(57)【要約】  本発明は、電気機器の電磁エレメントを曲げ変形加工するための製造装置であって、電磁ユニットが、曲げ変形加工された積層板ユニット（５）から形成されている形式のものに関する。このような形式の製造装置において本発明の構成では、積層板ユニット（５）を曲げ変形加工するための第１の装置（１０）と、予め曲げられた積層板ユニット（５）を仕上げ変形加工するための第２の装置（２５）とが設けられており、該第２の装置（２５）が、積層板ユニット（５）を軸方向で固定及びプレスするための第１の構成グループ（２９）と、積層板ユニット（５）を半径方向でセンタリング及びプレスするための第２の構成グループ（２８）とを有している。
2008523774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器の電磁エレメントを曲げ変形加工するための製造装置であって、電磁ユニットが、曲げ変形加工された積層板ユニット（５）から形成されている形式のものにおいて、積層板ユニット（５）を曲げ変形加工するための第１の装置（１０）と、予め曲げられた積層板ユニット（５）を仕上げ変形加工するための第２の装置（２５）とが設けられており、該第２の装置（２５）が、積層板ユニット（５）を軸方向で固定及びプレスするための第１の構成グループ（２９）と、積層板ユニット（５）を半径方向でセンタリング及びプレスするための第２の構成グループ（２８）とを有していることを特徴とする、電気機器の電磁エレメントを曲げ変形加工するための製造装置。
【請求項２】
第１の装置（１０）が曲げ心棒（１１）を有していて、該曲げ心棒（１１）を中心にして積層板ユニット（５）が曲げ可能であり、曲げ心棒（１１）が、完全に曲げられた電磁エレメントの内径に相当するよりも大きな外径を有している、請求項１記載の製造装置。
【請求項３】
曲げ心棒（１１）がその周囲に沿って、少なくとも部分的に半径方向の隆起部（１３）を有している、請求項１又は２記載の製造装置。
【請求項４】
曲げ心棒（１１）が少なくとも１つの軸方向に延びる溝（１２）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の製造装置。
【請求項５】
第１の装置（１０）が圧着ユニット（１５）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の製造装置。
【請求項６】
圧着ユニット（１５）が曲げローラとして形成されている、請求項５記載の製造装置。
【請求項７】
圧着ユニット（１５）が２５ｍｍよりも大きな直径を有している、請求項６記載の製造装置。
【請求項８】
圧着ユニット（１５）が、ほぼ無限に大きな直径を有している、請求項５から７までのいずれか１項記載の製造装置。
【請求項９】
圧着ユニット（１５）が圧着条片として形成されている、請求項８記載の製造装置。
【請求項１０】
圧着ユニット（１５）が、積層板ユニット（５）に向けられた側（１６）に、歯を付けられた又は波形の輪郭を有している、請求項５から９までのいずれか１項記載の製造装置。
【請求項１１】
圧着ユニット（１５）が押圧ローラ（１９）を用いてドラッグされて駆動可能である、請求項９又は１０記載の製造装置。
【請求項１２】
圧着ユニット（１５）が、捲回ヘッドを軸方向に方向付けるため及び／又は積層板ユニット（５）を軸方向で予負荷するための付加的な装置（１７，１７′）を有している、請求項５から１１までのいずれか１項記載の製造装置。
【請求項１３】
第２の装置（２）の１部分が、第１の装置（１０）と第２の装置（２５）との間における予め曲げられた積層板ユニット（５）の引渡し工具として設けられている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の製造装置。
【請求項１４】
第２の装置（２５）が、積層板ユニット（５）の突き合わせられた自由端部を材料結合式に接合するために、予め曲げられた積層板ユニット（５）を緊締するための緊締装置（２８，２９）を有している、請求項１から１３までのいずれか１項記載の製造装置。
【請求項１５】
第２の装置（２５）が、完全に曲げられた積層板ユニット（５）の内径に相当する直径を備えた溶接心棒（２７）を有している、請求項１から１４までのいずれか１項記載の製造装置。
