。
さらに、本発明は、電気機械、特に自動車のためのジェネレータに用いられるステータであって、円形曲げ加工されたストリップ状の薄片（２１）から成るステータ鉄が設けられており、該ステータ鉄が、軸方向の端面（４６）を有している形式のものに関する。この場合、ステータ鉄が、その内径に外径よりも大きな軸方向の長さを有していることが提案されている。

Description

背景技術
本発明は、独立請求項の上位概念部に記載した形式の、ステータを製作するための方法ならびに該方法により製作されたステータに関する。

国際公開第０１／５４２５４号パンフレットに基づき、電気機械、特に自動車に用いられるジェネレータのために設けられたステータを製作するための方法が公知である。この場合、ストリップ状の薄片から、まず、ほぼ直方体状の薄片積層体、つまり、積層鉄心が形成され、後続の１つのステップで円形曲げ加工によって環形状に変形加工される。ステータもしくはステータ鉄のこの環形状は軸方向の２つの端面を有している。２つのエンドシールドの間に軸方向の端面を介して軸方向で緊締されたこのような形式のステータもしくはステータ鉄は比較的高い弾性および可撓性を有していることが確認された。この可撓性は、エンドシールドの間でのステータの緊締のために働く解離可能な固定手段、たとえばねじが緩められるかまたは択一的には極めて高く負荷可能でなければならないことを生ぜしめ得る。このことは、電気機械のサイズに影響を与える。ねじがステータの外周面に配置されている場合には、これによって、電気機械の外径の拡大が生ぜしめられ得る。

発明の利点
第１の独立請求項の特徴を備えた、電気機械に用いられるステータを製作するための本発明による方法は、軸方向の端面で少なくとも部分的に軸方向に塑性変形させられた環状の薄片積層体がその可撓性を、特に２つのエンドシールドの間での螺合に相俟って著しく減少させ、したがって、両エンドシールドの間での固定が改善されるという利点を有している。両エンドシールドの間の固定エレメントの解離の危険は著しく減少させられている。さらに、両エンドシールドの間での緊締によるステータの電磁的に有効な内歯の扇状の拡張が十分に回避される。これによって、電磁的な損失もやはり減少させられる。

従属請求項に記載した手段によって、独立請求項に記載した方法の有利な実施態様が可能となる。

軸方向の緊締面を端面の塑性変形によって環状の薄片積層体の軸方向の両端部に一体成形することが特に有利である。このことは、軸方向への塑性変形によって、いまや、ステータの変形の弾性的な割合が軸方向で減少させられていることを意味している。両エンドシールドの間の弾性が減じられている。いまや、ステータの残された圧縮性はより均質であるので、両エンドシールドの間での個々の固定エレメントの間の緊締は、いまや、ほとんど異なっていない。特に冷間変形加工プロセスによる軸方向の緊締面の製作時には、意図的な塑性変形のほかに、軸方向に作用する変形加工力が軸方向の剛性の増加を生ぜしめる。このことは、軸方向の緊締技術に対するステータに有利に影響を与える。このステータは、組み付けられた状態で大きな圧力負荷にさらされていて、積み重ねられた積層体構造に基づき、ハウジング螺合に対して原理的に不利な永久歪み特性を有している。完成させられた中空円筒状のステータへの円形曲げ加工過程後のこの力負荷によって、永久変形の、原理的に存在するばらつきが著しく減少させられる。したがって、ステータの寸法・形状誤差を一層正確に規定しかつひいては一層高い要求を満たすことも可能となる。

本発明の別の実施態様によれば、環状の薄片積層体が軸方向の変形加工と同時にその外周面で半径方向にプレスされ、これによって、同じく塑性変形させられることが提案されている。この手段は、軸方向の力負荷によって生ぜしめられる半径方向での過度に大きな変化を全て回避する。ステータ鉄もしくはステータの外形はより正確にかつひいてはより良好に維持することができる。

特に薄片積層体の外周面の塑性変形によって半径方向のハウジング嵌込み部が形成されることが提案されている。自動車ジェネレータおよび一般的に電気機械における、いわゆる「軸方向緊締技術」では、エンドシールドに対するステータの安定した軸方向の位置が必要となるだけでなく、ステータ内に配置されるロータに対する正確な中心の配置も必要となる。したがって、本発明による手段によって、ハウジング嵌込み部によりセンタリング直径が一体成形される。このセンタリング直径によって、エンドシールド内でのステータの極端に正確な配置および同じくロータに対する極端に正確な対応配置が可能となる。さらに、これによって、軸方向の緊締面とセンタリング直径もしくはハウジング嵌込み部との間の直交性を申し分なく形成することができる。さらに、軸方向および半径方向での同時の塑性変形によって、接合面取り部が軸方向の緊締面とハウジング嵌込み部との間に一体成形されることが提案されていてよい。したがって、本発明により製作された接合面取り部によって、別の作業工程、たとえば切削加工による作業工程が省略され、さらに、一方のエンドシールドへのステータの容易なかつ確実な組付けが可能となる。

選択された冷間変形加工法によって、たとえば高価な切削加工作業法が省略され、ばりが、切削加工の省略によって形成され得ないので、これにより生ぜしめられる組付け問題が省略される。

