DE4436626A1 - Herstellungsverfahren für Ständer- oder Läuferbleche von elektrischen Maschinen und Synchronmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich einerseits auf ein Verfahren zur Herstellung von Ständer- oder Läuferblechen von elek­ trischen Maschinen sowie auf Ständer- oder Läuferbleche von elektrischen Maschinen; andererseits betrifft sie einen Synchronmotor mit einem Innenläufer, dessen Radius derart vergrößert ist, daß die Polzahl p bei gegenüber herkömmli­ chen Elektromotoren derselben Leistungsklasse etwa konstant gehaltener Polteilung auf mindestens acht, vorzugsweise vierundzwanzig erhöht ist, und bei dem innerhalb der äuße­ ren, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bildenden Läuferschicht ein ringförmiger Hohlraum angeordnet ist, der von radial verlaufenden, mit der Nabe verbundenen Stegen in mehrere Segmente unterteilt ist.

Es ist bekannt (europäische Patentschrift 0 315 727 B1), bei Linearantrieben das Statorpaket aus sich in Längsrich­ tung erstreckenden, aufrechtstehenden, lamellierten Blechen aus ferromagnetischem Material zu bilden. Das Paket weist an seiner unteren Seite Quernuten auf, die einen gegenseitigen Mittenabstand haben, der einem Drittel des Mittenabstandes von Dauermagneten auf den zugeordneten Läufer entspricht.

Allgemein ist in einer großen Anzahl von Anwendungen das Läuferblech mit großen Ausnehmungen versehen. In solchen Fällen ergibt sich beim Ausstanzen der Bleche ein sehr großer Verschnitt, da sich für die kleineren, übrigbleiben­ den Flächen keine Verwendung finden läßt. Werden bei­ spielsweise nur Ständerbleche benötigt, so lassen sich diese aufgrund ihres identischen Durchmessers nicht ineinander anordnen, so daß sich als Verschnitt pro Stän­ derblech eine Fläche ergibt, die dem Läuferquerschnitt entspricht. Darüber hinaus fällt zwischen den auszustanzen­ den Ständerblechen ebenfalls Verschnitt an, woraus sich für die Motorenhersteller erhebliche Unkosten ergeben.

Aus diesen Nachteilen gemäß dem Stand der Technik angewende­ ter Herstellungsverfahren für Ständer- und/oder Läuferble­ che von elektrischen Maschinen resultiert das der Erfindung zugrundeliegende Problem, ein Herstellungsverfahren für Ständer- oder Läuferbleche von elektrischen Maschinen zu finden, mit dessen Hilfe der bei der Herstellung derartiger Generatoren- oder Motorenbleche anfallende Verschnitt auf ein Minimum reduziert werden kann.

Zur Lösung dieses Problems sieht die Erfindung ein Herstel­ lungsverfahren vor, bei dem der den Luftspalt begrenzende und in magnetischen Rückschluß führende Teil als linear ab­ gewickeltes Band aus einer Blechbahn oder einem Blechboden ausgetrennt und ggf. in die gewünschte Form gebogen wird. Eine solche Vorgehensweise hat den entscheidenden Vorteil, daß derart begradigte Zuschnitte sich auf einem Blechbogen in geometrisch weitaus dichterer Form anordnen lassen als ringförmige Gebilde mit großen Ausnehmungen. Der Verschnitt läßt sich dadurch in der überwiegenden Mehrzahl der Anwen­ dungsfälle um ein Vielfaches reduzieren. Denn einerseits fällt der Verschnitt, der sich bei herkömmlichen Verfahren innerhalb der Kreisringform ergibt, weg, andererseits auch die Verschnitte, welche sich zwischen den einzelnen Ronden bisher ergaben. Die weitere Verarbeitung der begradigten Bänder, insbesondere das Biegen in die gewünschte Form, be­ reitet technisch keine Schwierigkeiten und erfordert neben einer Biegemaschine ausschließlich den Einsatz eines rela­ tiv geringen Energiebetrags und ist daher weitaus wirt­ schaftlicher als der enorme Verschnitt bei der Anwendung bisheriger Herstellungsverfahren. Zur Vervollständigung der Läufer- und/oder Ständerbleche können deren Enden nach dem Biegevorgang entweder miteinander zu einem Kreisring oder aber mit benachbarten Blechelementen zu einem Teil eines Linearmotors zusammengefügt werden. In manchen Anwendungs­ fällen kann jedoch dieser Verfahrensschritt entfallen, näm­ lich z. B. dann, wenn ein Ständerblechpaket nicht in das Ge­ häuse eingepreßt, sondern beispielsweise mit diesem ver­ schraubt wird. Bei Läuferronden wird dagegen eine Zusammen­ fügung der umgebogenen Enden meist sinnvoll sein, um einem unerwünschten Aufbiegen unter Fliehkrafteinwirkung zu begegnen.

Insbesondere bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens zur Herstellung von Motoren- oder Generatoren­ blechen mit gleichmäßig über den Luftspalt verteilten Ver­ tiefungen zur Aufnahme von Wicklungen, Stäben oder Perma­ nentmagneten sowie mit zwischen diesen Vertiefungen befind­ lichen Erhebungen hat es sich als günstig erwiesen, die den linearen Bändern entsprechenden Zuschnitte auf der Blech­ bahn derart anzuordnen, daß die Erhebungen eines Bandes in die Vertiefungen des benachbarten eingreifen. Durch eine derartige Ineinanderschachtelung läßt sich der Verschnitt zusätzlich reduzieren. Das Ineinanderschachteln wird erst dadurch ermöglicht, daß die Breite der Vertiefungen zumind­ est bereichsweise genauso groß ist wie die Breite der Erhe­ bungen.