【請求項１６】
溶接心棒（２７）がその外周部に、完全に曲げられた積層板ユニット（５）の溝開口（１，４８）と対応する半径方向の隆起部を有している、請求項１５記載の製造装置。
【請求項１７】
第２の装置（２５）が、予め曲げられた積層板ユニット（５）を溶接心棒（２７）に半径方向で圧着させるためのセグメント（２８）を備えた構成グループを有している、請求項１５又は１６記載の製造装置。
【請求項１８】
セグメント（２８）が少なくとも２つのグループ（２８．１，２８．２）に分けられている、請求項１７記載の製造装置。
【請求項１９】
セグメント（２８）の各グループ（２８．１，２８．２）が、完全に曲げられた積層板ユニット（５）の外径で見て、１８０°よりも小さな角度範囲にわたって延在している、請求項１７又は１８記載の製造装置。
【請求項２０】
セグメント（２８）が、互いに対して滑り合う各２つのくさびから形成されている、請求項１５から１７までのいずれか１項記載の製造装置。
【請求項２１】
第２の装置（２５）が、完全に曲げられた積層板ユニット（５）を軸方向でセンタリング及びプレスするための構成グループ（２９）を有しており、両方の端面に対する軸方向力が、完全に曲げられた積層板ユニット（５）の内径及び外径において導入可能である、請求項１から２０までのいずれか１項記載の製造装置。
【請求項２２】
電気機器の電磁エレメントを曲げ変形加工するための装置であって、電磁エレメントが積層板ユニット（５）から形成されており、曲げ心棒（１１）が設けられていて、該曲げ心棒（１１）を中心にして積層板ユニット（５）が曲げ可能であり、さらに圧着ユニット（１５）が設けられていて、該圧着ユニット（１５）を用いて積層板ユニット（５）が曲げ心棒（１１）に少なくとも局部的に圧着可能である形式のものにおいて、曲げ心棒（１１）が、電磁エレメントの内径に比べて大きな直径を有していることを特徴とする、電気機器の電磁エレメントを曲げ変形加工するための装置。
【請求項２３】
圧着ユニット（１５）が曲げローラとして形成されている、請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
圧着ユニット（１５）が少なくとも２５ｍｍの直径を有している、請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
圧着ユニット（１５）が曲げ工程のために真っ直ぐな区分を有している、請求項２３又は２４記載の装置。
【請求項２６】
圧着ユニット（１５）が圧着条片として形成されている、請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
圧着ユニット（１５）を圧着させるための押圧ローラ（１９）が設けられている、請求項２２から２６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２８】
電気機器の電磁エレメントを仕上げ変形するための装置であって、電磁ユニットが、曲げ変形加工された積層板ユニット（５）から形成されている形式のものにおいて、積層板ユニットを軸方向でセンタリング及びプレスするための少なくとも１つの第１の構成グループ（２９）と、積層板ユニット（５）を半径方向でセンタリング及びプレスするための第２の構成グループ（２８）とが設けられていることを特徴とする、電気機器の電磁エレメントを仕上げ変形するための装置。
【請求項２９】
予め曲げられた積層板ユニット（５）を第１の装置（１０）から少なくとも第１及び／又は第２の構成グループ（２８，２９）に引き渡すための引渡し工具が設けられている、請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
材料結合式の接合のために、曲げられた積層板ユニット（５）を緊締する緊締装置（２８，２９）が設けられている、請求項２８又は２９記載の装置。
【請求項３１】
緊締装置が溶接心棒（２７）と、該溶接心棒（２７）に予め曲げられた積層板ユニット（５）を半径方向で圧着させるための、溶接心棒（２７）の周囲に設けられたセグメント（２８）とを、有している、請求項３０記載の装置。
【請求項３２】
