SE439220B

SE439220B - A magnetic material consisting of a core for an electric machine as well as a method for manufacturing of such a core

Info

Publication number: SE439220B
Application number: SE8204004A
Authority: SE
Inventors: C S M Hartwig
Original assignee: Cerac Inst Sa
Priority date: 1982-06-29
Filing date: 1982-06-29
Publication date: 1985-06-03
Also published as: SE8204004D0; SE8204004L

Abstract

A core for an electric conductor comprised of a number of bended bands (15, 16, 17) of magnetic material. The band is bent in a continual wave pattern in order to define teeth and tracks, the tracks are intended for absorbing magnetic flow conductor. The bands are placed upon each other with teeth inserted into each other, at which the teeth on the respective bands are shaped so that the free space in the respective tooth in the band body formed, is essentially filled with magnetic band material and the band body builds a circular ring.<IMAGE>

Description

8204004-9 Detta ändamål förverkligas enligt uppfinningen väsent- ligen därigenom, att ett flertal bockade band är anbringade på varandra med tänderna inskjutna i varandra, varvid tänderna på respektive band är så utformade,-att det fria utrymmet i respektive tand i den bildade bandkroppen är väsentligen utfyllt med magnetiserbart bandmaterial och bandkroppen bildar en cirkulär ring; Materialmängden kan ytterligare ökas genom att mot spàrens bottnar pressa en ring, bestående av ett eller flera varv av ett band av magnetiserbart material. This object is realized according to the invention essentially in that a plurality of bent bands are applied to each other with the teeth interposed in each other, the teeth of the respective bands being designed in such a way that the free space in each tooth in the formed band body is substantially filled with magnetizable strip material and the strip body forming a circular ring; The amount of material can be further increased by pressing against the bottoms of the tracks a ring, consisting of one or more turns of a band of magnetizable material.

Uppfinningen beskrives närmare i anslutning till'bifogade ritningar, på vilka ' _ U figur l visar ett stycke av ett bockat plåtband för fram- ställning av en kärna enligt uppfinningen,' figur 2 visar en del av den cylindriska ytan på en rotor med en kärna enligt uppfinningen, varvid dock endast ett band åskådliggöres, figur 3 schematiskt visar uppbyggnaden av en asynkronmotor enligt uppfinningen med radiellt magnetískt flöde, figur H visar en detalj av statorn i motorn enligt figur 3, figur 5 visar en detalj av rotorn enligt figur 3, figur 6 visar schematiskt en stator enligt uppfinningen för Ken maskin med axiellt magnëtiskt flöde, figur 7 visar en snittvy efter linjen VII-VII i figur 6 och figur 8 visar förenklat en stator enligt figur 6 med en samverkande rotor.The invention is described in more detail in connection with the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a piece of a bent sheet metal strip for producing a core according to the invention, Figure 2 shows a part of the cylindrical surface of a rotor with a core according to the invention, however only a band is illustrated, figure 3 schematically shows the construction of an asynchronous motor according to the invention with radial magnetic flux, figure H shows a detail of the stator in the motor according to figure 3, figure 5 shows a detail of the rotor according to figure 3, figure Fig. 6 schematically shows a stator according to the invention for Ken machine with axial magnetic flow, Fig. 7 shows a sectional view along the line VII-VII in Fig. 6 and Fig. 8 shows in simplified form a stator according to Fig. 6 with a cooperating rotor.