Eine weitere, vorteilhafte Erfindungsausbildung insbeson­ dere bei der Herstellung von Motoren- oder Generatoren­ blechen mit einem gewellten und/oder gezackten Verlauf der­ jenigen Berandung der den Luftspalt begrenzenden Schicht, welche beim fertigen Blech dem Luftspalt abgewandt ist, be­ steht darin, daß die den linearen Bändern entsprechenden Zuschnitte auf der Blechbahn derart angeordnet werden, daß die Zacken oder Wölbungen eines Bandes in die Vertiefungen des benachbarten eingreifen. In manchen Anwendungsfällen ist aus magnetischen oder sonstigen konstruktiven Gründen ein gewellter Verlauf der dem Luftspalt abgewandten Um­ fangsseiten der Magnetbleche erforderlich. Um in solchen Fällen dennoch den Verschnitt bei der Herstellung der Mo­ toren- oder Generatorenbleche soweit als möglich reduzieren zu können, werden die Zuschnitte, deren gewellte Längs­ seiten einander zugewandt sind, in Längsrichtung um eine halbe Zackenbreite versetzt angeordnet, so daß die Zacken oder Wölbungen eines Bandes sich gerade auf der Höhe der Vertiefungen des benachbarten befinden, so daß beide Bänder nur einen minimalen oder im Idealfall gar keinen Abstand aufweisen.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß das lineare Band aus der Blechbahn ausgestanzt wird. Eine derartige Austrenn­ technik wird von der Erfindung bevorzugt, da sie sich auch bei dem bekannten Herstellungsverfahren für Magnetbleche von elektrischen Maschinen bereits bewährt hat. Insbeson­ dere aufgrund der geradlinigen Form können aber auch andere Schneidetechniken von Vorteil sein. Es wäre bspw. denkbar, ein zu einer Walze gebogenes Messer entlang den Längsseiten des Zuschnitts abzurollen und diesen trotz seines Profils ähnlich wie mit einer Blechschere aus dem Blech auszutren­ nen.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, daß das zunächst lineare Band um lotrecht zu seiner Grundfläche verlaufende Achsen gebogen wird. Bei diesem Biegeverfahren verläßt das Band die Ebene der Blechbahn nicht, so daß derart gebildete Magnetbleche ohne Schwierigkeiten zu Paketen aufeinanderge­ schichtet werden können.

Es hat sich als günstig erwiesen, daß das zunächst lineare Band an diskreten Stellen gebogen wird. Hierdurch lassen sich die durch Verformungen hervorgerufenen, inneren Span­ nungen des Blechs auf wenige, vorgegebene Stellen beschränken, an denen sie ggf. durch zusätzliche Maßnahmen weiter reduziert werden können.

Mit Vorteil befinden sich die Einkerbungen an derjenigen Seite des linearen Bandes, das nach dem Biegevorgang dem Luftspalt abgewandt ist. Denn es ist in vielen Fällen ungünstig, auch an der dem Luftspalt zugewandten Berandung des Blechstreifens Biegekerben vorzusehen, die den Luftspalt vergrößern und die Induktion vermindern.

Sofern mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Ständer- oder Läuferbleche von elektrischen Rotationsmaschinen herge­ stellt werden sollen, entspricht es dem Erfindungsgedanken, daß das zunächst lineare Band zu einem scheibenförmigen Kranz gebogen wird. Ein solcher Kranz dient einerseits der Führung des magnetischen Rückschlusses auf der betreffenden Seite des Luftspalts und andererseits der Abstützung elek­ trischer und/oder magnetischer Bauelemente wie bspw. Wick­ lungen, Stäben oder Magnetplättchen.

Um ein von herkömmlichen Ständer- oder Läuferronden kaum unterscheidbares Produkt zu erhalten, sieht die Erfindung weiterhin vor, daß die beiden Enden des zu einem scheiben­ förmigen Kranz gebogenen Bandes an ihrer Nahtstelle zusam­ mengefügt, vorzugsweise zusammengeschweißt oder -gelötet werden. Diese Maßnahme bewirkt einerseits eine mechanische Stabilisierung des Kranzes, so daß dieser sich auch bei er­ höhten Fliehkräften nicht aufbiegen kann. Andererseits ist es durch Verwendung eines geeigneten Lots oder Schweiß­ drahts möglich, auch im Bereich der Nahtstelle einen weit­ gehend glatten Verlauf der Magnetfeld- und Induktionslinien sicherzustellen.

Weitere Vorteile ergeben sich bei der Herstellung eines Läuferblechs dadurch, daß der fertige, scheibenförmige Kranz mit einem inneren, konzentrischen Stützblech verbun­ den wird. Bei Asynchronmotoren sollte der Läufer bis auf die Welle vollständig geblecht sein. Zu diesem Zweck muß ein erfindungsgemäß hergestellter Läuferkranz mit einem Stützblech versehen werden, welches eine innere Ausnehmung zum Durchtritt der Motorwelle aufweist und den Läuferkranz auf dieser dadurch fixiert.

