JP2022179404A - 電気機械の固定子、その製造方法、及び電気機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気機械の固定子、その製造方法、及び電気機械を提供する。【解決手段】 開口部（１８）を有するシートメタルブランク（１６ａ）からなる積層固定子コア（１６）であって、開口部（１８）が、固定子（１４）の径方向に延びる断面で見たときに、ウェブ（１９）によって径方向内側で閉じられる、積層固定子コア（１６）と、積層固定子コア（１６）の開口部（１８）に収容された固定子巻線（１７）とを備える電気機械の固定子（１４）であって、それぞれの開口部（１８）を径方向内側で閉じるウェブ（１９）が、機械的応力が開口部（１８）に導入されるように塑性変形される固定子。【選択図】 図４

Description

本発明は、電気機械の固定子、固定子を有する電気機械、及び固定子を製造するための方法に関する。

電気機械の基本的な構造は、実践的な経験から知られている。すなわち、電気機械は、ハウジングと、積層固定子コアと、巻線オーバーハングを含む固定子巻線とを有する固定子を備える。固定子は、ドイツ語では「Ｓｔａｅｎｄｅｒ」（英語：ｓｔａｔｏｒ）とも呼ばれる。さらに、電気機械は、回転子シャフトと積層回転子コアとを備える回転子を有する。回転子は、ドイツ語では「Ｌａｅｕｆｅｒ」（英語：ｒｏｔｏｒ）とも呼ばれる。

電気機械の固定子の積層固定子コアは、複数のシートメタルブランクで構成され、シートメタルブランクは、固定子の固定子巻線を収容する開口部を有する。

これらの開口部は通常、電気機械の回転子に隣接する、径方向内側に開いたスロットである。そこで、（特許文献１）、（特許文献２）、さらに（特許文献３）、（特許文献４）、（特許文献５）、（特許文献６）、（特許文献７）、及び（特許文献８）はそれぞれ、積層固定子コアと固定子巻線とを有する電気機械の固定子を開示し、固定子巻線は、径方向内側に開いた積層固定子コアのスロット状の開口部に位置決めされる。

（特許文献９）は、積層固定子コアと、積層固定子コアの開口部に収容された固定子巻線とを有する電気機械の固定子を示す。開口部は、固定子の径方向に延びる断面で見たときに、ウェブによって径方向内側で閉じられるように設計される。

電気機械の動作中、いわゆる軸受電流が発生することがある。軸受電流は、軸受を通って流れる電流である。これは、軸受の材料を変化させることがあり、それにより最終的に軸受の故障を引き起こす可能性がある。特に電気機械が高い電力密度を引き続き有した状態で、軸受電流のリスクを減らす必要がある。

米国特許出願公開第２０１５／０ ００１ ９８４Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２０１７／０ ２９４ ８１２Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２０１８／０ ２３３ ９６９Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００３／０ ０３０ ３５０Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０ ００８ ７８５Ａ１号明細書 独国特許出願公開第３６ ０８ ４７２Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１７ ２１１ ４５２Ａ１号明細書 特開２０１０－２３９ ７２１号公報 米国特許出願公開第２００３／０ ２０１ ６８７Ａ１号明細書

本発明の目的は、電気機械の新規の固定子、そのような固定子を有する電気機械、及びそのような固定子を製造するための方法を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の電気機械の固定子によって達成される。

固定子は、開口部を有するシートメタルブランクからなる積層固定子コアを備え、開口部は、固定子の径方向に延びる断面で見たときに周方向に延びるウェブによって、径方向内側で閉じられる。さらに、固定子は固定子巻線を備え、固定子巻線は、積層固定子コアの開口部に収容される。それぞれの開口部を径方向内側で閉じるウェブは、機械的応力が開口部に導入されるように塑性変形される。

本発明による固定子では、固定子巻線を収容する積層固定子コアの開口部が、径方向内側にあるウェブによって径方向内側で閉じられることにより、軸受電流のリスクがすでに低減されている。これらのウェブの塑性変形及びウェブへの機械的応力の導入により、ウェブの領域内での積層固定子コアの磁気特性が損なわれ、それにより、電気機械が高い電力密度を有した状態で軸受電流の発生を効果的に打ち消すことが可能になる。

好ましくは、ウェブの材料の降伏強度よりも大きい機械的応力が、それぞれの開口部を径方向内側で閉じるウェブに導入される。この発展形態は、電気機械が高い電力密度を有した状態で軸受電流の発生を打ち消すために特に好ましい。

好ましくは、軸方向で隣接するシートメタルブランクの塑性変形されたウェブ間の隙間が、シートメタルブランクを接続する焼き付けエナメル又は接着剤で充填される。この発展形態も、電気機械が高い電力密度を有した状態で軸受電流の発生を打ち消すために好ましい。