Figur 1 visar en perspektivbild av ett stycke av ett ursprungligen plant band av magnetiserbart material och före- trädesvis då ett material av det slag, som normalt utnyttjas för framställning av kärnor till elektriska motorer, genera- torer och tran$brmatorer..Det är emellertid även möjligt att använda mjukjärnsplât e.d., om man bortser från maskinens verkningsgrad. Såsom framgår av figur 1 har det från början plana plâtbandet bockats vågformigt så, att man åstadkommit tänder 1,2, vilka gränsar till spår 3,H,5. Varje spår 3,4,5 är inrättat att upptaga en elektrisk ledare eller en härvdel och tänderna l,2 bildar på vanligt sätt poler. Det bockade bandet, av vilket ett parti visas i figur l, klippes till av 8204004-9 avsedd längd och böjes sedan runt en cylindrisk dorr 2%, vilken antydes i figur 2, varefter bandets ändar svetsas, limmas eller på annat lämpligt sätt fästes vid varandra.Figure 1 shows a perspective view of a piece of an originally flat strip of magnetizable material and preferably then a material of the type normally used for the manufacture of cores for electric motors, generators and transformers. also possible to use soft iron plate ed, if one disregards the efficiency of the machine. As can be seen from Figure 1, the initially flat plate strip has been bent in a wavy manner so as to provide teeth 1,2, which adjoin grooves 3, H, 5. Each groove 3,4,5 is arranged to receive an electrical conductor or a coil part and the teeth 1,2 form poles in the usual way. The bent strip, of which a portion is shown in Figure 1, is cut to the length intended and then bent around a cylindrical mandrel 2%, which is indicated in Figure 2, after which the ends of the strip are welded, glued or otherwise attached to each other.

Figur 2 åskådliggör mycket förenklat en del av en cy- lindrisk rotor 6, vilken framställts av ett enda bockar plåtband enligt figur l. Ett plåtband enligt figur l, vilket enligt uppfinningen representerar ett flertal i varandra anbringade band, med avsedd längd dvs en längd = Wﬂ D, där D är rotorns diameter, har klippts till och böjts till en cirkulär, trumformad kärna, i vilken ledare, exempelvis ledarna 7 och 8, lagts in i spåren 3 och 5. Dessa ledare kan utgöras av en lind- ningshärva eller av massiva stavar, vilkas ändar är kortslutna via en ring. Bandet enligt figur l har i detta fall krökts runt ett centrum, som i figuren ligger under bandet. Om en stator skall till- verkas, dvs kärnan skall förses med ledningar på den cirkulära kärnans insida,kröks bandet i figur l runt ett centrum, som i figuren ligger ovanför bandet. Det bör observeras, att det bockade plåtbandet för en stator i regel har andra dimensioner än plâtbandet för en rotor på grund av exempelvis olika poldelning för stator och rotor.Figure 2 illustrates very simply a part of a cylindrical rotor 6, which is manufactured from a single bends of sheet metal strip according to figure 1. A sheet metal strip according to figure 1, which according to the invention represents a plurality of strips arranged in each other, with intended length, ie a length = W ﬂ D, where D is the diameter of the rotor, has been cut and bent into a circular, drum-shaped core, in which conductors, for example conductors 7 and 8, are inserted into grooves 3 and 5. These conductors can be constituted by a winding coil or by solid rods, the ends of which are short-circuited via a ring. The belt according to figure 1 has in this case curved around a center, which in the figure lies below the belt. If a stator is to be manufactured, ie the core is to be provided with wires on the inside of the circular core, the strip in figure 1 is curved around a center, which in the figure lies above the strip. It should be noted that the bent sheet metal strip for a stator usually has different dimensions than the sheet metal strip for a rotor due to, for example, different pole division for stator and rotor.

Figur 3 åskådliggör synnerligen förenklat en trefasmotor med kärnor enligt uppfinningen och figurerna H och 5 visar detaljer av statorn 9 resp. rotorn 10. Statorn 9 är på här icke närmare visat sätt stationärt monterad och rotorn 10 är medelst klämorgan 11, 12 och 13 fast anbringad på den anord- ning 14, som skall drivas runt sin axel 38, vilken är rotor- bart lagrad i här icke visade lagerorgan. Som ett exempel på en anordning, som skall drivas av motorn, kan anges exempelvis den roterbara trumman i tvättmaskiner och därvid betecknar sålunda 1H trummans cirkulära gavel.Figure 3 illustrates in a very simple manner a three-phase motor with cores according to the invention and figures H and 5 show details of the stator 9 resp. the rotor 10. The stator 9 is mounted in a stationary manner, not shown in more detail here, and the rotor 10 is by means of clamping means 11, 12 and 13 fixedly mounted on the device 14 to be driven around its shaft 38, which is rotatably mounted in here storage means not shown. As an example of a device to be driven by the motor, for example, the rotatable drum in washing machines can be mentioned, and thus 1H denotes the circular end of the drum.