Weiterhin lehrt die Erfindung, daß das Stützblech einen in­ neren Nabenteil und von diesem sternförmig nach außen ra­ gende Stege aufweist, deren äußere Enden mit dem scheiben­ förmigen Kranz verschweißt oder verlötet werden. Eine punk­ tuelle Abstützung an mehreren, gleichmäßig über den inneren Umfang verteilten Stellen verhindert zuverlässig eine Ver­ formung des gesamten Läuferblechs unter Fliehkrafteinfluß. Bei einer nur punktuellen Verbindung können aber die zwi­ schen den Stütz stellen befindlichen Bereiche des Blechs zur Werkstoffersparnis einerseits sowie zur Reduzierung des Trägheitsmoments andererseits weggelassen werden. Bei der Herstellung eines derartigen Nabensterns aus einem Dy­ namoblech kann von dem Vorteil Gebrauch gemacht werden, daß aufgrund des fehlenden Umfangskranzes auf der Blechbahn be­ nachbarte Sternzuschnitte mit ihren versetzt angeordneten Stegen wie Zahnräder ineinandergreifend angeordnet werden können. Das Ineinandergreifen solcher Sternzuschnitte ist besonders effektiv, wenn die Steganzahl möglichst klein ist, vorzugsweise vier, sechs oder acht beträgt. In einem solchen Fall können zwei benachbarte Sternzuschnitte soweit aneinander angenähert werden, daß das außenliegende Ende eines Stegs eines ersten Sternzuschnitts am Nabenumfang des benachbarten Sternzuschnitts anliegt und sich somit ein Ab­ stand zweier benachbarter Sternmittelpunkte ergibt, der der Summe aus dem äußeren Nabendurchmesser und der Länge eines Stegs entspricht. Aus diesem Grund erhält man den gering­ sten Verschnitt, wenn die Steglänge möglichst groß im Ver­ hältnis zum Nabendurchmesser ist.

Bei der Herstellung von Läuferblechen ist oftmals ein Kom­ promiß zwischen mehreren, teilweise entgegengesetzten For­ derungen zu finden. So müßte zur Steigerung des Motormo­ mentes auf einen Maximalwert der magnetische Rückschluß auch innerhalb des Läufers mit einem maximalen Querschnitt ausgeführt sein, d. h., das Läuferblech dürfte mit Ausnahme der zentralen Öffnung zum Durchtritt der Motorwelle keiner­ lei Ausnehmungen aufweisen. Denn jede Ausnehmung reduziert den Querschnitt des für den magnetischen Rückschluß zur Verfügung stehenden Pfades, wodurch das Luftspaltfeld ge­ schwächt und demzufolge das Motormoment herabgesetzt wird. Andererseits ist aber eine Ausführung der Läuferbleche ohne periphere Ausnehmungen insbesondere bei hohem Läuferradius hinsichtlich der Motordynamik ungünstig. Denn die hohe Masse eines derartigen Läuferblechpakets hat auch ein hohes Trägheitsmoment des Läufers zur Folge und verringert demzu­ folge das Beschleunigungsvermögen des Motors. Bei Läufern für Synchronmotoren ist daher bereits vorgeschlagen worden, im Bereich jedes Pols eine Ausnehmung anzuordnen, so daß eine entsprechende Anzahl von Stegen verbleibt, die den äu­ ßeren, den magnetischen Rückschluß führenden Läuferkranz auf der Nabe abstützen. Während sich bei Motoren mit nied­ riger Polzahl hierdurch eine deutliche Reduzierung der Läu­ fermasse erreichen läßt, erhöht sich die Stegzahl bei Moto­ ren mit einer großen Polzahl so stark, daß aufgrund der aus Stabilitätsgründen erforderlichen Mindeststärke der Stege die verbleibenden Ausnehmungen nur einen unbedeutenden Querschnitt annehmen können. Daher läßt sich das Trägheits­ moment bei Läufern mit hoher Polzahl gegenüber Läufern mit voll ausgeführten Läuferblechen kaum reduzieren, so daß ab einer gewissen Polzahl das Beschleunigungsvermögen sehr schlecht wird.

Aus diesem Nachteil vorbekannter Anordnungen resultiert das der Erfindung zugrundeliegende Problem, einen Synchronmotor mit einem Innenläufer zu finden, bei dem der Läuferradius derart vergrößert ist, daß die Polzahl bei gegenüber her­ kömmlichen Elektromotoren der selben Leistungsklasse etwa konstant gehaltener Polteilung auf mindestens acht, vor­ zugsweise vierundzwanzig erhöht ist, und bei dem innerhalb der äußeren, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bildenden Läuferschicht ein ringförmiger Hohlraum angeord­ net ist, der von radial verlaufenden, mit der Nabe verbun­ denen Stegen in mehrere Segmente unterteilt ist, und dessen Beschleunigungsvermögen möglichst gut sein soll, ohne die Stabilität des Läufers einerseits zu schwächen und das max­ imal erreichbare Motordrehmoment andererseits zu beein­ trächtigen.