好ましくは、ウェブは、積層固定子コアの軸方向で塑性変形され、それぞれのウェブの領域内で、シートメタルブランクの厚さが少なくとも部分的に減少する。これによっても、同時に電気機械が高い電力密度を有した状態で軸受電流の発生を効果的に打ち消すことができる。

電気機械は請求項５に定義され、固定子を製造するための方法は請求項６に定義される。

本発明の好ましい発展形態は、従属請求項及び以下の説明に記載されている。本発明の例示的実施形態は、図面に限定せずに、図面を参照してより詳細に説明される。

電気機械の断面図である。 電気機械の固定子の斜視図である。 電気機械の固定子の簡略化された正面図である。 図３の詳細図である。

図１は、電気機械１０の基本構成の非常に概略的な断面図を示す。

電気機械１０は、回転子シャフト１２と、回転子シャフト１２に配置された積層回転子コア１３とを有する回転子１１を備える。電気機械１０は、ハウジング１５と、積層固定子コア１６と、積層固定子コア１６によって収容された固定子巻線１７とを有する固定子１４をさらに備える。回転子シャフト１２は、軸受２０によってハウジング１５に回転可能に取り付けられている。

図２は、積層固定子コア１６と、積層固定子コア１６に収容された固定子巻線１７との配置を斜視図で示す。図１及び２によれば、固定子巻線１７は、積層固定子コア１６に対して積層固定子コア１６の両側で突出する。積層固定子コア１６に対して突出する固定子巻線１７のこれらの部分において、固定子巻線１７は互いに接続されて、いわゆる巻線オーバーハングを形成する。

積層固定子コア１６はシートメタルブランク１６ａで構成されており、同様に積層回転子コア１３もシートメタルブランク１３ａで構成されている。

シートメタルブランク１６ａ、したがって積層固定子コア１６は開口部１８を有し、開口部１８は、固定子巻線１７を収容するために使用される。本発明による固定子１４の場合、これらの開口部１８は、固定子１４の径方向に延びる断面で見たときに、周方向に延びるウェブ１９によって、径方向内側で完全に閉じられる。各開口部１８は、径方向に延びる断面で見たときに、積層コア１６のそれぞれのシートメタルブランク１６ａによってすべての側面で区切られ、すなわち囲まれ、したがって、開口部１８は軸方向端部でのみ開いており、これらの端部を通して、固定子１４の軸方向で固定子巻線１７を開口部１８に導入することができる。

図１の断面において、電気機械１０の固定子１４、したがって積層固定子コア１６の軸方向は、図１の図の平面内で水平方向に延びる。図３での図の平面では、電気機械１０の固定子１４、したがって積層固定子コア１６の軸方向は、図３の図の平面に垂直に延びる。電気機械１０の固定子１４、したがって積層固定子コア１６の径方向は、図１の図の平面内では垂直方向に延び、図３の図の平面内では水平及び垂直方向に延びる。したがって、図１の断面は、固定子１４の軸方向に延びる断面と呼ぶこともできる。固定子１４の径方向に延びる断面は、図３に対応する。

図３には、すべての開口部１８が示されているわけではない。図３に示される開口部１８の両側に、周方向に隣接するさらなる開口部が存在する。

本発明による固定子１４の場合、開口部１８を径方向内側で閉じるウェブ１９は、より具体的には機械的応力が開口部に導入されるように塑性変形される。このようにして、電力密度が高い状態で軸受電流の発生を打ち消すことが可能である。

ウェブ１９の材料、したがって積層固定子コア１６のシートメタルブランク１６ａの材料の降伏強度よりも大きい機械的応力が、それぞれの開口部１８を径方向内側で区切って径方向内側で閉じるそれぞれのウェブ１９に導入される。

このプロセスにおいて、ウェブ１９は、積層固定子コア１６の軸方向で見たときに塑性変形され、より具体的には、少なくとも、それぞれのウェブ１９の領域内で、それぞれのシートメタルブランク１６ａの一部の軸方向の厚さが減少する。

積層固定子コア１６のシートメタルブランク１６ａが積層固定子コア１６の軸方向に積層されて互いに平坦に位置するとき、軸方向で塑性変形されたウェブ１９の領域内でシートメタルブランク１６ａの間に小さなギャップ又は隙間が形成されることがあるが、これらのギャップ又は隙間は、シートメタルブランク１６ａを接続して積層固定子コア１６を形成するために使用される絶縁性の焼き付けエナメル又は接着剤のいずれかで充填される。

本発明は、固定子１４だけでなく、固定子１４及び回転子１１を備える電気機械１０にも関する。固定子１４は、上述したように具現化される。

さらに、本発明は、固定子１４を製造するための方法に関する。ここで、手順は、まず金属シートが用意され、用意された金属シートから開口部１８が打ち抜かれて、シートメタルブランク１６ａを形成するというものである。