本発明によれば、薄片が０．３５ｍｍ〜１ｍｍの間の厚さを有していることが望ましい。この場合、０．５ｍｍの厚さが有利となり、有利には、全ての薄片が同じ厚さを有している。このことは、出力および効率が高いという利点を有している。なぜならば、したがって、薄片厚さが、いわゆる「電磁鋼板品質」に製作可能である範囲内に位置しているからである。さらに、工具に対する手間が簡単となり、製造装置の生産性が向上させられている。均質の構造（同じ厚さ）によって、ステータ鉄の曲げ特性が改善されている。

さらに、１つのステータ金属薄板積層体のｎ枚の薄片が、打抜き工具で形成される順序と同じ順序でステータ金属薄板積層体に配置されることが提案されている。このことは、一方では、実際に同じ材料厚さを備えた薄片を使用することができ、したがって、ステータ金属薄板積層体に対する発生し得る積層体誤差が可能な限り小さいという利点を有している。これによって、打抜き時のポンチガイドプレートもしくはカッティングプレートの分離・位置決め誤差と、打抜き工具における金属薄片ストリップの位置決め誤差とを最小限に保つことができ、したがって、最終製品、すなわち、ステータ金属薄板積層体でも最小限に保つことができる。

さらに、薄片を、たとえば帯材リールの薄片用金属薄板中間材料から打ち抜く前に、この薄片用金属薄板中間材料の材料厚さが測定装置によって検出され、ほぼ直方体状の薄片積層体の、所定の誤差を備えた目標幅から出発して、ほぼ直方体状の薄片積層体における薄片の目標枚数が検出されることが提案されている。コンピュータを介して、ステータ金属薄板積層体のための正確な薄片枚数が検出される。この手段によって、小さな積層体幅誤差が得られる。

より小さな軸方向誤差もしくは薄片積層体幅誤差を形成するかもしくは獲得するための別の手段は、個々の薄片をまずクリーニングし、したがって、打抜きプロセスの残オイルおよび汚物を除去することにある。次いで、クリーニングされた薄片が、ギャップなしの１つの薄片積層体を形成するために積層され、正確に位置決めされ、所定の力による負荷下で互いにプレスされ、次いで、薄片が結合技術、有利には溶接によって互いに結合される。特にここでは、いわゆる「レーザビーム溶接」が適している。なぜならば、これは、歪みなしの薄片積層体と同時に可能な限り僅かな入熱を生ぜしめられるからである。

薄片積層体の円形曲げ加工は軸方向のプレロード下で行われる。これによって、許容することができない塑性変形、たとえば薄片の扇状の拡張およびうねりが回避される。

本発明の別の有利な実施態様によれば、ほぼ直方体状の薄片積層体が、軸方向のプレロード下での円形曲げ加工後、薄片積層体の、互いに向き合わされた両端面端部で互いに結合されることが提案されている。この結合プロセスも、有利にはレーザ溶接法によって行われる。

軸方向の変形加工ステップによる外周面における薄片積層体の軸方向の長さの減少率が１％〜１０％の間にあることが提案されている。

ステータ積層体もしくは薄片積層体の軸方向剛性のさらなる改善のためには、最初ストリップ状の薄片積層体の円形曲げ加工前に、巻線が薄片積層体のスロット内に挿入されることが提案されている。線材ラッカとスロット絶縁体とを介して形成される、巻線とスロットとの間の強制的な摩擦によって、一層改善された軸方向剛性が得られる。

もう１つの独立請求項によれば、電気機械に用いられるステータが提案されている。このステータのステータ鉄は、円形曲げ加工された、ほぼ直方体状の薄片積層体から成っている。この薄片積層体は軸方向の端面を有していて、この端面で軸方向に塑性変形させられている。この塑性変形は局所的な領域に制限されるようになっており、これによって、薄片積層体が少なくとも部分的に軸方向の端面の外周面で変形加工されている。薄片積層体が外歯を有している場合には、この箇所を外歯に制限することができる。

ステータ鉄は、１つのエンドシールド内への嵌合正確な嵌込みのために、周面に、塑性変形させられた半径方向の少なくとも１つのステータ嵌込み部を有している。このステータ嵌込み部は、ステータ鉄の軸方向の少なくとも１つの端部に配置されている。

さらに、ステータは、変形加工された少なくとも１つの接合面取り部を有している。ステータ鉄はその内径に外径よりも大きな軸方向の長さを有している。これによって、ここに提案された本発明の枠内でステータ鉄がより大きな軸方向の剛性を有するようになっている。

説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１ａ、図１ｂおよび図１ｃには、いわゆる「平形積層体製作法」により製作される、電気機械に用いられるステータコア２０の原理的な製作法が示してある。まず、ほぼ長方形のもしくは直方体状のストリップ状の薄片２１が準備される。この薄片２１はスロットスリット２２を備えている。このスロットスリット２２は両側でそれぞれ歯２４または半割歯２５によって仕切られる。この歯２４もしくは半割歯２５は重なり合ってヨーク２６を介して互いに結合されている。このヨーク２６は、主として、周方向ｐにかつ半径方向ｒに延びていて、さらに、一般的には、薄片２１の材料厚さに合致する材料厚さｓを有している。ヨーク２６は、歯２４；２５と反対の側のヨーク背面３２を有している。このヨーク背面３２は負の方向ｒに方向付けられている。歯２４および半割歯２５は、主として、半径方向ｒにかつ周方向ｐに延びている。歯２４，２５も材料厚さｓを有している。当然ながら、歯２４，２５と同様にスロットスリット２２も周方向ｐにかつ半径方向ｒに延びている。歯２４および半割歯２５は、それぞれ１つの歯ベース２８と、この歯ベース２８に比べて周方向ｐに拡張された歯ヘッド２９とに分割することができる。歯２４，２５は歯ベース２８を介してヨーク２６に一体に結合されている。この場合、歯ベース２８はほぼ直角にヨーク２６から出発している。半割歯２５はそれぞれヨーク２６の端部に配置されていて、したがって、薄片２１の出発状態において周方向ｐで逆方向に向けられている。このような形式の薄片２１は、たとえば３６個のスロットスリット２２を有していてもよいし、４８個のスロットスリット２２を有していてもよい。しかし、より高いスロットスリット個数も可能である。このような形式の薄片２１は、慣用の形式では、いわゆる「電磁鋼板」から成っていて、したがって、強磁性である。