Die Lösung dieses Problems gelingt bei einem gattungs­ gemäßen Synchronmotor dadurch, daß die Polzahl p und die Stegzahl s folgende Bedingung erfüllen:

p = n _* s, wobei n = 2, 3, 4, . . .

und daß die Dicke der äußeren, den Hauptteil des magneti­ schen Rückschlusses bildenden Läuferschicht sich in dem Be­ reich zwischen zwei benachbarten Stegen periodisch ändert mit einer Periode, die der Polteilung entspricht. Die Er­ findung macht demzufolge Gebrauch von zwei unterschiedli­ chen Merkmalen: Einerseits wird die Stegzahl insgesamt re­ duziert, indem nicht mehr jedem Pol, sondern je nach Aus­ führungsform nur jedem zweiten, dritten oder vierten Pol ein Steg zugeordnet ist. Zwischen zwei benachbarten Stegen ist der äußere Läuferkranz dagegen freitragend ausgebildet. Hierdurch kann bereits eine beträchtliche Menge des Magnet­ werkstoffs eingespart werden, so daß die Masse des Läufers in einem ersten Schritt deutlich reduziert ist. Darüber hinaus ist aber auch dem inneren Umfangsrand der äußeren Läuferschicht ein variables Profil verliehen, so daß sich in Zusammenwirken mit dem nahezu kreisförmigen, äußeren Um­ fangsrand eine variierende Dicke der äußeren Läuferschicht ergibt. Mit Hilfe dieser zweiten Maßnahme erzielt die Er­ findung einen optimalen Kompromiß zwischen dem für einen vollwertigen, magnetischen Rückschluß absolut notwendigen Querschnitt des Läuferkranzes einerseits und der Forderung nach möglichst großen Ausnehmungen im Bereich der Stege an­ dererseits.

Es hat sich als günstig erwiesen, daß die Dicke der äuße­ ren, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bildenden Schicht des Läufers etwa proportional zur Feldstärke des Magnetfeld in den betreffenden Bereich des Läufermantels ist. Dieses Merkmal gibt einen groben Anhaltspunkt dafür, wo die Maxima und Minima der periodisch variierenden Dicke der äußeren Läuferschicht anzuordnen sind.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Dicke der äuße­ ren, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bildenden Schicht des Läufers sich etwa sinusförmig ändert. Eine Si­ nusfunktion weist einen zwischen Maxima und Minima stetig schwankenden sowie glatten Verlauf auf und bildet demzu­ folge einen möglichen Verlauf, der dem erfindungsgemäßen Idealverlauf recht nahe liegt.

Eine günstige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß auf der Mantel fläche des Läufers permanentmagnetische Plättchen aufgesetzt sind. Besonders gut geeignet für die Anwendung des erfindungsgemäßen Bemessungsprinzips sind durch Permanentmagnete erregte Synchronmotoren.

Eine vorteilhafte Weiterbildung erfährt die Erfindung da­ durch, daß die Maxima der Dicke der äußeren, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bildenden Schicht des Läu­ fers etwa mittig zwischen zwei benachbarten Magnetplättchen liegen.

Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, daß die Minima der Dicke der äußeren, den Hauptteil des magnetis­ chen Rückschlusses bildenden Schicht des Läufers etwa mit­ tig unterhalb je eines Magnetplättchens liegen. Hier ist die Magnetfeldstärke äußerst gering, so daß der Verlauf der inneren Umrandung der äußeren Läuferschicht in diesen Bere­ ichen weniger durch die Magnetfeldstärke, als durch die An­ forderungen an die mechanische Stabilität vorgegeben sind.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der vorliegenden Beschrei­ bung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Reihe von linearen Zuschnitten für Stän­ derbleche von elektrischen Rotationsmaschinen gem. der Erfindung,

Fig. 2 einen zu einem scheibenförmigen Kranz gebogenen Zu­ schnitt für ein Ständerblech gem. Fig. 1 mit zusam­ mengefügter Naht,

Fig. 3 eine Reihe von linearen Zuschnitten für die Um­ fangskränze von Läuferblechen permanent erregter Synchronmotoren in abgebrochener Darstellung,

Fig. 4 einen abgebrochenen Teil eines zu einem Kranz gebo­ genen Zuschnitts gem. Fig. 3 sowie

Fig. 5 ein Magnetblech für den Innenläufer eines erfind­ ungsgemäßen Synchronmotors.

In den Fig. 1 und 2 sind verschiedene Stadien des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Ständerblechs dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Dyna­ moblech 1, dessen Grundfläche in der Zeichenebene liegt. Aus diesem Dynamoblech 1 werden mehrere Blechstreifen 2 von der aufgezeichneten Form ausgestanzt. Jeder Blechstreifen 2 besteht aus einem Basisstreifen 3, von dem in gleichblei­ benden Abständen Zähne 4 lotrecht auskragen. Zwischen den Zähnen 4 entstehen dadurch querschnittlich etwa rechtec­ kige, an drei Seiten von dem zugeordneten Blechstreifen 2 umschlossene, nutartige Ausnehmungen 5.

Die Zähne 4 sind an ihrem freien Ende mit polschuhartig verbreiterten Köpfen 6 versehen. Die querschnittlich erwei­ terten Köpfe 6 sind dennoch nicht breiter als die nutarti­ gen Ausnehmungen 5 im Bereich des Basisbandes 3. Aus diesem Grund ist es möglich, zwei identische Blechstreifen 2 mit reißverschlußartig ineinandergreifenden Zähnen 4 auf dem Dynamoblech 1 anzuordnen. Hierbei sind die Zähne 4 eines Blechstreifens 2 so weit als möglich in die nutförmigen Ausnehmungen 5 eines benachbarten Streifens 2 eingeschoben, so daß sich nur ein äußerst geringer, in Fig. 1 schraffiert dargestellter Verschnitt 7 ergibt.

Andererseits ist die den Zähnen 4 gegenüberliegende Längs­ seite 8 jedes der Blechstreifen 2 etwa zick-zack-förmig ausgebildet mit einer Breite der Zacken 9, die nahezu dem Abstand der Mittelachsen zweier benachbarter Zähne 4 ent­ spricht. Hierbei sind die nach außen vorspringenden Zacken 9 eines Streifens 2 jeweils einer nutförmigen Ausnehmung 5 genau gegenüberliegend angeordnet.