セグメント（２８）が少なくとも２つのグループ（２８．１，２８．２）に分割されていて、これらのグループ（２８．１，２８．２）がそれぞれ、完全に曲げられた積層板ユニット（５）の外径で見て１８０°よりも小さな角度範囲にわたって延在している、請求項３１記載の装置。
【請求項３３】
請求項１から２１までのいずれか１項記載の製造装置を用いて電磁エレメントを製造する方法であって、ほぼ直方体形状の積層板ユニット（５）内に、オーバハングコイルを備えた巻線を挿入し、積層板ユニット（５）を第１の装置（１０）において丸く曲げ、この際に積層板ユニット（５）がその積層板ユニット端部で間隙を形成するようにし、オーバハング巻線のオーバハングコイルを、一方の積層板ユニット端部から他方の積層板ユニット端部の溝内に挿入し、予め曲げられた積層板ユニット（５）を、仕上げ変形のために第２の装置（２５）に引き渡すことを特徴とする、製造装置を用いて電磁エレメントを製造する方法。
【請求項３４】
積層板ユニット（５）を第２の装置（２５）において仕上げ変形し、積層板ユニット（５）の両端部を互いに接合する、請求項３３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、独立請求項の上位概念部に記載された形式の、電気機器用の電磁エレメントを製造する製造装置及び方法に関する。
【０００２】
ＷＯ０１／５４２５４Ａ１には、自動車用の高出力ジェネレータとして使用される電気機器のステータのために、複数の条片状の積層板をまとめて、ほぼ直方体形状の積層板ユニットを形成し、この積層板ユニットを丸曲げによって，中空円筒形の形状に変形し、そして両端部を例えば溶接によって材料結合式に互いに結合することが開示されている。この加工は、両端部の形状結合式の結合部の製造が良好にできればできるほど、より良好になる。さらに、このように形成されたステータのステータ孔においては可能な限り良好な真円度を、得ることができる。真円度が高ければ高いほど、機器の空隙を小さく構成することができ、材料の利用が改善され、出力が改善され、さらに電気機器の騒音発生が僅かになる。
【０００３】
真円度を改善するためにＥＰ１１０９２８６Ａ２に開示された方法では、製造開始と同時に、直方体形状の積層板ユニットの両端部が少し傾けられ、この際に積層板ユニットがこの領域において所定の湾曲を有するようにし、その後で初めて、積層板ユニット全体が中空円筒形の形状に丸く曲げられるが、この際に積層板ユニットは円筒形の曲げドームを取り囲むように設置されて、外側から係合する曲げローラによって圧着される。フラットな状態において、両方の端部はなお自由に接近可能であり、極めて簡単に変形することが可能であり、そして積層板ユニットの丸曲げの後で、予め曲げられた端部は互いに向かい合って位置していて、後はただ互いに結合されるだけでよい。これによってステータの良好な真円度を得ることができる。しかしながら、少なくとも１つの巻線オーバハングを備えたコア巻線が巻成され、積層板ユニット内に挿入され、そして一方の端部に、巻線オーバハングを受容するために少なくとも１つの溝が設けられている場合には、この端部を傾斜させること及び予め曲げることは不可能である。それというのは、この領域における溝が曲げ加工時に閉鎖されてしまい、巻線オーバハングを所定の溝内に挿入することができなくなるからである。
【０００４】
さらに、電磁エレメントの製造に対する多数の要求を満たさなくてはならない。特に、不都合な巻線形式やコイル形状では、ユニット端面及びユニット中心における積層板の膨張に不均一性が発生し、このような不均一性によって、積層板ユニットの互いに接合される両端部の間隙幅が不均一になってしまい、このような不都合は、積層板が薄くて、捲回ヘッドが嵩張れば嵩張るほど、より大きくなる。
【０００５】
個々の積層板の曲げ特性が不均一であると、オーバハングコイルの挿入時に様々な問題が生じる。オーバハングコイルを備えた積層板ユニットでは、オーバハングコイルの挿入を可能にするためには、部分的に、段階的に曲げられねばならず、これによって極めて大きな非真円度が生じてしまう。
【０００６】
発明の利点
本発明は、電気機器の電磁エレメントを曲げ変形加工するための製造装置であって、電磁ユニットが、曲げ変形加工された積層板ユニットから形成されている形式のものを出発点としている。
【０００７】