このような多数の薄片２１、たとえば６０枚の薄片２１から、これらの薄片２１の相互の当付けによって、ほぼ直方体状の薄片積層体４０、つまり、積層鉄心が形成される。この場合、薄片２１は、ヨーク２６と歯２４，２５とによって形成された外側輪郭が互いに重なり合うように位置決めされる。薄片積層体４０は周方向でその端部にそれぞれ１つの端面端部４３を有している。したがって、この場合に薄片２１から形成された薄片積層体４０もやはり軸方向ａ、周方向ｐおよび半径方向ｒを有している。結果的には、薄片積層体４０は、いまや、軸方向ａに延びるスロット４２を有している。このスロット４２もやはり歯２４もしくは半割歯２５によって仕切られている。歯２４および半割歯２５は個々の表面を形成している。これらの表面は半径方向ｒに方向付けられている。歯ヘッド表面４４は、のちに、ロータの、電磁的に有効な部分と直接協働する表面を形成する。後続の１つのステップでは、薄片積層体４０が円形曲げ加工によって環形状に変形加工される。この変形加工によって、円形曲げ加工後、歯ヘッド表面４４が全て、軸方向ａに相当する円筒軸線ｚに一緒に方向付けられている。したがって、この場合、歯ヘッド表面４４が、薄片積層体４０の環形状に所属可能な円筒周壁表面の一部となる（図１ｃ参照）。円形曲げ加工によって、両半割歯２５が互いに当て付けられ、これによって、両半割歯２５が一緒に電磁的な観点で１つの完全な歯２４に相当している。薄片積層体４０の環形状は軸方向の２つの端面４６を有している。両端面４６のうち、図１ｃには、一方の端面しか見ることができない。以下に説明するように、後続のさらなるステップでは、環状の薄片積層体４０が少なくとも部分的に軸方向の端面４６で軸方向ａに塑性変形させられる。

図２には、どのようにして環状の薄片積層体４０が軸方向の端面４６で軸方向に塑性変形させられるようになっているのかが示してある。この方法ステップを実施するためには、円形の薄片積層体４０もしくはステータコア２０が一方の軸方向の端面４６でリング５０に載置される。このリング５０の内径は薄片積層体４０の外径よりも小さく寸法設定されている。反対の側に位置する軸方向の端面４６から出発して、第２のリング５１が、第２の軸方向の端面４６に載置するまで、この軸方向の端面４６に向かって運動させられる。リング５１の内径も、円形曲げ加工された薄片積層体４０の外径よりも小さく寸法設定されている。引き続き、リング５１が所定の力で負荷され、環状の薄片積層体４０を押圧し、これによって、この薄片積層体４０が「作用・反作用」の原理によって相応の反力でリング５０に支持される。力Ｆによる負荷によって、環状の薄片積層体４０が軸方向の端面４６で軸方向ａに塑性変形させられる。リング５０および／またはリング５１がその環形状全体で端面４６に接触するかまたは環形状の一部でしか端面４６に接触しないかに応じて、薄片積層体４０の全周にわたってこの薄片積層体４０が軸方向に変形加工されるかまたは周面の一部もしくは個々の箇所でしか薄片積層体４０が軸方向に変形加工されない。

図３には、リング５１もしくはリング５０による変形加工プロセスの間の薄片積層体４０の変化が部分的に示してある。ここには、リング５１の最も深い押込みの瞬間における薄片積層体４０の、図２で右上の角隅が著しく拡大して部分的に示してある。明確に認めることができるように、個々の薄片２１はその半径方向外側の端部でリング５１の、有利には半径方向内側で丸み付けられた輪郭によって塑性変形させられる。この場合、薄片２１の材料は軸方向に圧縮され、この事例では、僅かに外方に膨出した薄片積層体４０が形成される。

図４には、リング５１の持上げ後のこのリング５１なしの、図３と同じ薄片積層体４０の部分が示してある。端面４６の塑性変形によって、環状の薄片積層体４０の軸方向の両端部に軸方向の緊締面５３が形成される。

図５には、軸方向の端面４６の塑性変形に対する別の実施例が示してある。図３もしくは図４に示した実施例によるリング５１は、ほぼ正方形の断面を有しているのに対して、図５に示したリング５１はやや異なる輪郭を有している。さらに、このリング５１は、確かに、軸方向の端面を軸方向で塑性的に薄片積層体４０に一体成形するために適しているように形成されている。しかし、さらに、リング５１は、同時に薄片積層体４０の周面でこの薄片積層体４０を半径方向にプレスし、これによって、塑性変形させることもできる。