Auf diese Art kann mit Hilfe der zackenartigen Erweiterun­ gen 9 auch im Bereich des Grundes 10 der nutförmigen Aus­ nehmungen 5 ein etwa konstanter Querschnitt des Bandes 3 aufrecht erhalten werden. Denn die Vertiefungen 5 sind in­ folge einer hohlkehlartigen Ausbildung des Nutgrundes 10 im Bereich ihrer Mittelachse tiefer als im Bereich der Zahn­ flanken 11. Infolge der gleichseitigen Form der Zacken 9 ist es möglich, auch an der den Zähnen 4 gegenüberliegenden Längsseite 8 eines Streifens 2 einen benachbarten Streifen 2 mit dessen Längsseite 8 ineinander verzahnt auf dem Dy­ namoblech 1 anzuordnen, so daß der Verschnitt im Bereich der Stanzlinie 8 zu null wird. Abgesehen von randseitigen Effekten tritt demnach beim Ausstanzen der linearen Blech­ streifen-Zuschnitte 2 aus dem Dynamoblech 1 nur der Ver­ schnitt 7 auf, der im Verhältnis zu dem bisherigen Ver­ fahren des Ausstanzens fertigen Ronden um ein Vielfaches reduziert ist. Durch die Zahnung der Stanzlinie 8 kann die auf der Blechbahn 1 benötigte Breite des Blechstreifenzu­ schnitts 2 vermindert werden, ohne den Querschnitt des Ba­ sisbandes 3 an irgendeiner Stelle übermäßig zu schmälern.

Nach dem Ausstanzen der einzelnen Blechstreifen 2 aus dem Dynamoblech 1 werden diese zu kranzförmigen Ständerblechen oder -ronden 12 gebogen, wie in Fig. 2 dargestellt. Um ein Ständerblech 12 zu erhalten, bei dem die Zähne 4 nach innen gerichtet sind, werden die Blechstreifen 2 derart gebogen, daß sich die Zahnköpfe 6 einander annähern. Da die quer­ schnittliche Breite des Blechstreifens 2 im Bereich der Zähne 4 etwa viermal so groß ist wie im Bereich der nutför­ migen Vertiefungen 5, ist die Biegung im Bereich der Zähne 4 verhältnismäßig gering gegenüber der Biegung im Bereich der Vertiefungen 5. Die in Fig. 2 dargestellte Form wird demnach dadurch erreicht, daß das zunächst linear abgewick­ elte Blechband 2 an diskreten Stellen im Bereich des Grun­ des 10 der Vertiefungen 5 gebogen wird. Die Achsen, um die der Blechstreifen 2 dabei gebogen wird, verlaufen lotrecht zur Grundfläche des Blechstreifens 2, so daß keine Wölbung auf dessen Grundebene heraus auftritt. Dies hat zur Folge, daß die Ständerbleche 12 wie bei üblichen Ronden zur Bil­ dung des Statorpakets aufeinandergeschichtet werden können.

Durch die Summe sämtlicher Biegungen schließt sich das zunächst linear gestreckte Blechband 2 zu einem vollständi­ gen Kreisring, wie in Fig. 2 zu sehen. In ihrem Berührungs­ bereich 13 werden die beiden Enden 14 des ursprünglich lin­ earen Blechstreifens 2 zusammengeschweißt, um dem Stän­ derblech 12 ein Maximum an Stabilität zu verleihen. Da die beiden Enden 14 hierbei in ein und derselben Ebene liegen, handelt es sich um eine Stumpfnaht. Um eine größere Anzahl von Blechen flächig aufeinanderschichten zu können, sollte zweckmäßig der sich im Bereich der Stumpfnaht aus der Blechebene hervorwölbende Schweißwerkstoff mit einer Feile oder einem ähnlichen Werkzeug entfernt werden. Es ist je­ doch auch denkbar, die beiden Enden 14 durch Elek­ troschweißen miteinander zu verbinden, so daß eine Nach­ bearbeitung entfallen kann oder allenfalls ein Entgraten notwendig ist.

Wie Fig. 2 weiter zeigt, haben sich infolge des Biegevor­ gangs die Zahnköpfe 6 einander angenähert, und die ur­ sprünglich parallelen Zahnflanken 11 konvergieren nun zum Mittelpunkt des Ständerblechs 12 hin, so daß die dazwischen verbleibenden, etwa nutförmigen Ausnehmungen 5 die für Ständerbleche typische, keulenförmige, sich nach außen querschnittlich erweiternde Form annehmen. Damit die einzu­ legenden Wicklungen optimal in die Ausnehmungen 5 einge­ preßt werden können, ist deren Grund 10 zur Peripherie 15 des Kreisrings 12 zu ausgebaucht.

Der äußere Umfangsrand 15 des Ständerblechs 12 ist infolge der gewellten Berandungslinie 8 der zunächst geradlinigen Blechstreifen 2 mit periodischen Ausbauchungen 16 versehen, welche einen etwa konstanten Abstand zu dem Grund 10 der Vertiefungen 5 aufweisen. Das Basisband 3 hat demzufolge über den gesamten Umfang 15 des Ständers 12 einen etwa kon­ stanten Querschnitt.