このような形式の製造装置において、本発明の構成では、積層板ユニットを曲げ変形加工するための第１の装置と、予め曲げられた積層板ユニットを仕上げ変形加工するための第２の装置とが設けられており、該第２の装置が、積層板ユニットを軸方向で固定及びプレスするための第１の構成グループと、積層板ユニットを半径方向でセンタリング及びプレスするための第２の構成グループとを有している。これらの機能を、両構成グループは少なくとも短時間同時に有しているので、曲げられた積層板ユニットは少なくとも短時間同時に軸方向及び半径方向でセンタリング及びプレスされることができる。
【０００８】
有利な構成では、第１の装置が曲げ心棒を有していて、該曲げ心棒を中心にして積層板ユニットが曲げ可能であり、この円筒形の曲げ心棒が、完全に曲げられた電磁エレメントの内径に相当するよりも大きな外径を有している。コイルを挿入するための溝への接近を困難にする、本来の丸曲げ前における直方体形状の積層板ユニットの両端部における傾倒作業は、省くことができる。曲げ心棒がその周囲に沿って、少なくとも部分的に半径方向の隆起部、例えば突子を有していると、これらの隆起部もしくは突子は、積層板ユニットの歯もしくは歯先のためのストッパとして働くことができる。積層板ユニットの歯の間には、コイル線材から成る巻線を受容するための複数の溝が配置されている。ストッパとしてはこの場合、曲げ方向に向く隆起部の少なくとも１つの面が働く。これらの隆起部は、周方向において歯を固定するために働く。これによって、歯の半径方向における方向付け及び軸方向における良好な整合を保証することができる。付加的に、積層板の均一な曲げ特性が可能になり、曲げ加工時における積層板の長さの差異の形成が回避される。そして、巻線オーバハングのための挿入ポジションを確実に得ることができる。
【０００９】
有利な構成では、曲げ心棒が少なくとも１つの軸方向に延びる溝を有している。組立て中に、この溝は少なくとも１つの巻線オーバハング又は、所属の溝閉鎖体を備えた巻線オーバハングをも受容することができる。これによって、巻線オーバハングを備えた巻線を溝内に有している直方体形状の積層板ユニットの曲げ変形加工が、可能になる。巻線は、大量生産に適したようにコンパクトにかつ中断部なしに、予め製造することができる。そして巻線の導体結合のための付加的な費用もしくは手間がなくなる。
【００１０】
有利な構成では、第１の装置が圧着ユニットを有している。圧着ユニットが２５ｍｍよりも大きな直径、有利には３０ｍｍよりも大きな直径を有していると、有利である。曲げ力、ひいては積層板ユニットの延伸が減じられ、その結果、内径及び巻線オーバハングのための挿入ポジションを規定通りに得ることができる。
【００１１】
圧着ユニットが、ほぼ無限に大きな直径を有していると、曲げ変形のための圧着ユニットが真っ直ぐな区分を有することになり、有利である。そして積層板ユニットの曲げ力及び不都合な延伸をさらに強く減じることができる。内径及び巻線オーバハングの挿入ポジションは、確実にかつ最適化された状態の下で得られる。
【００１２】
有利な実施形態では、圧着ユニットが、積層板ユニットに向けられた側に、歯を付けられた又は波形の輪郭を有している。この構成は、歯を付けられた又は波形の外輪郭を有している積層板ユニットもしくは、このような積層板ユニットから形成された電磁エレメントにおいて有利である。圧着ユニットの輪郭は、少なくとも部分的に、積層板ユニットの外輪郭に進入し、この外輪郭の側面に支持される。積層板の均一な曲げ特性が助成され、曲げ加工時における積層板の長さの差異が回避される。そして、巻線オーバハングのための挿入ポジションを確実に得ることができる。積層板ユニットの軸方向長さにわたって見て、曲げ加工後に向かい合っている積層板ユニットの両端部の間において、均一な間隙幅が生ぜしめられる。
【００１３】
有利な実施形態では、圧着ユニットは押圧ローラを用いてドラッグされるように駆動可能である。圧着ユニットと押圧ローラとの共通の接触面は、滑らかな表面を有している。特に、歯を有する外輪郭を備えた積層板ユニットでは、軟らかい曲げ経過が生ぜしめられる。それというのは、押圧ローラの転動運動が積層板ユニットの歯を有する外輪郭から遮断されているからである。
【００１４】