図６には、リング５１の持上げ後の薄片積層体４０の相応の輪郭が示してある。この場合、薄片積層体４０の周面の塑性変形によって、ハウジング嵌込み部が形成され、これによって、リング５１の持上げ後、すでに前述したように、軸方向の緊締面５３と、いまや、半径方向のハウジング嵌込み部５４も残される。このハウジング嵌込み部５４の直径が出発寸法よりも０．０１％〜１％小さく寸法設定されていることが提案されている。

図７には、薄片積層体４０の塑性変形の別の変化形が示してある。この実施例では、軸方向の緊締面５３とハウジング嵌込み部５４とが設けられているだけでなく、さらに、同じ塑性変形過程によって形成された接合面取り部５５も設けられている。

図８には、軸方向の端面４６もしくは外周面の塑性変形後の、円形曲げ加工された薄片積層体４０の側面図が示してある。この箇所で念のために付言しておくと、変形加工部は、軸方向の端面４６と外周面とがぶつかる角隅に隣接している。軸方向の緊締面５３だけでなくハウジング嵌込み部５４も約１〜６ｍｍの長さにわたって延びている。

軸方向での塑性変形後の薄片積層体４０の特に寸法安定性の軸方向の長さを得るためには、特別な手段が必要となる。

まず、薄片が０．３５ｍｍ〜１ｍｍの間の厚さを有していることが重要となる。この場合、０．５ｍｍの厚さが有利となる。理想的には、全ての薄片が同じ材料厚さを有している。

見込まれ得る誤差に関して特に有利な特性を有する薄片積層体４０を製作するためには、すでに薄片２１の打抜き時に規定された形式で行われることが提案されている。打抜き時には、所定の機械もしくは打抜き工具から到来した薄片２１が連続して打抜き機から投げ出される。たとえば第１の薄片２１．１が打ち抜かれ、これにすぐ続いて、第２の薄片２１．２が打ち抜かれ、その後、薄片２１．３が打ち抜かれ、引き続き、薄片２１．４が打ち抜かれ、さらに、後続の薄片２１．５，２１．６，２１．７，２１．８，２１．９が打ち抜かれる。したがって、この例では、９枚の薄片２１．１〜２１．９が直接連続して打ち抜かれる。正確にこの順序は薄片積層体４０の積層時に同じく維持されるようになっている（図９参照）。いま述べた薄片２１の順序は、この例でも、薄片積層体４０の製作時に従わされる。したがって、形成したい薄片積層体４０の第１の薄片２１．１には、すぐその後に薄片２１．２が当て付けられ、この薄片２１．２には薄片２１．３が当て付けられ、さらに、この薄片２１．３には薄片２１．４等が当て付けられ、最後に薄片２１．９まで当て付けられ、最終的にこうして薄片積層体４０が形成される。薄片積層体が、たとえばｎ＝６０枚、７０枚または８０枚の薄片２１を有している場合には、相応して、薄片２１．１〜２１．６０または薄片２１．１〜２１．７０または薄片２１．１〜２１．８０が、説明した形式で当て付けられ、積層されて１つの薄片積層体４０が形成される。したがって、ステータ金属薄板積層体４０のｎ枚の薄片２１がステータ金属薄板積層体４０に、打抜き工具で形成される順序と同じ順序で配置される。

たとえば正確にｎ＝６０枚、７０枚または８０枚の薄片２１が積層されて１つの薄片積層体４０が形成されるようになっている前述した手段は、個々の薄片２１の材料厚さｓの誤差が、極めて正確な特定の範囲内にある場合に特に有利である。

以下に、薄片積層体４０の軸方向誤差を改善するための別の手段を説明する。薄片２１は、通常、金属薄片から打ち抜かれる。この金属薄片は、しばしば、その材料厚さが圧延方向に対して横方向で異なる特性を有している。通常、材料厚さは圧延方向に対して横方向で増加するかまたは減少し、これによって、金属薄片が台形の横断面を有している。いま、薄片２１が圧延方向に対して横方向で打ち抜かれ、これによって、ヨーク２６が圧延方向に対して横方向に延びている場合には、薄片２１が、ヨーク方向もしくは周方向ｐに、たとえば僅かに増加する材料厚さを有している。薄片２１が、前述したように、相応の順序（図１０に示した例では１０枚の薄片２１）で積層されると、結果的に、逆方向の両端面端部４３において軸方向ａで互いに異なる幅Ｂ_４３，１＜Ｂ_４３，２を有する薄片積層体４０が得られる。したがって、薄片積層体４０は歯２４の平面図で原理的に台形である。このような薄片積層体４０から成る円形のステータコア２０はその軸方向の端面４６で不均一にハウジングの相応の対応面に位置する恐れがある。特に互いに接触する端面端部４３に段部があり、これによって、端面端部４３の左右に隣接する固定手段が極めて異なって緊締されかつ負荷される恐れがある。

図１１には、図１０に示した薄片積層体４０のスロット４２の１つの断面図が示してある。この薄片積層体４０と、前述した薄片積層体４０と、個々の各薄片２１とは、その輪郭に、いわゆる「打抜きばり５７」を有している。図面で左側の端面４６では、打抜きばり５７が軸方向の積層体中間に向けられている。逆方向の右側の端面４６では、打抜きばり５７が薄片積層体４０から離れる方向で外方に向けられている。これによって、個々の薄片２１の間の整合誤差が積層時に最小限に抑えられる（薄片の間の形状接続）。

