DE102008002613A1

DE102008002613A1 - Stator core for an electric machine

Info

Publication number: DE102008002613A1
Application number: DE200810002613
Authority: DE
Inventors: Daniel Campinas Amaral
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2009-12-31
Also published as: CN102077448A; WO2009156294A1; EP2304867A1; BRPI0914322A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Statorkern für eine elektrische Maschine, insbesondere für den Generator eines Kraftfahrzeuges, welcher aus Lamellen (12, 14) geschichtet oder gewickelt ist, die aus einem vorzugsweise bandförmigen Elektroblech (10) verzahnt ausgestanzt und/oder ausgeschnitten sind und eine Vielzahl von Nuten (40) und Zähnen (39) bilden. Hierbei ist der Bereich der Zahnflanke (20) und der Nutflanke (22) derart freigestanzt, dass die Zahnbreite (P) und die Nutbreite (N) in den ungebogenen Lamellen (12, 14) über die gesamte Zahnlänge (A) im Wesentlichen jeweils konstant sind, wobei das Verhältnis (alpha) der Zahnbreite (P) zur Nutteilung (T) größer als 0,38 und kleiner als 0,5 ist. Hierdurch erhält man minimierte magnetische Widerstände und einen geringen Verschnitt im Bereich der geometrisch und fertigungstechnisch möglichen Grenzen.The invention relates to a stator core for an electric machine, in particular for the generator of a motor vehicle, which is laminated or wound from lamellae (12, 14) which are punched and / or cut out of a preferably band-shaped electrical steel sheet (10) and a plurality of Grooves (40) and teeth (39) form. In this case, the region of the tooth flank (20) and the groove flank (22) is punched free such that the tooth width (P) and the groove width (N) in the unbent blades (12, 14) are essentially constant over the entire tooth length (A) wherein the ratio (alpha) of the tooth width (P) to the slot pitch (T) is greater than 0.38 and less than 0.5. This results in minimized magnetic resistances and a low waste in the range of geometrically and manufacturing technology possible limits.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Statorkern für eine elektrische Maschine, wie er beispielsweise aus der US-PS 3 577 851 bekannt ist. Der in dieser Druckschrift offenbarte Statorkern wird in einem Wickelverfahren spiralförmig aufgebaut, indem aus einem bandförmigen Elektroblech zwei gleiche Streifen verzahnt ausgestanzt und einzeln jeweils zu einem Statorkern gerollt werden. Die beiden Blechstreifen besitzen jeweils Aussparungen und fingerförmige Vorsprünge, welche nach dem Aufwickeln des Streifens die Zähne und Nuten des Statorkerns bilden. Über das verwendete Stanzverfahren enthält die Veröffentlichung keine näheren Angaben, ebenso wenig wie über die Menge des beim Stanzen entstehenden Abfalls in Relation zur Größe des ursprünglichen Blechstreifen oder des verbleibenden Polquerschnittes.The invention is based on a stator core for an electrical machine, as he, for example, from U.S. Patent 3,577,851 is known. The stator core disclosed in this publication is constructed spirally in a winding process in that two equal strips are toothed out of a band-shaped electrical steel sheet and individually rolled to form a stator core. The two metal strips each have recesses and finger-shaped projections, which form the teeth and grooves of the stator core after the winding of the strip. About the punching method used, the publication contains no further details, as well as the amount of waste resulting from punching in relation to the size of the original sheet metal strip or the remaining Polquerschnittes.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Statorkern mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das verwendete, vorzugsweise bandförmige Blechmaterial optimal bis an die fertigungstechnisch und geometrisch mögliche Grenze genutzt wird, wobei einerseits der Blechabfall minimiert und andererseits durch den erzielten größtmöglichen Querschnitt der Statorzähne der magnetische Widerstand reduziert wird.Of the Stator core according to the invention with the features the independent claim has the other hand Advantage that the used, preferably band-shaped Sheet metal optimally to the manufacturing technology and geometric possible limit is used, on the one hand minimizes the sheet metal waste and on the other hand by the achieved maximum Cross section of the stator teeth of the magnetic resistance is reduced.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Statorkerns möglich.By those listed in the dependent claims Measures are advantageous developments and improvements of the stator core specified in the independent claim possible.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der beim Freistanzen der Zahn- und Nutgeometrie entstehende Stanzabfall soweit verringert wird, dass sich ein Verhältnis der Zahnbreite zur Nutteilung im Bereich zwischen 0,38 und 0,48 ergibt, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,40 und 0,48. Bekannte, in gleicher Weise hergestellte Statorkerne liegen bezüglich des beanspruchten Verhältnisses der Zahnbreite zur Nutteilung deutlich niedriger, wenn der Bereich zwischen den Zahn- und den Nutflanken freigestanzt wird. Lediglich bei vollständig geschnittenen Konturen, bei denen die Zahnbreite der halben Nutteilung entspricht, erreichen bekannte Ausführungen ein Verhältnis der Zahnbreite zur Nutteilung von 0,5, wobei jedoch das gesamte Fertigungsverfahren und insbesondere der Trennvorgang der Bleche deutlich erschwert sind und die Ebenheit der Bleche unter dem Trennvorgang leidet. Hierdurch ergibt sich eine geringere Formhaltigkeit, die sich negativ auf die Abgabeleistung und den Wirkungsgrat auswirkt.Especially It is advantageous if the free-dancing of the tooth and groove geometry resulting punching waste is reduced so much that there is a ratio the tooth width for slot pitch in the range between 0.38 and 0.48 yields, preferably in the range between 0.40 and 0.48. Known, stator cores made in the same way are related the claimed ratio of tooth width to slot pitch significantly lower when the area between the teeth and the Groove edges is punched free. Only at complete cut contours, where the tooth width of half the groove pitch corresponds, known versions reach a ratio the tooth width for slot pitch of 0.5, but the entire Manufacturing process and in particular the separation process of the sheets are clearly difficult and the flatness of the sheets under the separation process suffers. This results in a lower dimensional stability, the has a negative effect on the output power and the effect ridge.