金属シートを打ち抜いてシートメタルブランク１６ａを形成するとき、固定子巻線１７を収容するための開口部１８を径方向内側で区切って閉じるウェブ１９が残される。径方向内側で、積層固定子コア１６のウェブ１９は、積層回転子コア１３に隣接し、積層回転子コア１３と積層固定子コア１６との間にエアギャップＬを形成する。

シートメタルブランク１６ａのウェブ１９は塑性変形される。ウェブ１９の塑性変形は、開口部１８の打ち抜きと同時に、又はその後に行われ得る。ウェブ１９の塑性変形には、ウェブ１９を軸方向に変形させるパンチを使用することができる。

打ち抜かれた開口部１８及び軸方向に塑性変形されたウェブ１９を備えたシートメタルブランク１６ａの製造後、所定数のシートメタルブランク１６ａが積層を形成するように配置され、シートメタルブランク１６ａのこの積層がプレスされて接続されて、積層固定子コア１６を形成する。

次いで、積層固定子コア１６を形成するように接続されたシートメタルブランク１６ａの開口部１８に固定子巻線１７が配置される。

本発明により、軸受電流のリスク及び軸受電流による軸受故障のリスクが低減される。

固定子巻線１７を収容するために使用される各開口部１８は、径方向内側でそれぞれのウェブ１９によって閉じられる。これらのウェブ１９は塑性変形される。その結果、ウェブ１９の領域での積層固定子コア１６の磁気特性が損なわれる。

軸方向での渦電流経路の伝播は、シートメタルブランク１６ａ間の積層及び絶縁層によって打ち消される。

最終的に、同時に電気機械１０が高い電力密度を有した状態で軸受電流の発生を打ち消すことができる。

１１ 回転子
１４ 固定子
１６ 積層固定子コア
１６ａ シートメタルブランク
１７ 固定子巻線
１８ 開口部
１９ ウェブ
Ｌ エアギャップ

Claims (9)

1. 開口部（１８）を有するシートメタルブランク（１６ａ）からなる積層固定子コア（１６）であって、前記開口部（１８）が、固定子の径方向に延びる断面で見たときに、ウェブ（１９）によって径方向内側で閉じられる、積層固定子コア（１６）と、
   前記積層固定子コア（１６）の前記開口部（１８）に収容された固定子巻線（１７）と
   を備える、電気機械の固定子（１４）において、
   それぞれの前記開口部（１８）を径方向内側で閉じる前記ウェブ（１９）が、機械的応力が前記開口部（１８）に導入されるように塑性変形される
   ことを特徴とする、固定子（１４）。
2. 前記ウェブ（１９）の材料の降伏強度よりも大きい機械的応力が、それぞれの前記開口部（１８）を径方向内側で閉じる前記ウェブ（１９）に導入される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の固定子。
3. 軸方向で隣接するシートメタルブランク（１６ａ）の前記塑性変形されたウェブ（１９）間の隙間が、前記シートメタルブランク（１６ａ）を接続する焼き付けエナメル又は接着剤で充填される
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の固定子。
4. 前記ウェブ（１９）が、前記積層固定子コア（１６）の前記軸方向で塑性変形され、それぞれの前記ウェブ（１９）の領域内で、前記シートメタルブランク（１６ａ）の厚さが少なくとも部分的に減少する
   ことを特徴とする、請求項１記載の固定子。
5. 回転子（１１）及び固定子（１４）を備える電気機械であって、前記固定子（１４）が、前記回転子（１１）を径方向外側で囲み、前記回転子（１１）と前記固定子（１４）との間にエアギャップ（Ｌ）を形成する、電気機械において、
   前記固定子（１４）が、請求項１に記載されているように設計される
   ことを特徴とする、電気機械。
6. 請求項１に記載の固定子（１４）を製造するための方法であって、
   金属シートを用意するステップと、
   前記金属シートから開口部（１８）を有するシートメタルブランク（１６ａ）を打ち抜くステップであって、前記開口部（１８）が、前記固定子の径方向に延びる断面で見て、ウェブ（１９）によって径方向内側で閉じられる、ステップと、
   前記シートメタルブランク（１６ａ）の前記ウェブ（１９）を塑性変形するステップと、
   所定数のシートメタルブランク（１６ａ）を積層として配置するステップと、
   シートメタルブランク（１６ａ）の前記積層をプレスして接続し、前記積層固定子コア（１６）を形成するステップと、
   前記積層固定子コア（１６）を形成するために接続された前記シートメタルブランク（１６ａ）の前記開口部（１８）に前記固定子巻線（１７）を配置するステップと
   を含む、方法。
7. 前記打ち抜くステップと前記塑性変形するステップとが同時に行われることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記打ち抜くステップと前記塑性変形するステップとが順次に行われることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
9. 前記ウェブ（１９）の前記塑性変形中、前記積層固定子コア（１６）の前記軸方向におけるそれぞれの前記ウェブ（１９）の領域内で、前記シートメタルブランク（１６ａ）の厚さが少なくとも部分的に減少されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。

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