別の有利な構成では、圧着ユニットが、捲回ヘッドもしくは巻き体ヘッド（Wickelkopf）を軸方向に方向付けるため及び／又は積層板ユニットを軸方向で予負荷するための付加的な装置を有している。軸方向における方向付けによって、Ａ側及びＢ側において、所定の捲回ヘッド高さに相応して、積層板ユニットの端面に対する捲回ヘッドの軸方向における突出を調節することができる。積層板ユニットの軸方向における予負荷（Vorspannen）によって、波打たせることなしに、例えば最大０.６５ｍｍの小さな金属薄板厚さを有する積層板ユニットをも曲げることができる。巻線の固定が、フラットな積層板ユニットでは、つまりなお開放している溝では、まず初めなお不十分であるので、積層板ユニットに対する巻線の軸方向における方向付けは、保証される。積層板ユニットはその積層板全長にわたって、軸方向で予負荷され、つまり積層板が積層方向において、押し合わされる。そして、僅かな積層板ユニット厚さにおいても積層板が曲げ加工時に、波打つこともしくは許容不能なほど金属薄板平面から変形することを、回避することができる。
【００１５】
有利なことに、直方体形状の積層板ユニットが第１の装置において、例えば積層板ユニットの端部の傾倒のような予備加工なしに、ただ１つの装置において、所定の条件下で丸曲げ加工可能である。
【００１６】
第１の装置においては、直方体形状の積層板ユニットを曲げられた積層板ユニットに丸曲げ加工のために、有利には以下に記載の方法ステップが実施可能である。直方体形状の積層板ユニットはまず初め、その第１の完全な歯が、曲げドームに向かって、周囲における２つの例えば突子のような隆起部の間に、正確に方向付けられ、そして緊締される。積層板ユニットの第１の半分の歯における第１のプランジャによって、曲げ力に抗して作用する反力、いわゆる保持力がもたらされ、積層板ユニットは圧着ローラによって逃げないように支持される。曲げ加工開始前に、巻線オーバハングがしっかりと保持される。押圧ローラはトーイン角度ポジションに合わせて調節される。積層板ユニットは、部分的に、異なった角度ポジションにおいて曲げられる。種々異なった角度ポジションにおいて、少なくとも１つの緊締ジョーを用いて、最初は直方体形状の積層板ユニットのそれぞれ曲げられる部分が、曲げドームにしっかりと緊締される。巻線オーバハングは曲げドームの溝内に挿入される。巻線オーバハングは積層板ユニットの溝内に挿入される。半径方向外側から積層板ユニットに供給される装置の緊締ジョーを用いて、積層板ユニットの両端部は曲げドームにしっかりと緊締される。この装置及びそのプランジャは、積層板ユニットの両端部の間において曲げ心棒にまで移動させられ、両端部のところにおける両半分の歯の側面に押し付けられ、両半分の歯は互いに離れる方向に拡開され、その結果両半分の歯は接線方向で変形され、そして積層板ユニットの周方向で見て第１の溝及び最後の溝である、両半分の歯に隣接した溝を、閉鎖する。予め曲げられた積層板ユニットは、仕上げ変形加工のための第２の装置に引き渡され、この第２の装置は、材料結合式の接合のための装置をも有することができる。全体としてこの方法ステップでは、積層板ユニットの曲げ加工が行われ、この積層板ユニットは両端部においても、残りの積層板ユニットにおけると同じ大きさのヨーク高さを有しており、つまり積層板ユニットは曲げ領域全体においてコンスタントなヨーク高さを有している。
【００１７】
本発明の有利な構成では、製造装置の第２の装置の１部分が、第１の装置と第２の装置との間における予め曲げられた積層板ユニットの引渡し工具として設けられている。第２の装置が、積層板ユニットの突き合わせられた自由端部を材料結合式に接合するために、完全に曲げられた積層板ユニットを緊締するための緊締装置を有していると、有利である。材料結合式の接合は有利にはレーザ溶接を用いて行われる。
【００１８】
有利な構成では、第２の装置が、完全に曲げられた積層板ユニットの内径に相当する直径を備えた溶接心棒を有している。さらに、円筒形の溶接心棒がその外周部に、完全に曲げられた積層板ユニットの溝開口と対応する半径方向の隆起部を有していると、有利である。これらの隆起部は、有利には突子として形成されている。第２の装置が、第１の装置において予め曲げられた積層板ユニットを溶接心棒に半径方向で圧着させるためのセグメントを備えた装置もしくは構成グループを有していると、有利である。このように構成されていると、積層板ユニットを溶接心棒に確実に固定することができる。