Als zweckmäßig hat es erwiesen, wenn zur Minimierung des Stanzabfalls der Bereich des Nutgrundes und des Zahnkopfes durch Scherschneiden getrennt wird. Hierbei entstehen in diesem Bereich zwar ausgeprägtere Trenngrate, welche jedoch beim Einziehen der Wicklung in die Statornuten und bei der Gestaltung der Nutisolation hinsichtlich möglicher Beschädigungen der Leiterisolation weniger kritisch sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn beim Scherschneiden des Bleches im Bereich des Nutgrundes die Trennlinie im Wesentlichen in Verlängerung der freigestanzten Kante der Zahnflanke verläuft, weil in diesem Fall am Nutgrund der verbleibende Vorsprung im Blechschnitt auf ein Minimum reduziert und damit auch die Gefahr einer Beschädigung der Nutisolation minimiert wird.When it has proved expedient if to minimize of the punching waste, the area of the groove bottom and the tooth head through Shearing is separated. This will arise in this area though more pronounced burrs, which, however, when retracting the winding in the stator slots and in the design of the slot insulation regarding possible damage to the conductor insulation less critical. This is especially true when shear cutting of the sheet metal in the region of the groove base the dividing line substantially in extension of the punched-out edge of the tooth flank runs, because in this case the groove bottom of the remaining Lead in sheet metal cutting to a minimum and thus reduced minimizes the risk of damaging the slot insulation becomes.

Als vorteilhaft hat es sich weiterhin erwiesen, wenn bei der Wahl der Stanzbreite an der Zahnflanke und der Nutflanke die Dicke des verwendeten Elektroblechs berücksichtigt wird, wobei vorzugsweise die Breite des freigestanzten Bereiches entlang der Zahnflanke und der Nutflanke mindestens 20% größer ist als die Blechdicke der Lamellen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass bei größeren Blechdicken die Breite des freigestanzten Bereiches ausreichend groß gewählt wird, so dass die durch die Materialverformung beim Stanzen entstehenden Grate eine kritische Größe nicht übersteigen. Die Dicke der verwendeten Elektrobleche liegt bei der vorgeschlagenen Gestaltung des Statorkerns zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 0,3 und 1,2 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 1,0 mm.When Advantageously, it has also been proven when in the choice of Punch width at the tooth flank and the groove flank the thickness of the used Electro sheet is taken into account, preferably the Width of the punched area along the tooth flank and the Groove flank is at least 20% larger than the sheet thickness the slats. This ensures that larger ones Thicknesses the width of the punched-out area sufficient is chosen large, so that by the material deformation when punching burrs forming a critical size do not exceed. The thickness of the used electrical sheets is expediently in the proposed design of the stator core in the range between 0.3 and 1.2 mm, preferably in the range between 0.5 and 1.0 mm.