上述した台形形状を可能な限り十分に回避するためには、図１０に示したような薄片積層体４０を２つの部分薄片積層体５８に分割し、打抜きばり５７が、隣接する薄片２１の内側の接合箇所６５で互いに離れる方向を向くように（図１２および図１３参照）、両部分薄片積層体５８を組み合わせて１つの薄片積層体４０を形成することが提案されている。薄片２１の、ヨーク２６の方向で異なる材料厚さを、端面端部４３における幅Ｂ_４３がほぼ同じとなるかまたは完全に同じとなるように、ヨーク２６の長さにわたって補償することができる。軸方向ａでの内側の弾性が十分に回避されるように、内側の接合箇所で打抜きばり５７が互いに載置しないことが提案されている。さもないと、このような配置形式は、両部分薄片積層体５８の位置決めの精度を困難にする恐れがある。なぜならば、互いに載置するばりが相互に移動を妨害する恐れがあるからである。

部分薄片積層体５８が組み合わされて１つの薄片積層体４０が形成される前に、部分薄片積層体５８を中間ステップで結合部製作法、たとえば溶接シームまたは以下に述べる別の方法によって互いに位置固定することが提案されていてよい。

したがって、このように形成された薄片積層体４０では、軸方向の端面４６で打抜きばり５７が薄片積層体４０から離れる方向に向けられる。

薄片積層体４０の軸方向誤差もしくは幅誤差を改善するための別の手段は、薄片２１の、軸方向外側に向けられた打抜きばり５７を除去することにある。適切な方法は、たとえば切削加工法または切削加工と異なる加工法、熱的なデバーリング（ばり取り）、レーザデバーリングである。たとえば所定の曲率の、丸み付けられた輪郭６６を薄片積層体４０の軸方向の両端面４６に一体成形することが特に有利である（図１４参照）。

しかし、薄片厚さに課せられる特に高い誤差要求は、薄片２１のための出発材料における特に高いコストに通じるので、一方では、薄片積層体４０の幅における十分な誤差を達成するために、しかし、同時に過度に高いコストを、材料厚さｓもしくは材料厚さｓの誤差に課せられる極端に高い要求によって発生させないために、別の手段が提案されていてよい。したがって、薄片用金属薄板中間材料から薄片２１を打ち抜く前に薄片用金属薄板中間材料の材料厚さｓが測定装置Ｍによって検出され、ほぼ直方体状の薄片積層体４０の、所定の誤差を備えた目標幅から出発して、ほぼ直方体状の薄片積層体４０における薄片２１の目標枚数が検出されることが提案されている。この手段によって、比較的簡単に薄片２１の材料厚さｓにおける誤差の変動に対応することができる。したがって、ある薄片積層体４０では、たとえば理想的に６０枚の薄片２１が設けられているのに対して、材料厚さｓの変動に基づき、比較的肉厚の薄片の場合には、結果的に６０枚の薄片２１が薄片積層体４０を形成するのではなく、５９枚の薄片２１だけで薄片積層体４０を形成することが生ぜしめられ得る。これに対して、個々の薄片２１が比較的肉薄の材料厚さｓを有している場合には、個々の薄片積層体４０が、たとえば６１枚の薄片２１を有していてもよい。これに類似して、このことは、理想的に７０枚または８０枚の薄片２１を備えた薄片積層体にも当てはまる。そのかわりに、これらの薄片２１は、６９枚または７１枚もしくは７９枚または８１枚の薄片２１を有していてよい。

軸方向で可能な限り剛性的なかつひいては僅かに弾性的な薄片積層体４０を達成するための別の手段は、まず、まだ個々の薄片２１をクリーニングし、これによって、可能な限り僅かに、軸方向の可撓性を助成する物質または粒子を薄片２１の間に付与し、次いで、目標枚数の薄片２１を、ほぼ直方体状のギャップなしの薄片積層体４０を形成するために積層し、薄片２１を正確に位置決めし（このことは、薄片２１の輪郭が可能な限り正確に重なり合っていることを意味している）、次いで、薄片積層体４０に対して軸方向、すなわち、薄片積層体４０の幅方向（材料厚さｓの方向）での所定の力による負荷下で薄片２１を互いにプレスし、次いで、薄片２１を結合技術によって互いに結合することにある。たとえば、このことは、溶接、特にレーザビーム溶接によって行うことができる。この結合過程によって、まとまった薄片積層体４０が形成される。

薄片２１を結合するための別の適切な方法は、たとえば、いわゆる「一貫接合法」であるクリンチングおよびＴＯＸ（登録商標）接合ならびに打抜き積層および打抜き・レーザ・積層である。

これに続いて、このように製作されたほぼ直方体状の薄片積層体４０が、この薄片積層体４０の軸方向のプレロード下で円形曲げ加工される。軸方向のプレロードとは、ここでは、薄片積層体４０が材料厚さの方向でプレスされることを意味している。

ほぼ直方体状の薄片積層体４０の円形曲げ加工後、前述した両端面端部４３が直接向かい合って位置していて、主として、互いに接触している。薄片積層体４０の、すでに環状のこの状態では、両端面端部４３が軸方向のプレロード下で、すなわち、薄片積層体４０の材料厚さｓの方向で互いに結合されることが提案されている。この場合、両端面端部４３を溶接シーム、特にレーザ溶接シームによって結合することが提案されている。このシームは、たとえば軸方向で薄片積層体４０の外周面に延びている。

