JP5463357B2 - 電気機械のための装置及び製造プロセス - Google Patents

Description

本発明は、電気機械の製造方法に関する。具体的には、本発明は、始動モータモードから交流機モード又は発電機モードに切換え可能な統合型始動発電機（ＩＳＧ）のような電気機械のための装置及び製造プロセスに関する。

電気機械部品の組立ての既知の方法は、冷間圧縮である。しかしながら、部品の一体的な冷間圧縮は、特に部品間に大型の締り嵌めが要求されるとき、重いスカッフィングのような損傷を部品に引き起こす。冷間圧縮操作は、部品の電磁性及び積重ね密度を有害に変更し得る。更に、大型の締り嵌めが要求されるとき、冷間圧縮によって部品を組み立てるのに極めて高い力が要求される。

部品を損傷せずに、組み立てられる部品が高温で分離するのを防止するよう、組み立てられる部品間に十分な程度の締り嵌めもたらし、且つ、部品の特定の積重ね密度を維持し得る、電気機械のための装置及び製造方法を提供することが本発明の目的である。

従って、本発明は、１つの特徴において、電気機械を製造する方法を提供し、電気機械は、ステータ組立体と、スリーブと、ハウジングとを含み、当該方法は、複数のホットドロップ操作(hot drop operation)を含む。

好ましくは、当該方法は、スリーブ内へのステータ組立体の挿入前にスリーブが加熱される第一ホットドロップ操作と、ハウジング内へのステータ組立体及びスリーブの挿入前にハウジングが加熱される第二ホットドロップ操作とを含む。

スリーブをステンレス鋼で形成し、或いは、代替的に、電気メッキされた中／高炭素鋼で形成し得る。ハウジングは、アルミニウムで形成されるダイカストを含み得る。電気機械は、統合型始動発電機であってもよく、高温用途において使用される如何なる他のスイッチトリラクタンス機械であってもよい。

本発明は、更なる特徴において、電気機械に関し、電気機械は、ステータ組立体と、スリーブと、ハウジングとを含む。電気機械は、ハウジングとスリーブとの間に冷却ジャケットを含んでもよく、電気機械は、統合型始動発電機であってもよい。

付属の図面を参照して、一例によって、本発明の実施態様を今や記載する。

本発明に従った方法によって製造されるＩＳＧを含む電気機械を示す正面図である。 線ＩＩ−ＩＩに沿う図１のＩＳＧを示す断面図である。 図２のＩＳＧを詳細に示す断面図である。

図２及び３は、スチール製のスリーブ６と、ステータ組立体８と、アルミニウムダイカスト４を含む主モータハウジングとを含むＩＳＧ２を例証している。ステータ組立体８は、ラッカーのような非導電性塗膜で塗装された、透磁性材料で構成される複数の薄板体(lamination)２４で構成されている。薄板体２４は、積重ね構成において順々に積層され、各層の間に小さい間隙を備える。

ステータ組立体８内の薄板体２４の数は、所定の積重ね密度、即ち、単位長さ当たり最適数をもたらすよう選択される。

ステータ組立体８の外径は、スリーブ６の内径よりも大きく、組立て後、これらの部品の締り嵌めをもたらす。同様に、スリーブ６の最大外径は、ダイカスト４の内径よりも大きく、組立て後、これらの部品の間に締り嵌めをもたらす。

ＩＳＧの製造は、ステータ組立体８の形成、スリーブ６の形成、及び、ダイカスト４の形成を含む。その場合には、半組立体２２を形成するためにステータ組立体８をスリーブ６内に挿入する第一ホットドロップ操作、及び、半組立体２２をダイカスト４内に挿入する第二ホットドロップ操作によって、これらの部品が組み立てられる。

第一ホットドロップ操作は、スリーブ６を２００℃に加熱するために加熱手段を使用することを含む。加熱手段は、誘導加熱素子（図示せず）を含み、スリーブ６は、誘導加熱素子の上に配置される。次に、接着剤が、組立て後にスリーブ６と接触するステータ組立体８の外径領域に塗布される。次に、ステータ組立体８は、加熱されたスリーブ６内に挿入される。加熱の結果として、スリーブ６は膨張し、それによって、スリーブの内径を周囲温度での内径値に対して増大させる。従って、ステータ組立体８をスリーブ６内に挿入するのに必要とされる力は、それらの部品が加熱されない場合よりもずっと低い。

第二ホットドロップ操作の前に、（ステータ組立体８及びスリーブ６を含む）半組立体２２は冷却することが許容される。次に、ダイカスト４を２００℃の温度まで加熱する加熱手段を使用することによって、第二ホットドロップ操作が達成される。この場合にも、加熱手段は、誘導加熱素子（図示せず）を含み、次に、半組立体２２をダイカスト４内に挿入する。ステータ組立体８上に設けられる相巻線１２がダイカスト４の基部１６内の対応する孔１４内に正しく挿入されるのを保証するために、半組立体２２は所定の向きにおいてダイカスト４内に挿入される。