Kurze Beschreibungen der ZeichnungenShort descriptions of the drawings

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.One Embodiment of the invention is in the drawings shown and in the following description in more detail explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen verzahnten Blechschnitt vor dem Trennen der beiden Blechstreifen, 1 a toothed cutting before separating the two metal strips,

2 einen Ausschnitt aus einem bereits in seine runde Form gerollten oder gebogenen Statorkern mit eingefügter Nutisolation und 2 a section of a already rolled into its round shape or bent stator core with inserted groove insulation and

2a eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus 2 im Bereich des Nutgrundes mit den dort verbleibenden Vorsprüngen des Blechschnitts. 2a an enlarged view of a section from 2 in the region of the groove bottom with the remaining there projections of the sheet section.

Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of invention

In 1 ist mit 10 ein Band aus Elektroblech bezeichnet, welches teilweise durch Freistanzen und teilweise durch Trennschneiden in zwei ineinander verzahnte Einzelbänder 12 und 14 zerteilt ist. Das Band 10 besteht aus einem weichmagnetischen, für die Herstellung eines Statorkerns geeigneten Elektroblech, wie es beispielsweise in der DIN 46 400 definiert und grundsätzlich bekannt ist. Wesentliche Kriterien derartiger Bleche sind eine Koerzitivfeldstärke unter 1000 A/m, geeignete Legierungszusätze, insbesondere von Si, Ni, Co, Mo und andere, sowie spezielle Behandlungen wie Warm- oder Kaltwalzen, wodurch einerseits günstige weichmagnetische Eigenschaften und andererseits vorteilhafte Verarbeitungsbedingungen erhalten werden.In 1 is with 10 a band of electric sheet called, which partly by free punching and partly by cutting into two interlocked single bands 12 and 14 is divided. The tape 10 consists of a soft magnetic, suitable for the production of a stator core electrical sheet, as for example in the DIN 46 400 defined and basically known. Essential criteria of such sheets are a coercive field strength below 1000 A / m, suitable alloying additions, in particular of Si, Ni, Co, Mo and others, as well as special treatments such as hot or cold rolling, which on the one hand favorable soft magnetic properties and on the other hand advantageous processing conditions are obtained.

Durch den Trennvorgang des Bandes 10 ergeben sich spiegelbildlich ineinander verzahnte Einzelbänder als Lamellen 12 und 14, welche polförmige Vorsprünge 16 und nutartige Aussparungen 18 aufweisen. Hierbei ist die Trennung derart ausgeführt, dass der Bereich zwischen benachbarten Zahnflanken 20 und Nutflanken 22 in einer Breite B freigestanzt ist. Die Stanzlänge L entspricht dem Abstand der inneren Kanten 24 der Polschuhe 26.Through the separation process of the tape 10 result in a mirror image interlocked individual bands as slats 12 and 14 , which pole-shaped projections 16 and groove-like recesses 18 exhibit. Here, the separation is carried out such that the area between adjacent tooth flanks 20 and groove sides 22 is punched free in a width B. The punching length L corresponds to the distance between the inner edges 24 the pole shoes 26 ,