円形曲げ加工された薄片積層体４０には、軸方向の変形加工ステップの途中でさらに別の要求が課せられる。円形曲げ加工された薄片積層体４０は原理的に軸方向の変形加工ステップ前に１００％の軸方向の長さを有しているのに対して、薄片積層体４０のこの軸方向の長さは、環状の薄片積層体４０の外周面における軸方向の変形加工ステップによって減少させられている。この事例では、軸方向の変形加工ステップによる環状の薄片積層体４０の外周面における軸方向の長さの減少率が１％〜１０％の間にあることが提案されている。

薄片積層体４０の軸方向の剛性を改善するための別の手段は、ほぼ直方体状の薄片積層体４０の円形曲げ加工前にステータ巻線を薄片積層体４０のスロット４２内に挿入することにある。したがって、この事例では、薄片積層体４０もしくはステータコア２０の、改善された軸方向の剛性は、ステータ巻線６０とスロット４２との間に、ステータコア２０の軸方向の剛性を高める、軸方向に作用する摩擦が形成されることを生ぜしめる。

これまで説明した、ステータコア２０もしくは薄片積層体４０のための手段は、円形の薄片積層体４０の外周面で滑らかなまたはほんの僅かに平らでないかもしくはほんの僅かに円筒形状から逸脱した薄片積層体４０だけでなく、外周面に歯付けされた薄片積層体４０（図１５ａおよび図１５ｂ参照）にも当てはまる。図１５ａだけでなく、図１５ｂにも、ヨーク２６と、歯２４と、スロット４２とを備えた、円形曲げ加工されたそれぞれ１つの薄片積層体４０が示してある。この薄片積層体４０の外周面ひいては歯２４と反対の側には、いわゆる「外歯７０」が設けられている。すでに前述した実施例と同様に、ここでも、薄片積層体４０が環状の状態で少なくとも部分的に軸方向の端面４６で軸方向に塑性変形させられている。この場合、図１５ａに示した実施例では、軸方向の端面４６の、外歯７０によって形成される部分が塑性変形させられている。このことは、塑性変形させられた軸方向の端面５３が外歯７０にしか位置していないことを意味している。ハウジング嵌込み部５４も、この事例では、外歯７０にしか実現されていない。このことは、外歯７０がヨーク２６に向かって半径方向でプレスされていて、これによって、塑性変形させられていることを意味している。すでに前述した接合面取り部５５が、当然ながら、図１５ａに示した実施例でも実現されていてよい。

図１５ｂでは、軸方向の緊締面５３が外歯７０に実現されているだけでなく、部分的にヨーク２６の領域にも位置しており、これによって、外歯７０だけでなく、ヨーク２６も、ここでは、その外周面の狭幅の領域にわたって軸方向に塑性変形させられている。図１５ａに示した実施例と同様に、ここでも、外歯７０がそれぞれハウジング嵌込み部５４を備えている。

すでに述べたように、各薄片積層体４０の軸方向の剛性は、薄片積層体４０における適切な溶接シームによって向上させることができる。これに対して、以下に幾つかの実施例を説明する。

これまで述べたことおよび説明したことを越えて、まず平らな薄片積層体４０に対して、種々異なる溶接シームおよび溶接シームコンビネーションが提案されている。

したがって、第１の溶接シームコンビネーションでは、互いに積層された薄片２１が各外歯７０の位置で薄片積層体４０の軸方向の全幅にわたって外歯溶接シーム８２を介して互いに溶接されていることが提案されている（図１６参照）。

第２の溶接シームコンビネーションでは、外側スロット７２も薄片積層体４０の軸方向の全幅にわたって互いに溶接されていることが提案されている（図１７参照）。

第３の溶接シームコンビネーションでは、外側スロット７２だけが、薄片積層体４０の軸方向の全幅にわたってスロット底部９０で互いに溶接されていることが提案されている（図１８参照）。

第４の溶接シームコンビネーションでは、外歯７０および外側スロット７２の一部だけ、特に６番目の各外歯７０および／または６番目の各外側スロット７２が、薄片積層体４０の軸方向の全幅にわたって互いに溶接されていることが提案されている（図１９ａおよび図１９ｂ参照）。

第５の溶接シームコンビネーションでは、全ての薄片２１を結合する個々の溶接シームの間に付加的な溶接シームが、特に外側スロット溶接シーム８３として設けられていることが提案されている。この外側スロット溶接シーム８３は、軸方向の一方の端面４６から出発して、軸方向で２０枚の薄片２１までしか互いに結合されていない（図２０ａおよび図２０ｂ参照）。この場合、この短い付加的な溶接シーム８３が薄片積層体４０の軸方向の両端面４６から出発することが提案されている。一方で６番目の各スロット４２内にスロット底部溶接シーム８１が設けられており、このスロット底部溶接シーム８１が、たとえば１番目のスロットで始まり、その後、７番目のスロット、最終的に３６番目または４８番目のスロットにまで全ての薄片２１を薄片積層体４０の軸方向の幅にわたって結合しており、他方でスロット４２内のこの溶接シームの間で短い付加的な溶接シーム８３が薄片積層体４０の軸方向の両端面４６から出発するコンビネーションが特に有利となる。この場合、一貫して延びる溶接シーム８１の間の中間の位置が有利となる（図２１ａおよび図２１ｂ参照）。