Det antages i det följande att motorn skall driva en tvättmaskin, vilkens trumma lä skall drivas med olika hastig- heter och kunna reverseras. Om tvättmaskinen är avsedd för 6-8 kg torrt tvättgods kan man lämpligen utgå från en trefas- mouu~ned ettnax.nnman:av ca 35 Nm vid samtliga varvtal. Detta moment svarar mot cza 3500 W effekt vid 1000 varv/min. Om man vidare strävar efter en så tunn motor som möjligt och väljer plåtbredden A (fig. 1) till 25 mm och en plàttjocklek av 0,5 mm (konventionell plåt för kärnor) får man följande huvud- data för motorn: 82040 04-9 Statorns yttre diameter, Dsy = ««332 mm Luftgapets diameter, DL = ^/S00 mm _Rotorns inre diameter, DRí = ^/274 mm Poltal 50 Spårtal 1 (1 spâr per pol och fasl Luftgapets bredd har härvid försummats, men bör under- stiga 0,6 mm Statorn förses med 150 spår med en bredd B (fig. H) av 3,7 mm och ett djup C av 10 mm och 150 tänder med en bredd E av 3,6 mm. Rotorn 10 förses i detta exempel med 165 spår och tänder med en tandbredd E av 3 mm, en spårbredd Bnav 3,7 mm och ett spärdjup C av 8 mm. För att få det önskade vridmo- mentet uppbygges statorn såsom visas i detalj i figur H. I ettförsta bockat band 15 av den typ, som visas i figur 1, är inpressatett andra bockat band 15, vílkens yftpe dimensignep är anpassade till tändepnas i bandet 15 inre dimensioner och till spårens i bandet15 yttre dimensioner. I detta band 16 är inpressat eller inpassat ett tredje bockat band 17, och praktiskt sett kommer statorns 9 tänder att kunna betraktas såsom bestående av homogent magnetiskt material. I det fall varje tand mäste uppbyggas så att den blir praktiskt sett homogen, kommer givetvis antalet bockade, i varandra inpassade band att variera i beroende av tandbredden E och plåttjock- leken. På figur 4 visas mellan banden 15,16 respektive 16,17 spalter, vilka markerar igﬂgnyﬁe lackskikt, papper eller dylikt isoleringsmaterial. För att få största möjliga järn- mängd i varje tand är tänderna utformade med en sådan bredd på varje tand på de i varandra liggande banden l5,l6,l7 att en tät anliggning erhålles mellan inre ytan på en yttre tand och yttre ytan på en nästföljande tand. Företrädesvis användes så många band att den innersta tanden, vilken i figur H bildas av bandet 17 har ett inre mellanrum eller en spalt som endast bestämmes av isoleringens tjocklek, såsom visas på figur H.It is assumed in the following that the motor shall drive a washing machine, the drum shelter of which shall be driven at different speeds and be reversible. If the washing machine is intended for 6-8 kg of dry laundry, it is advisable to start from a three-phase mouu ~ ned ettnax.nnman: of about 35 Nm at all speeds. This torque corresponds to about 3500 W power at 1000 rpm. If you further strive for as thin a motor as possible and select the plate width A (fig. 1) to 25 mm and a plate thickness of 0.5 mm (conventional plate for cores), you get the following main data for the motor: 82040 04-9 The outer diameter of the stator, Dsy = «« 332 mm The diameter of the air gap, DL = ^ / S00 mm The inner diameter of the rotor, DRí = ^ / 274 mm Number of poles 50 Track number 1 (1 groove per pole and phase rise 0.6 mm The stator is provided with 150 grooves with a width B (fig. H) of 3.7 mm and a depth C of 10 mm and 150 teeth with a width E of 3.6 mm. with 165 grooves and teeth with a tooth width E of 3 mm, a groove width Bnav 3.7 mm and a recess depth C of 8 mm To obtain the desired torque, the stator is built up as shown in detail in figure H. In a first bent band 15 of the type shown in Figure 1, are pressed second bent bands 15, the yftpe dimensional nips of which are adapted to the internal dimensions of the ignition tape in the band 15 and to the bands of the grooves. et15 external dimensions. In this band 16 a third bent band 17 is pressed in or fitted, and practically the teeth of the stator 9 can be regarded as consisting of homogeneous magnetic material. In the event that each tooth must be constructed so that it becomes practically homogeneous, the number of bent, fitted bands will of course vary depending on the tooth width E and the plate thickness. Figure 4 shows gaps between the strips 15,16 and 16,17, respectively, which mark new varnish layers, paper or similar insulation material. In order to obtain the largest possible amount of iron in each tooth, the teeth are designed with such a width of each tooth on the adjacent bands l5, l6, l7 that a tight abutment is obtained between the inner surface of an outer tooth and the outer surface of a next one. tooth. Preferably, so many strips are used that the innermost tooth, which in Figure H is formed by the strip 17, has an internal gap or a gap which is determined only by the thickness of the insulation, as shown in Figure H.