Zur Minimierung des Blechverschnittes ist jeweils die Seitenkante 28 und die Außenkante 30 des Zahnkopfbereiches 26 der Blechlamellen 12 und 14 im Bereich der späteren stirnseitigen Enden der Zähne, beziehungsweise des hierbei gebildeten Nutgrundes, durch Scherschneiden getrennt, wobei im Gegensatz zum Freistanzen kein Materialabfall entsteht. Dieser Teil der Lamellen 12 und 14 ist hinsichtlich der etwas stärker ausgebildeten Grate beim Trennschneiden gegenüber dem Stanzen weniger kritisch, da er durch die später eingebrachte Nutisolation 42 abgedeckt ist und beim Einziehen der Wicklung 46 in die Nuten 40 weniger beansprucht ist, so dass die Gefahr einer Beschädigung der Nut- und/oder Leiterisolation in diesem Bereich kaum besteht.To minimize the sheet metal waste is in each case the side edge 28 and the outer edge 30 of the tooth tip area 26 the laminations 12 and 14 in the region of the later end faces of the teeth, or of the groove base formed in this case, separated by shear cutting, in contrast to the free punching no material waste. This part of the slats 12 and 14 is less critical with respect to the slightly more formed ridges when cutting against punching, as it by the later introduced slot insulation 42 is covered and when retracting the winding 46 into the grooves 40 is less stressed, so that the risk of damage to the groove and / or conductor insulation in this area hardly exists.

Ein weiterer Stanzvorgang erfolgt beidseitig an den Außenkanten des Bandes 10 in Form von Ausschnitten 32, die jedoch für die magnetischen Werte des Statorkerns nicht relevant sind und nur als Eingriffspunkte für ein Ritzel oder dergleichen beim Transport der Bleche dienen, wie er beispielsweise in der eingangs zum Stand der Technik genannten US-PS 3 577 851 beschrieben ist und hier nicht näher erläutert werden muss.Another punching is done on both sides of the outer edges of the tape 10 in the form of cutouts 32 However, which are not relevant to the magnetic values of the stator core and serve only as engagement points for a pinion or the like in the transport of the sheets, as he mentioned, for example, in the initially mentioned in the prior art U.S. Patent 3,577,851 is described and need not be explained here.

Weitere, für die Gestaltung des Statorkerns relevante Größen der Blechlamellen 12 und 14 sind die Nutbreite N nach dem Trennvorgang im geraden Zustand der Lamellen gemäß 1, die der Nuttiefe entsprechende Zahnlänge A, die Zahnbreite P sowie die Nutteilung T entsprechend dem Abstand von Nutmitte zu Nutmitte. Erfindungsgemäß wird hierbei das Verhältnis α der Zahnbreite P zur Nut teilung T größer als 0,38 und kleiner als 0,5 gewählt, wobei das Verhältnis α vorzugsweise zwischen 0,40 und 0,48 liegt. Der niedrigere Wert bestimmt hierbei die für einen fertigungstechnisch einfach durchzuführenden Stanzvorgang vorteilhafte Stanzbreite B, der obere Wert definiert die zur Minimierung des magnetischen Widerstandes im Zahn wesentliche Zahnbreite P. Die Trennlinie beim Scherschneiden im Bereich des Nutgrundes ist hierbei so ausgerichtet, dass sie im Wesentlichen in Verlängerung der freigestanzten Kante 28 der Zahnflanke 20, beziehungsweise der Nutflanke 22 verläuft. Hierdurch ergibt sich ein nahezu geradliniger Übergang vom Nutgrund zur Nutflanke, wobei ein aus den 2 und 2a deutlicher zu erkennender, scharfkantiger Vorsprung 34 am Nutgrund weitestgehend vermieden wird. Die Breite B des freigestanzten Bereiches entlang der Zahnflanke 20 und der Nutflanke 22 ist dabei mindestens 20% größer als die Blechdicke d der Lamellen 12, 14, welche ihrerseits zwischen 0,3 mm und 1,2 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1,0 mm liegt.Further, for the design of the stator core relevant sizes of the laminations 12 and 14 are the groove width N after the separation process in the straight state of the slats according to 1 , the groove depth corresponding tooth length A, the tooth width P and the slot pitch T corresponding to the distance from groove center to groove center. According to the invention, the ratio α of the tooth width P to the groove pitch T is chosen to be greater than 0.38 and less than 0.5, wherein the ratio α is preferably between 0.40 and 0.48. The upper value defines the tooth width P necessary for minimizing the magnetic resistance in the tooth. The dividing line for shearing in the region of the groove bottom is aligned in such a way that it is substantially in Extension of the free-punched edge 28 the tooth flank 20 , or the groove flank 22 runs. This results in a nearly straight transition from the groove bottom to the groove flank, with one of the 2 and 2a more clearly recognizable, sharp-edged projection 34 At the groove bottom is largely avoided. The width B of the punched-out area along the tooth flank 20 and the groove flank 22 is at least 20% larger than the plate thickness d of the lamellae 12 . 14 , which in turn is between 0.3 mm and 1.2 mm, preferably between 0.5 mm and 1.0 mm.