Andererseits ist es trotz der Wölbungen 16 bei Anwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren möglich, zwei mit ihren Längsseiten 8 einander zugekehrte Blechstreifen 2 ohne zusätzlichen Verschnitt aus einem Dynamoblech 1 auszustanzen. Ein weiterer Vorteil des gewellten Umfangs 15 des Ständerblechs 12 liegt darin, daß nach dem Einpressen eines derartigen Ständerblechs 12 in die entsprechend pro­ filierte Mantelfläche eines Motorgehäuses eine gegenseitige Verdrehung nicht mehr möglich ist und demzufolge auch bei starken Motoren mit hohem Drehmoment keine extreme Preßpas­ sung erforderlich ist wie beim Stand der Technik, wo die Drehmomentübertragung vor allem durch Reibschluß erfolgt.

Dies hat neben einem vereinfachten Zusammenbau eines derar­ tigen Elektromotors den weiteren Vorteil, daß aufgrund der weitaus geringeren Reibung zwischen Ständerblechpaket und Gehäuse bspw. im Fall einer Beschädigung ein nachträglicher Austausch des Ständerblechpakets eines Elektromotors mög­ lich ist, so daß in vielen Fällen, in denen Elektromotoren mit einer defekten Ständerwicklung bisher als irreparabel zum Schrott gegeben werden mußten, nun eine kostengünstige Reparatur möglich ist.

In Fig. 3 ist ein anderer ebener Ausschnitt aus dem Dy­ namoblech 1 gezeichnet, auf dem die Umrisse von Zuschnitten 17 eingezeichnet sind, die nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren zu Läuferblechen für einen mittels Permanentmagneten erregten Synchronmotor verarbeitet werden sollen. Jeder Blechstreifen 17 besteht aus einem Basisband 18, an dessen einer Längsseite in regelmäßigen Abständen kleine, rechteckige Erhebungen 19 angeformt sind. Zwischen je zwei benachbarten Erhebungen 19 verbleibt demnach eine flache Vertiefung 20 zur Aufnahme eines Permanentmagnetplättchens.

Da die Breite der Vertiefungen 20 größer ist als die Breite der Erhebungen 19, lassen sich je zwei Blechstreifen 17 mit ineinandergreifenden Erhebungen 19 und Vertiefungen 20 auf dem Dynamoblech 1 anordnen. Dies hat den Vorteil, daß der Verschnitt auf die kleinen, in Fig. 3 schraffiert dargestellten Rechtecke 21 beschränkt und daher sehr klein im Vergleich zu herkömmlichen Ronden bei der Läuferherstel­ lung ist.

Die Blechstreifen 17 bilden im fertig gebogenen Zustand den außenliegenden Kranz 22 eines Synchronmotor-Läuferblechs, wie er in Fig. 4 abgebrochen wiedergegeben ist. Man er­ kennt, daß auch die Blechstreifen 17 an diskreten Stellen gebogen werden, nämlich jeweils unterhalb einer der Erhe­ bungen 19. Um bei diesem Biegevorgang die mechanischen Spannungen auf ein verträgliches Maß reduzieren zu können, sind an den betreffenden Stellen 23 Biegekerben 24 vorgese­ hen, die in Fig. 3 als schraffierte Rauten zu erkennen sind. Der gesamte Verschnitt auf dem Dynamoblech 1 besteht demnach - von Randeffekten abgesehen - aus den schraf­ fierten Rechtecken 21 und den schraffierten Rauten 24.

Nach Durchführung sämtlicher Biegungen 23 schließt sich das zunächst linear gestreckte Läuferblech 17 zu einem Kreis­ ring 22, dessen Erhebungen 19 radial nach außen weisen. Zur mechanischen Stabilisierung dieses Kreisrings auf der Läu­ ferwelle kann dieser Kreisring nun auf einer konzen­ trischen, innenliegenden Stützronde befestigt werden, wel­ che von einer inneren, kreisringförmigen Nabe sternförmig nach außen ragende Stege aufweist. Da bei permanent erreg­ ten Synchronmotoren der läuferseitige, magnetische Rück­ schluß nahezu ausschließlich über den äußeren Kranz 22 er­ folgt, kann die innenliegende Stützronde auch aus nichtmagnetischem und dadurch eventuell preisgünstigerem Werkstoff gefertigt sein. Die Verbindung des Kreisrings 22 mit der Stützronde kann je nach Werkstoff derselben durch Schweißen, Löten oder Kleben erfolgen.

Eine andere Möglichkeit zur Führung des Kreisrings 22 auf der Läuferwelle besteht darin, auf dieser einen massiven Tragstern anzubringen, dessen axiale Länge der Läuferlänge entspricht, und die Läuferbleche 22 auf diesen Tragstern auf zupressen. Dies ist ein höchst effizientes Verfahren, da ein solcher Tragstern aus einem geeigneten Werkstoff gegos­ sen werden kann, so daß auch hierfür kein Werkstoff vergeu­ det wird. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung kann darin bestehen, daß der Läuferstern aus Aluminium gegossen wird, welches aufgrund seines geringen Gewichts das Träg­ heitsmoment des Läufers erheblich reduziert.

Fig. 5 zeigt einen Innenläufer 25 für einen Synchronmotor, der einen inneren Nabenring 26 mit einer zentralen Aus­ nehmung 27 zum Aufschieben auf eine Läuferwelle aufweist. In der Ausnehmung 27 befindet sich eine rechteckige Erwei­ terung 28 zur Aufnahme eines Keils. Von dem Nabenring 26 kragen acht Stege 29 sternartig aus und tragen einen äuße­ ren Kranz 30, der die eigentliche Mantelfläche des Läufers 25 bildet.