【００１９】
有利にはセグメントは少なくとも２つのグループに分けられている。付加的に、セグメントのグループは例えば力と移動距離を制御されて、様々にもしくは互いに無関係にそれぞれ独立して、駆動されることができる。
【００２０】
セグメントの各グループが、完全に曲げられた積層板ユニットの外径に関して、１８０°よりも小さな角度範囲にわたって延在していると、有利である。第１のセグメントグループの角度範囲は有利には、反対側に位置している直径側において突き合わせ縁を形成する積層体ユニットの両端部に関して、積層板ユニット両端部の間において真ん中を延びている軸線を挟んで対称的に配置されている。第２のセグメントグループ及びそれぞれ別のセグメントグループの角度範囲は、第１のセグメントグループもしくはそれぞれ先行するセグメントグループに接続していて、積層板ユニットの両端部に向かって延びており、この場合角度範囲は、積層板ユニット両端部の間において真ん中を延びている各軸線の両側において軸線対称的に配置されている。
【００２１】
別の有利な構成では、セグメントが２部分にかつ／又はくさび形に、例えば押圧くさび及び駆動くさびの系の形で形成されている。この場合個々のくさび対は、相対運動を可能にする１つの共通の滑り面を有している。押圧くさびは有利には、ステータに向かう内輪郭において積層板ユニットの外径に合わせられており、これに対して外輪郭は、駆動くさびとの共通の接触面を有していて、この接触面は、軸方向及び半径方向において傾いていて、滑り面として働く。押圧くさびはほぼ半径方向においてしか運動することができない。駆動くさびは押圧くさびに対して軸方向及び半径方向外側に向かってずらされて配置されていて、ほぼ軸方向においてしか運動することができない。これらの押圧くさびは、別の装置部分によって駆動される。駆動くさびの軸方向運動は、押圧くさびの半径方向運動に変換される。有利には、セグメントは少なくとも５つのくさび対から成っている。
【００２２】
有利な構成では、第２の装置は、予め曲げられた積層板ユニットを軸方向でセンタリング及びプレスするための構成グループを有しており、完全に曲げられた積層板ユニットの内径部及び外径部において両端面で軸方向力が導入可能である。
【００２３】
第２の装置において、予め曲げられた積層板ユニットを電気機器の所望の電磁エレメントに仕上げ変形加工するためには、有利には下記の方法ステップを実施することができる。予め曲げられていて、突き合わせ縁を形成する端部においてなお開放している積層板ユニットは、第２の装置に挿入され、かつ適正に方向付けられる。第１のセグメントグループは、第１のセグメントグループの領域において積層板ユニットが溶接心棒に接触するように、接近させられる。第２のセグメントグループ及びそれぞれ別のセグメントグループは同時にかつ場合によっては、第１のもしくは先行するグループにそれぞれ相応に適宜に追従して、接近させられ、そして第２のセグメントグループ及びそれぞれ別のセグメントグループの領域においても、積層板ユニットが溶接心棒に接触する。積層板ユニットを軸方向において予負荷するための装置モジュールは、接近させられる。すべてのグループのセグメントが同時に、均一にかつ同じ距離だけ接近させられる。そして積層板ユニットの端部は互いに結合される。
【００２４】
有利には、直方体形状の積層板ユニットを曲げることができ、このような積層板ユニットは両端部においても、残りの積層板ユニットにおけると同じ大きさのヨーク高さを有しており、つまり積層板ユニットは曲げ領域全体においてコンスタントなヨーク高さを有している。このようにして、仕上げ変形加工後における積層板ユニット両端部の間隙のない突き合わせが、ひいては、電磁エレメント特にステータの孔の規格通りの直径及び良好な真円度が、可能になる。約０.６５ｍｍを下回る僅かな金属薄板厚さを有する積層板を曲げ加工する際における積層板の波打ちのような許容不能な変形が、回避される。
【００２５】
本発明はさらに、電気機器の電磁エレメントを曲げ変形加工するための装置であって、電磁エレメントが積層板ユニットから形成されており、曲げ心棒が設けられていて、該曲げ心棒を中心にして積層板ユニットが曲げ可能であり、さらに圧着ユニットが設けられていて、該圧着ユニットを用いて積層板ユニットが曲げ心棒に少なくとも局部的に圧着可能である形式のものに関する。