De på figur H antydda statorledarna eller härvdelarna 18 och 19 kan läggas in före omböjningen. Lämpligast är dock att l5,l6,l7 till en cylinder med cirkulär tvärsnittsarea, men kan också inläggas efter omböjning. Lämpligast är dock att lägga in ledarna eller härvorna före omböjningen, eftersom 8204004-9 spåren under omböjningen sluter sig något och därmed klämmer fast ledarna eller härvorna. Sedan de bockade plåtbanden formats exempelvis över en cylindrisk dorn.28, lindas på utsidan ett band 20 runt de bockade plåtbanden sä, att bandet tätt anligger mot den yttre spårbottnen 21. I föreliggande fall' har bandet 20 lindats åtta varv. Man erhåller sålunda en väsentligen homogen ring med en höjd F om cza 6 mm räknat från bottnen i respektive spår till det pålindade, plana bandets 20_ utsida. Bandet 20 har lämpligen samma bredd som de bockade, banden 15-17. Om bandets 20 fria, yttre ände inte fastsvetsas eller fastlimmas mot det underliggande bandvarvet, kan hela statorn 9 pressas in i en cylindrisk hållare e.d., vilken exempelvis kan ingå i ett maskinstativ i den maskin i vilken motorn installeras.The stator conductors or coil parts 18 and 19 indicated in Figure H can be inserted before the bending. Most suitable, however, is that l5, l6, l7 to a cylinder with a circular cross-sectional area, but can also be inserted after bending. However, it is most convenient to insert the conductors or coils before the bend, since the grooves close slightly during the bend and thus clamp the conductors or coils. After the bent sheet metal strips are formed, for example, over a cylindrical mandrel 28, a strip 20 is wound on the outside around the bent sheet metal strips so that the strip abuts the outer track bottom 21. In the present case, the strip 20 has been wound eight turns. A substantially homogeneous ring is thus obtained with a height F of about 6 mm calculated from the bottom in the respective groove to the outside of the wound, flat strip 20. The belt 20 suitably has the same width as the bent ones, the belts 15-17. If the free, outer end of the belt 20 is not welded or glued to the underlying belt turn, the entire stator 9 can be pressed into a cylindrical holder or the like, which can for instance be included in a machine stand in the machine in which the motor is installed.

Rotorn 10, av vilken en detaljbild visas i figur 5, uppbyggdes i det aktuella fallet på motsvarande sätt som statorn i fig. H med tre bockade band och ett inre, i flera varv lagt plant band. Detta plana band, som likaledes har samma bredd som de bockade banden i rotorn och statorn, lägges i det aktuella fallet endast i sju varv och avståndet mellan spårbottnen och rotmxß rue diameter blir cza 5 mm. En motor med ovan angivna dimensioneringsdata får en strömbeläggning av cza 20000 A/m vid maximalt moment och en maximal medelflödestäthet i luftgapet, Bmed, av cza 0,6 T.The rotor 10, of which a detailed view is shown in Fig. 5, was built in the present case in the same way as the stator in Fig. H with three bent bands and an inner, in several turns laid flat band. This flat belt, which also has the same width as the bent belts in the rotor and the stator, is in the present case laid only in seven turns and the distance between the track bottom and the rotmxß rue diameter becomes about 5 mm. An engine with the above dimensioning data has a current occupancy of approximately 20000 A / m at maximum torque and a maximum average flux density in the air gap, Bmed, of approximately 0.6 T.