Über den Umfang 31 der Ronde 25 verteilt sind nach außen gerichtete Erhebungen 32 angeordnet, zwischen denen flache Vertiefungen 33 verbleiben. Die Vertiefungen 33 bilden in dem durch aufeinanderschichten einer Vielzahl von Läufer­ blechen 25 gebildeten Läufer längliche, achsparallele Ver­ tiefungen zur Aufnahme je eines Permanentmagnetplättchens 34. Bei der Ronde 25 nach Fig. 5 werden insgesamt vierund­ zwanzig Magnetplättchen 34 benötigt. Es sind demnach drei­ mal so viele Magnetplättchen 34 vorhanden wie Stege 29. Die Stege 29 sind so angeordnet, daß sie jeweils genau unter­ halb einer der Erhebungen 32 verlaufen. Zwischen zwei be­ nachbarten Stegen 29 sind demnach drei Vertiefungen 33 vor­ handen.

Die Magnetplättchen 34 sind so aufmagnetisiert, daß die ma­ gnetischen Zentren oder Pole sich etwa mittig auf den bei­ den flächigen Seiten gegenüberliegen. Weiterhin sind die Magnetplättchen 34 so gedreht, daß entlang der Mantelfläche des fertigen Läufers jeweils ein magnetischer Nordpol mit einem magnetischen Südpol abwechselt. Demzufolge bildet sich der magnetische Rückschluß ausschließlich zwischen be­ nachbarten Magentplättchen 34 aus, so daß zwischen zwei benachbarten Magnetplättchen 34 ein sehr starkes Magnetfeld erzeugt wird, wogegen das Magnetfeld etwa mittig unter ei­ nem Plättchen 34 zum Läufermittelpunkt 35 hin schnell ab­ nimmt, da die Feldlinien in diesem Bereich unverzüglich in Richtung auf die benachbarten Plättchen 34 hin abbiegen.

Der innere Verlauf 36 des äußeren Kranzes 30 zwischen je zwei benachbarten Stegen 29 trägt dieser speziellen Form des Magnetfeldes Rechnung, indem der Querschnitt des Kreis­ rings 30 als Funktion des Umfangswinkels variiert. Während etwa mittig unterhalb der die Magnetplättchen 34 aufnehmen­ den Vertiefungen 33 der Querschnitt 37 des Kreisrings 30 äußerst gering und im Grunde genommen nur durch die mecha­ nische Stabilität der Ronde 25 bedingt ist, ist der Quer­ schnitt 38 in den Bereichen der Erhebungen 32 um ein Viel­ faches erhöht, um einen querschnittlich ausreichenden Fluß­ pfad zur Ausbildung des Magnetfeldes zwischen zwei benach­ barten Magnetplättchen 34 zur Verfügung zu stellen.

Insgesamt weist die innere Berandung 36 des äußeren Läufer­ kranzes 30 einen abgerundeten Verlauf auf, der infolge der ständig aufeinanderfolgenden Querschnittsmaxima 38 und -mi­ nima 37 etwa sinusförmig ist. Infolge der erfinderischen Merkmale - verringerte Anzahl der Stege 29 einerseits, etwa sinusförmiger Verlauf der inneren Berandung 36 des Läufer­ kranzes 30 andererseits - ist es möglich, die Masse der Ronde 25 auf das absolute Minimum zu reduzieren, ohne den magnetischen Rückschluß insbesondere im Bereich zwischen benachbarten Magnetplättchen 34 zu schwächen.

Die Ronde 25 eignet sich zur Herstellung für das eingangs beschriebene Verfahren, wobei auch hier zwei je einen Kreisring 30 bildende Blechstreifen in linear abgewickeltem Zustand derart versetzt angeordnet werden können, daß die je eine innere Berandung 36 bildenden Längsseiten zweier nebeneinander angeordneter Blechstreifen nahtlos ineinan­ dergreifen und demzufolge kein zusätzlicher Verschnitt auf­ tritt.

Claims (24)

1. Verfahren zur Herstellung von Ständer- oder Läuferblechen elektrischer Rotations- oder Linear­ maschinen, deren Ständer oder Läufer über den Luftspalt verteilte Nuten oder Aussparungen (5, 20) zur Aufnahme von Wicklungen, Stäben oder Permanentmag­ neten sowie zwischen diesen befindliche Vorsprünge (4, 19) aufweisen, wobei der den Luftspalt begrenzende und den magnetischen Rückschluß führende Teil (12, 22) des Ständers und/oder Läufers als linear abgewickeltes Band (2, 17) aus einer Blechbahn (1) herausgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei lineare Bänder (2, 17) aus der Blechbahn (1) nebeneinander verlaufend mit jeweils einem Profil herausgetrennt werden, bei dem die Vorsprünge (4, 19) des einen Bandes (2, 17) innerhalb den Aussparungen (5, 20) des benachbarten liegen.

2. Verfahren zur Herstellung von Ständer- oder Läuferblechen elektrischer Rotationsmaschinen, ins­ besondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Luftspalt begrenzende und den magnetischen Rückschluß führende Teil (12, 22) des Ständers und/oder Läufers als linear abgewickeltes Band (2, 17) aus einer Blechbahn (1) herausgetrennt und in die gewünschte Form gebogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Motoren- oder Generatorenblechen (12), die auf der dem Luftspalt abgewandten Seite oder Berandung (8) gewellt und/oder gezackt verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei lineare Bänder (2, 17) aus der Blechbahn (1) nebeneinander verlaufend mit jeweils einem Profil herausgetrennt werden, bei dem die Zacken oder Wölbungen (9) eines Bandes (2) die Wellentäler oder Zackenlücken des benachbarten ineinanderliegen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das lineare Band (2, 17) aus der Blechbahn (1) ausgestanzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das zunächst lineare Band (2, 17) um lotrecht zu seiner Grundfläche verlaufende Achsen gebogen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das zunächst lineare Band (2, 17) an diskreten Stellen (23) gebogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegungen (23) durch Einkerbungen (24) des li­ nearen Bandes (17) erleichtert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkerbungen (24) sich an derjenigen Seite des li­ nearen Bandes (17) befinden, das nach dem Biegevorgang dem Luftspalt abgewandt ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die diskreten Biegestellen (23) in gleichmäßigen Abständen über die Länge des Bandes (2, 17) verteilt sind.