１．０ｍｍの材料厚さにおける薄片２１を備えた薄片積層体４０のためには、補強のための付加的な短い溶接シーム８３を配置することが不要となるのに対して、０．６５ｍｍの材料厚さを備えた薄片２１から成る薄片積層体４０では、少なくとも３枚の薄片２１が互いに結合されなければならないことが分かった。０．５ｍｍの材料厚さにおける薄片２１では、少なくとも４枚の薄片が互いに結合されなければならないのに対して、０．３５ｍｍの材料厚さでは、少なくとも６枚の薄片２１が結合されなければならない。

第６の溶接シームコンビネーションでは、歯２４の歯ヘッド２９に歯ヘッド溶接シーム８０が設けられていることが提案されている。この歯ヘッド溶接シーム８０は薄片２１を薄片積層体４０の軸方向の全幅にわたって互いに結合している（図２２参照）。歯ヘッド溶接シーム８０は、周方向で見て、有利には歯中間にある。

第７の溶接シームコンビネーションでは、半割歯２５が半割歯溶接シーム９９によって薄片積層体４０の軸方向の全幅にわたって互いに結合されていることが提案されている（図２３参照）。このためには、半割歯溶接シーム９９が半割歯２５の端面端部４３にかつ／または歯ヘッド２９に設けられている。端面端部４３に設けられた半割歯溶接シーム９９は、有利には、半割歯２５の、ヨーク２６と反対の側の半部に配置されている。

本発明によるステータを、たとえば、ここでは、ステータが電気機械、特に自動車に用いられるジェネレータのために設けられていることによって説明することもできる。ステータは、円形曲げ加工されたストリップ状の薄片２１から成るステータ鉄を有している。このステータ鉄は軸方向の端面４６を有している。この場合、ステータ鉄は端面４６で軸方向に塑性変形させられている。

本発明によるステータに対する別の表現も見ることができる。これによれば、ステータが電気機械、特に自動車に用いられるジェネレータのために設けられている。ステータは、円形曲げ加工されたストリップ状の薄片２１から成るステータ鉄を有している。このステータ鉄は軸方向の端面４６を有している。この場合、ステータ鉄はその内径に外径よりも大きな軸方向の長さを有している。互いに異なる軸方向の長さは、薄片２１を塑性変形させる変形加工過程によって形成されている。

この説明に対する図面に示した全ての輪郭はシンボリックにしか図示されていない。

いわゆる「平形積層体製作法」により製作されるステータコアの原理的な製作法の第１の段階を示す図である。 いわゆる「平形積層体製作法」により製作されるステータコアの原理的な製作法の第２の段階を示す図である。 いわゆる「平形積層体製作法」により製作されるステータコアの原理的な製作法の第３の段階を示す図である。 どのようにして環状の薄片積層体が軸方向の端面で軸方向に塑性変形させられるようになっているのかを示す図である。 軸方向の変形加工プロセスの間の薄片積層体の変化を部分的に示す図である。 変形加工プロセス後の薄片積層体の変化を示す図である。 軸方向のかつ半径方向の変形加工プロセスの間の薄片積層体の変化を部分的に示す図である。 軸方向のかつ半径方向の変形加工プロセス後の薄片積層体の変化を示す図である。 型押し加工により一体に形成された接合面取り部を備えた、軸方向のかつ半径方向の変形加工プロセス後の薄片積層体の変化を示す図である。 型押し加工により一体に形成された接合面取り部を備えた、軸方向のかつ半径方向の変形加工プロセス後の薄片積層体の側面図である。 打抜き順序で配置された薄片を示す図である。 薄片積層体の立体図である。 薄片積層体のスロットの横断面図である。 薄片積層体の別の実施例の立体図である。 図Ｘ３に示した薄片積層体のスロットの横断面図である。 図Ｘ３に示した、打抜きばりの除去後の薄片積層体のスロットの横断面図である。 薄片積層体の外歯にしか設けられていない軸方向の緊締面を示す図である。 薄片積層体の外歯とヨークとに設けられた軸方向の緊締面を示す図である。 薄片積層体に設けられた溶接シームに対する第１の実施例を示す図である。 薄片積層体に設けられた溶接シームに対する第２の実施例を示す図である。 薄片積層体に設けられた溶接シームに対する第３の実施例を示す図である。 薄片積層体に設けられた溶接シームに対する第４の実施例を示す図である。 薄片積層体に設けられた溶接シームに対する第５の実施例を示す図である。 薄片積層体に設けられた溶接シームに対する第６の実施例を示す図である。 薄片積層体に設けられた溶接シームに対する第７の実施例を示す図である。 薄片積層体に設けられた溶接シームに対する第８の実施例を示す図である。 図２１ａをＸＸＩｂの方向から見た図である。 薄片積層体に設けられた溶接シームに対する第９の実施例を示す図である。 薄片積層体に設けられた溶接シームに対する第１０の実施例を示す図である。