2 zeigt in leicht vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus einem bereits in seine runde Form gerollten oder gebogenen Statorkern mit Zähnen 39 und Nuten 40, in welche eine Nutisolation 42 eingebracht ist, die sich weitgehend der Kontur der Nut 42 anpasst und an der Nutöffnung 44 auf der Innenkante 24 des Polschuhes 26 abstützt. Nach dem Einbringen der Statorwicklung 46 wird die Nutöffnung 44 durch einen sich ebenfalls an der Innenkante 24 des Zahnkopfes 26 abstützenden Nutverschluss 48 geschlossen, so dass die Statorwicklung 45 auch in diesem Bereich gegen eine Beschädigung der Leiterisolation geschützt ist. 2 shows a slightly enlarged representation of a section of a already rolled into its round shape or bent stator core with teeth 39 and grooves 40 into which a slot insulation 42 is introduced, which is largely the contour of the groove 42 adapts and at the slot opening 44 on the inside edge 24 of the pole piece 26 supported. After insertion of the stator winding 46 becomes the slot opening 44 by a likewise at the inner edge 24 of the tooth head 26 supporting slot closure 48 closed, leaving the stator winding 45 is protected against damage to the conductor insulation in this area.

Die 2 und insbesondere 2a zeigen nochmals deutlich den Verlauf der Trennlinie 38, welche beim Scherschneiden des Bandes 10 im Bereich des Nutgrundes 36 entsteht. Die Trennlinie 38 verläuft dabei im Wesentlichen in Verlängerung der freigestanzten Kante 28 der Zahnflanke 20, so dass nur ein sehr kleiner Vorsprung 34 stehen bleibt, welcher keine Gefahr für eine Beschädigung der Nutisolation darstellt, auch nicht nach dem Einbringen der Statorwicklung 46.The 2 and particularly 2a again clearly show the course of the dividing line 38 , which when shear cutting the tape 10 in the area of the groove bottom 36 arises. The dividing line 38 runs essentially in extension of the free-punched edge 28 the tooth flank 20 so that only a very small lead 34 stops, which poses no danger to damage the slot insulation, not even after the introduction of the stator winding 46 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 3577851 [0001, 0015]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- DIN 46 400 [0012]

Claims

Stator core for an electric machine, in particular for the generator of a motor vehicle, which consists of lamellas ( 12 . 14 ) layered or wound, which consists of a preferably band-shaped electrical sheet ( 10 ) toothed punched and / or cut and a plurality of grooves ( 40 ) and teeth ( 39 ), wherein the region of the tooth flank ( 20 ) and the groove flank ( 22 ), the tooth width (P) and the groove width (N) in the unbent blades ( 12 . 14 ) are substantially constant over the entire tooth length (A) and the ratio (α) of the tooth width (P) to the slot pitch (T) is greater than 0.38 and less than 0.5.

Stator core according to claim 1, characterized in that that the ratio (α) of the tooth width (P) to Slot pitch (T) between 0.38 and 0.48, preferably between 0.40 and 0.48.

Stator core according to claim 1 or 2, characterized in that the region of the groove base ( 36 ) and the tooth head ( 26 ) is separated by shear cutting.

Stator core according to claim 3, characterized in that the dividing line ( 38 ) during shearing in the region of the groove base ( 36 ) substantially in extension of the free-punched side edge ( 28 ) on the tooth flank ( 20 ) runs.

Stator core according to one of the preceding claims, characterized in that the width (B) of the punched-out region along the tooth flank ( 20 ) and the groove flank ( 22 ) is at least 20% greater than the sheet thickness (d) of the slats ( 12 . 14 ).

Stator core according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet thickness (d) of the lamellae ( 12 . 14 ) is between 0.3 mm and 1.2 mm, preferably between 0.5 mm and 1.0 mm.