10. Verfahren nach Anspruch 9 zur Herstellung von Motoren- oder Generatorenblechen (12, 22) mit gleichmäßig über den Luftspalt verteilten Aussparungen (5, 20) zur Auf­ nahme von Wicklungen, Stäben oder Permanentmagneten, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Biegestel­ len (23) der Anzahl der Aussparungen (5, 20) ent­ spricht.

11. Verfahren nach Anspruch 10 zur Herstellung von Moto­ ren- oder Generatorenblechen (22) mit Aussparungen (20) zur Aufnahme von Permanentmagneten, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Biegestellen (23) jeweils etwa mittig zwischen zwei benachbarten Aussparungen (20) angeordnet sind.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von Ständer- oder Läuferblechen von elek­ trischen Rotationsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß das zunächst lineare Band (2, 17) zu einem Kranz (12, 22) gebogen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden (14) des zu einem Kranz (12) ge­ bogenen Bandes (2) an ihrer Nahtstelle (13) zusammen­ gefügt, vorzugsweise zusammengeschweißt oder -gelötet werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13 zur Her­ stellung eines Läuferblechs, dadurch gekennzeichnet, daß der fertige Kranz (22) mit einem inneren, konzentrischen Stützblech verbunden wird, das eine Ausnehmung zum Durchtritt der Motorwelle aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützblech einen inneren Nabenteil und von diesem sternförmig nach außen ragende Stege aufweist, deren äußere Enden mit dem Kranz (22) verschweißt oder verlötet werden.

16. Ständer- oder Läuferblech von elektrischen Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Luftspalt abge­ wandte Berandung (15) der den Luftspalt begrenzenden, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bildenden Schicht (12) des Blechs einen gewellten und/oder ge­ zackten Verlauf aufweist.

17. Ständer- oder Läuferblech nach Anspruch 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dem Luftspalt abgewandte Be­ randung (15) der den Luftspalt begrenzenden, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bildenden Schicht (12) des Blechs einen periodischen Verlauf aufweist.

18. Ständer- oder Läuferblech nach Anspruch 17 für Ro­ tationsmaschinen mit gleichmäßig über den Luftspalt verteilten Aussparungen (5) zur Aufnahme von Wicklun­ gen, Stäben oder Permanentmagneten, sowie mit zwischen diesen befindlichen Vorsprüngen (4), dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den Luftspalt begrenzende, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bildende Schicht (12) des Blechs etwa die Form eines Kreisrings aufweist, der an seiner dem Luftspalt abgewandten Seite einen etwa periodischen Verlauf der Berandung (15) aufweist mit einer Periode, die dem Umfang (15) des Kreisrings an seiner dem Luftspalt abgewandten Seite geteilt durch die Anzahl der Aussparungen (5) in der dem Luftspalt zugewandten Seite entspricht.

19. Synchronmotor mit einem Innenläufer, dessen Radius derart vergrößert ist, daß die Polzahl p bei gegenüber herkömmlichen Elektromotoren der selben Leistungs­ klasse etwa konstant gehaltener Polteilung auf minde­ stens acht, vorzugsweise vierundzwanzig erhöht ist, und bei dem innerhalb der äußeren, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bildenden Läuferschicht (30) ein ringförmiger Hohlraum angeordnet ist, der von radial verlaufenden, mit der Nabe (26) verbundenen Stegen (29) in mehrere Segmente unterteilt ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Polzahl p und die Steg­ zahl s folgende Bedingung erfüllen: p = n _* s, wobei n = 2, 3, 4, . . .und daß die Dicke (37, 38) der äußeren, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bildenden Läuferschicht (30) sich in dem Bereich zwischen zwei benachbarten Stegen (29) periodisch ändert mit einer Periode, die der Polteilung entspricht.

20. Synchronmotor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dicke (37, 38) der äußeren, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bildenden Schicht (30) des Läufers (25) etwa proportional zur Feldstärke des Magnetfelds in dem betreffenden Bereich des Läuferman­ tels (30) ist.

21. Synchronmotor nach Anspruch 19 oder 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dicke (37, 38) der äußeren, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bildenden Schicht (30) des Läufers (25) sich etwa sinusförmig ändert.

22. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 19 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß auf der Mantelfläche (31) des Läufers (25) permanentmagnetische Plättchen (34) aufgesetzt sind.

23. Synchronmotor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich­ net, daß die Maxima (38) der Dicke der äußeren, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bildenden Schicht (30) des Läufers (25) etwa mittig zwischen zwei benachbarten Magnetplättchen (34) liegen.

24. Synchronmotor nach Anspruch 22 oder 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Minima (37) der Dicke der äuße­ ren, den Hauptteil des magnetischen Rückschlusses bil­ denden Schicht (30) des Läufers (25) etwa mittig un­ terhalb je eines Magnetplättchens (34) liegen.