Figur 5 åskådliggör en kortsluten rotor 10 i vilkens spår är på i och för sig känt sätt inpressade alumi- niumledare , exempelvis ledarna 23 och ZU, vilkas ändar är ledande förbundna med varandra medelst en kortslutnings- ring 25 på rotorns båda ändar. Kortslutningsringarna påppessas samtidigtyned impressningen av ledarna 23 och 2H.Figure 5 illustrates a short-circuited rotor 10 in the groove of which in a manner known per se are pressed aluminum conductors, for example the conductors 23 and ZU, the ends of which are conductively connected to each other by means of a short-circuit ring 25 at both ends of the rotor. The short-circuit rings are applied at the same time as the induction of the conductors 23 and 2H.

För att styra motorn i beroende av belastning och med avsett varvtal användes lämpligen en styranordning 22 (fig}3) av den typ, som beskrives i svenska patentansökningen_ 81 07757-0.In order to control the motor in dependence on load and with the intended speed, a control device 22 (Fig. 3) of the type described in the Swedish patent application is suitably used.

En kärnaav det beskrivna slaget kan användas för vilken som helst typ av elektrisk motor eller generator, som har en stator och/eller rotor försedd med polbildande tänder, exempel- vis en likströmsmotor, en asynkrongenerator och en synkron- motor förutom den ovan beskrivna kortslutna asynkronmotorn. 8204004-9 För att undvika sprickbildning i bockningskanterna på ett band, exempelvis bandet 15, anordnas lämpligen en mjuk övergång mellan de till varandra anslutande sidorna, exempel- vis sidorna 26 och 27 (fig. H). Det har ovan antagits att de bockade bandytorna parvis bildar rät vinkel med varandra, men givetvis är det möjligt att i vissa fall göra bockningen sådan, att spåren före bandets böjning till en cylinder _ har en genomskärningsarea i form av en stympad kon, vilken vid böjningen av bandet övergår till rektangulär form.A core of the type described can be used for any type of electric motor or generator having a stator and / or rotor provided with pole-forming teeth, for example a DC motor, an asynchronous generator and a synchronous motor in addition to the short-circuited asynchronous motor described above . 8204004-9 In order to avoid cracking in the bending edges of a belt, for example the belt 15, a smooth transition is suitably provided between the adjoining sides, for example the sides 26 and 27 (Fig. H). It has been assumed above that the bent strip surfaces in pairs form a right angle with each other, but of course it is possible in some cases to make the bend such that the grooves before bending the strip into a cylinder have a cross-sectional area in the form of a truncated cone. of the band changes to a rectangular shape.

Det har ovan visats och beskrivits en motor med radíellt flöde, men uppfinningen kan givetvis även utnyttjas för framställning av en stator och/eller rotor för en maskin med axiellt flöde, dvs en maskin, vid vilken det magnetiska flödet går i rotationsaxelns riktning.A radial flow motor has been shown and described above, but the invention can of course also be used for the production of a stator and / or rotor for a machine with axial flow, ie a machine in which the magnetic flow goes in the direction of the axis of rotation.