符号の説明

２０ ステータコア、 ２１，２１．１〜２１．８０ 薄片、 ２２ スロットスリット、 ２４ 歯、 ２５ 半割歯、 ２６ ヨーク、 ２８ 歯ベース、 ２９ 歯ヘッド、 ３２ ヨーク背面、 ４０ 薄片積層体、 ４２ スロット、 ４３ 端面端部、 ４４ 歯ヘッド表面、 ４６ 端面、 ５０ リング、 ５１ リング、 ５３ 緊締面、 ５４ ハウジング嵌込み部、 ５５ 接合面取り部、 ５７ 打抜きばり、 ５８ 部分薄片積層体、 ６０ ステータ巻線、 ６５ 接合箇所、 ６６ 輪郭、 ７０ 外歯、 ７２ 外側スロット、 ８０ 歯ヘッド溶接シーム、 ８１ スロット底部溶接シーム、 ８２ 外歯溶接シーム、 ８３ 外側スロット溶接シーム、 ９０ スロット底部、 ９９ 半割歯溶接シーム、 ａ 軸方向、 Ｂ_４３，Ｂ_４３，１，Ｂ_４３，２ 幅、 Ｆ 力、 Ｍ 測定装置、 ｐ 周方向、 ｒ 半径方向、 ｓ 材料厚さ、 ｚ 円筒軸線

Claims (19)

1. ストリップ状の薄片（２１）から、まず、ほぼ直方体状の薄片積層体（４０）を形成し、該薄片積層体（４０）を、後続の１つのステップで円形曲げ加工によって、円筒軸線（ｚ）に相当する軸方向（ａ）を備えた、軸方向の端面（４６）を有する環形状に変形加工して、電気機械に用いられるステータコア（２０）を製作するための方法において、後続のさらなるステップで環状の薄片積層体（４０）を少なくとも部分的に軸方向の端面（４６）で軸方向（ａ）に塑性変形させることを特徴とする、電気機械に用いられるステータコアを製作するための方法。
2. 端面（４６）の塑性変形によって、環状の薄片積層体（４０）の軸方向の両端部に軸方向の緊締面（５３）を一体成形する、請求項１記載の方法。
3. 環状の薄片積層体（４０）を同時にその外周面で半径方向にプレスし、これによって、塑性変形させる、請求項１または２記載の方法。
4. 薄片積層体（４０）の外周面の塑性変形によって、半径方向のハウジング嵌込み部（５４）を形成する、請求項３記載の方法。
5. 塑性変形と同時に接合面取り部（５５）を一体成形する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 薄片（２１）が、０．３５ｍｍ〜１ｍｍの間の厚さを有しており、この場合、０．５ｍｍの厚さが有利となり、全ての薄片（２１）が、有利には同じ材料厚さ（ｓ）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. １つの薄片積層体（４０）のｎ枚の薄片を、打抜き工具で形成される順序と同じ順序で薄片積層体（４０）に配置する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 薄片（２１）を薄片用金属薄板中間材料から打ち抜く前に、該薄片用金属薄板中間材料の材料厚さ（ｓ）を測定装置（Ｍ）によって検出し、ほぼ直方体状の薄片積層体（４０）の、所定の誤差を備えた目標幅から出発して、ほぼ直方体状の薄片積層体（４０）のための薄片（２１）の目標枚数を検出する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 薄片積層体（４０）を少なくとも２つの部分薄片積層体（５８）に分割し、内側の接合箇所（６５）で、隣接した薄片（２１）の打抜きばり（５７）が互いに離れる方向を向くように、部分薄片積層体（５８）を組み立てて１つの薄片積層体（４０）を形成する、請求項７または８記載の方法。
10. まだ個々の薄片（２１）をクリーニングし、目標枚数の薄片（２１）を、ギャップなしの１つの薄片積層体（４０）を形成するために積層し、正確に位置決めし、所定の力による負荷下で互いにプレスし、次いで、薄片（２１）を結合技術、有利には溶接によって互いに結合する、請求項７から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 薄片（２１）の、軸方向外側に向けられた打抜きばり（５７）を除去する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 円形曲げ加工を薄片積層体（４０）の軸方向のプレロード下で行う、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. ほぼ直方体状の薄片積層体（４０）が、２つの端面端部（４３）を有しており、両端面端部（４３）を、薄片積層体（４０）の軸方向のプレロード下での円形曲げ加工後に互いに結合する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. 軸方向の変形加工ステップによる環状の薄片積層体（４０）の外周面における軸方向の長さの減少率が１％〜１０％の間にある、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
15. 半割歯（２５）の歯ヘッド（２９）にかつ／または半割歯（２５）の端面端部（４３）に半割歯溶接シーム（９９）を設ける、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
16. 軸方向の一方の端面（４６）から出発して軸方向で２０枚の薄片（２１）までしか互いに結合しない溶接シーム（８１，８３）を設ける、請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法。
17. 円形曲げ加工前にステータ巻線（６０）を、ほぼ直方体状の薄片積層体内に挿入する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
18. 電気機械、特に自動車のためのジェネレータに用いられるステータであって、円形曲げ加工されたストリップ状の薄片（２１）から成るステータ鉄が設けられており、該ステータ鉄が、軸方向の端面（４６）を有している形式のものにおいて、ステータ鉄が、端面（４６）で軸方向（ａ）に塑性変形させられていることを特徴とする、電気機械に用いられるステータ。
19. 電気機械、特に自動車のためのジェネレータに用いられるステータであって、円形曲げ加工されたストリップ状の薄片（２１）から成るステータ鉄が設けられており、該ステータ鉄が、軸方向の端面（４６）を有している形式のものにおいて、ステータ鉄が、その内径に外径よりも大きな軸方向の長さを有していることを特徴とする、電気機械に用いられるステータ。

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