ステータ組立体８及びスリーブ６を含む半組立体２２をダイカスト４内に挿入するためにプレス工具が使用される。挿入を完了するために３０００Ｎの力が必要とされるが、上記で説明されたように、それらの部品が周囲温度にあるときの差と比較してスリーブ６の最大外径とダイカスト４の内径との間の差を減少するために、この力は、それらの部品が加熱及び冷却に晒されないならば必要とされたであろう力よりもずっと低い。

ダイカスト４内への半組立体２２の挿入後、組み立てられたＩＳＧは冷却されたままにされる。

ＩＳＧの動作速度は、最大で２２，０００ｒｐｍに達する。ＩＳＧの動作後、ＩＳＧに対する高電気荷重がステータ組立体８を加熱させ、従って、スリーブ６及びダイカスト４も加熱させ且つ膨張させる。アルミニウムがスチールよりも高い熱膨張係数を有することの故に、アルミニウム製ダイカスト４は、スチール製スリーブ６よりも大きい程度に膨張させられる。部品間の締り嵌めは、それらの膨張状態において、ダイカスト４及びスリーブ６が分離しないことを保証する。

本発明は、それらの部品が冷間圧縮操作によって組み立てられたならばおそらく起きたであろう、それらの部品の磁性に対する潜在的な有害な影響も回避する。更に、それらの部品を組み立てるために冷間圧縮が使用されるならば、組立てを完了するために必要とされる相当な力は、ステータ薄板体２４を塑性変形させる可能性があり、従って、ステータ積重ねの密度における潜在的な変動を引き起こす、即ち、積重ね密度を所定の最適値から変化させ得る。

本発明は、冷間圧縮操作が使用されたならば起こり得たステータ薄板体２４の塗膜に対する潜在的な損傷も回避する。相当な押圧力があるならば、冷間圧縮操作に含まれる塑性変形は、積重ねを共に圧搾し、それによって、ステータ薄板体２４の層の各々の間の間隙を減少し得る。薄板体２４が互いに接触するようになるよう、２つの隣接する層の間の間隙が十分に減少されるならば、薄板体２４の塗膜は、各薄板体２４上の特定地点で摩滅させられ、従って、この地点で薄板体２４の間に導電性経路を作り出し得る。これは電気性能損失を招くステータ組立体８内に渦電流の形成を引き起こす。

スチール製スリーブのための適切な材料は、ステンレス鋼又は電気メッキされた中／高炭素鋼である。

代替的な実施態様では、スリーブ６とダイカスト４との間に冷却ジャケットを配置し得る。

上述された実施態様はＩＳＧに関するが、本発明はターボ発電機のような他のスイッチトリラクタンス機械に適用可能である。

Claims (9)

1. 電気機械を製造する方法であって、
   前記電気機械は、ステータ組立体と、スリーブと、ハウジングとを含み、当該方法は、複数のホットドロップ操作を含み、
   該ホットドロップ操作は、前記スリーブ内への前記ステータ組立体の挿入前に前記スリーブが加熱される第一ホットドロップ操作と、前記ハウジング内への前記ステータ組立体及び前記スリーブの挿入前に前記ハウジングが加熱される第二ホットドロップ操作とを含み、前記第一ホットドロップ操作と前記第二ホットドロップ操作との間に、前記ステータ組立体及び前記スリーブは冷却することが許容され、
   前記第二ホットドロップ操作は、前記ステータ組立体及び前記スリーブを前記ハウジング内に挿入するためにプレス工具を使用することを更に含み、
   前記電気機械が組み立てられた後、前記ステータ組立体と前記スリーブとの間及び前記スリーブと前記ハウジングとの間に締り嵌めがもたらされ、
   前記ホットドロップ操作のうちの少なくとも１つは、１４０℃で行われる、
   方法。
2. 前記ホットドロップ操作のうちの少なくとも１つは、２００℃で行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記スリーブは、ステンレス鋼で形成される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記スリーブは、中又は高炭素鋼で形成され、前記スリーブは、電気メッキされる、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の方法。
5. 前記ハウジングは、アルミニウムで形成されるダイカストを含む、請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の方法。
6. 前記電気機械は、スイッチトリラクタンス機械である、請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の方法。
7. 前記電気機械は、統合型始動発電機である、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の方法。
8. 前記ホットドロップ操作のうちの少なくとも１つは、誘導加熱ステップを含む、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の方法。
9. 前記スリーブと前記ハウジングとの間に冷却ジャケットを配置する追加的なステップを含む、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の方法。

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