Figur 6 åskådliggör förenklat en stator av denna typ, varvid enlà?ïﬁÉ'7flera vågformigt bockade band är böjda cirkue lärt runt maskinens rotationscentrum 39. På figur 6 visas en ledningshärva 29 anbringad i två intill varandra liggande spår med en mellanliggande tand 30 i ett band 31. Snittbilden enligt figur 7 åskådliggör att tre stycken vågformigt bockade band 31,32 och 33 utnyttjats och dessa band är anordnade på sätt som beskrivits i anslutning till figur 4. Ett plant band 3H är lindat spiralformat för bildandet av en ringoch såsom framgår av figur 7 har denna ring i det visade utförings- exemplet ett sådant antal lindningsvarv, att ringen erhåller samma bredd som de inbördes lika breda banden 31-33.Figure 6 illustrates in simplified form a stator of this type, in which several wavy bent bands are curved circuits learned around the center of rotation 39 of the machine. Figure 6 shows a cable harness 29 arranged in two adjacent grooves with an intermediate tooth 30 in a band 31. The sectional view according to Figure 7 illustrates that three wavy bent bands 31, 32 and 33 have been used and these bands are arranged in the manner described in connection with Figure 4. A flat band 3H is wound helically to form a ring and as shown in Figure 7, this ring in the embodiment shown has such a number of winding turns that the ring obtains the same width as the mutually equally wide bands 31-33.

Denna av bandet 3ä bildade ringen, som är tillverkad av ett lämpligt magnetiserbart material, är medelst här icke visade medel, exempelvis bultar, som går genom de vågformigt bockade banden och ringen, anbringad på den av de vågformigt bockade banden bestående ringen, vilkens spår och tänder ligger i ett mot axeln 37 vinkelrätt plan.This ring formed by the belt 3a, which is made of a suitable magnetizable material, is by means not shown here, for example bolts passing through the wavy bent bands and the ring, applied to the ring consisting of the wavy bent bands, the grooves and teeth lie in a plane perpendicular to the axis 37.

Figur 8 åskådliggör förenklat en maskin med axiellt magnetiskt flöde bestående av en skivformad stator 35 enligt figur 6 samt en skivformad rotor 36 med en utgående axel 37.Figure 8 simply illustrates a machine with axial magnetic flux consisting of a disc-shaped stator 35 according to Figure 6 and a disc-shaped rotor 36 with an output shaft 37.

Claims

82040 04-9 CLAIMS 1. - A magnetizable material core for magnetic flux conductors in an electric machine, such as a motor or generator, which core has a surface in which teeth (1,2) and intermediate teeth are formed grooves (3, M, 5) for receiving conductors (7,8), the core comprising at least one band (15, 16, 17; 31, 32, 33) of magnetizable material, which is bent in a continuous wave pattern for defining said teeth and grooves, characterized in that a plurality of bent bands (15, 16, 17; 31, 32, 33) are applied to each other with the teeth inserted into each other, the teeth of the respective bands being so designed, that the free space in each tooth in the formed band body is substantially filled with magnetizable band material and the band body forms a circular ring.

2. A core according to claim 1, characterized in that a ring abutting against the bottoms (21) of the grooves (21) is connected to the ring, consisting of at least one flat band (20; 3D).

Core according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the strip body (l5, l6, l7) is bent to form a cylinder with teeth and grooves on the cylindrical circumferential surface. HRS.

Core according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the strip body (31, 32, 33) is bent into a disc ring with the teeth and grooves substantially axial relative to the axis of rotation (28) of the machine.

5. A method of manufacturing a magnetizable material core for magnetic flux conductors in an electric machine according to claim 1, characterized in that a flat first band of magnetizable material is bent in a continuous wave pattern defining teeth and grooves in the core, that on it the first band places at least one further band bent in a similar but narrower wave pattern, in front of the further band or bands in 8204004-9 5 and fills the spaces in the teeth of the first band and forms the band-shaped body thus obtained into a circular shape and secures the band body ends at each other.

6. A method according to claim 5, characterized in that the respective bent bands are bent into a circular cylinder with the teeth and grooves inwards or outwards on the circumferential surface of the cylinder. '

7. A method according to claim 5, characterized in that the respective bent bends are bent into a circular disc ring with the teeth and grooves directed substantially axially relative to the axis of rotation of the future machine.

8. A method according to claim 6, characterized in that a band of magnetizable material wound into a ring with at least one winding turn is applied in contact with one surface of the cylinder.

9. A method according to any one of claims 5-8, characterized in that conductors (7, 8; 29) are applied in the grooves before the bending of the respective bands bent in a wave pattern into a rickular ring.