【００２６】
このような形式の装置において、本発明の構成では、曲げ心棒が、電磁エレメントの内径に比べて大きな直径を有している。
【００２７】
圧着ユニットが少なくとも２５ｍｍの直径を有していると、有利である。このように構成されていると、曲げ加工時に積層板ユニットに対して作用する許容不能に高い力作用が、回避される。
【００２８】
圧着ユニットが曲げ工程のために真っ直ぐな区分を有していると、特に有利である。曲げ加工時における力は均一に分配され、積層板ユニットは均一に変形される。
【００２９】
この効果は、圧着ユニットを圧着させるための押圧ローラが設けられていると、さらに改善される。
【００３０】
本発明はさらに、電気機器の電磁エレメントを仕上げ変形加工するための装置であって、電磁ユニットが、積層板ユニットから形成されている形式のものに関する。
【００３１】
このような形式の装置において、本発明の構成では、積層板ユニットを軸方向でセンタリング及びプレスするための少なくとも１つの第１の構成グループと、積層板ユニットを半径方向でセンタリング及びプレスするための第２の構成グループとが設けられている。
【００３２】
有利な構成では、予め曲げられた積層板ユニットを第１の装置から少なくとも第１及び／又は第２の構成グループに引き渡すための引渡し工具が設けられている。予め曲げられた積層板ユニットは、製造方法において、損傷することなしに優しく、第１の装置から第２の装置に搬送することができる。
【００３３】
材料結合式の接合のために、曲げられた積層板ユニットを緊締する緊締装置が設けられていると、有利である。
【００３４】
有利な構成では、緊締装置が溶接心棒と、該溶接心棒に予め曲げられた積層板ユニットを半径方向で圧着させるための、溶接心棒の周囲に設けられたセグメントとを、有している。
【００３５】
セグメントが少なくとも２つのグループに分割されていて、これらのグループがそれぞれ、完全に曲げられた積層板ユニットの外径で見て１８０°よりも小さな角度範囲にわたって延在していると、力を均一に分配することができる。
【００３６】
本発明はさらに、電磁エレメントを製造する方法にも関しており、この本発明による方法では、ほぼ直方体形状の積層板ユニット内に、オーバハングコイルを備えた巻線を挿入し、積層板ユニットを第１の装置において丸く曲げ、この際に積層板ユニットがその積層板ユニット端部で間隙を形成するようにし、オーバハング巻線のオーバハングコイルを、一方の積層板ユニット端部から他方の積層板ユニット端部の溝内に挿入し、予め曲げられた積層板ユニットを、仕上げ変形のために第２の装置に引き渡すようにした。この方法において、積層板ユニットを第２の装置において仕上げ変形し、積層板ユニットの両端部を互いに接合することができる。積層板ユニット端部の間における間隙をレーザ溶接によって閉鎖すると、有利である。
【００３７】
図面
本発明の別の構成、観点および利点は、以下に図面に示した本発明の実施例から明らかである。
【００３８】
図１は、内歯及び外歯を備えた積層板ユニットを示す図であり、
図２は、曲げ心棒を示す断面図であり、
図３は、本発明による製造装置の第１の装置を示す斜視図であり、
図４ａは、圧着ユニットを積層板ユニットに向けられた面から見た図であり、図４ｂは、圧着ユニットを図４ａのＢ−Ｂ線に沿って断面した側から見た図であり、
図５ａは、第２の装置の一部を示す縦断面であり、図５ｂは、第２の装置を上から見た平面図である。
【００３９】
実施例の説明
実施例は、４８の溝と、２ｐ＝１６の極数と、極毎の溝数ｑと、ｑ＝１の相と、ｍ＝３の相数とを備えた電気機器のステータとして形成された電磁エレメント（図示せず）に関する。他の形態で設計された電磁エレメントに対しては、相応に合わせられた寸法を記入された記載が、相応に通用する。
【００４０】
電磁エレメント、特にステータを製造するためには、まず初め、汎用の形式で、直方体形状の積層板ユニット５が形成される（図１参照）。例えば冷間圧延された帯状金属薄板から、横方向打抜き法及び／又は長手方向打抜き法において条片状の積層板が生ぜしめられる。帯状金属薄板は電気金属薄板品質に相当しており、金属薄板厚さは、０.３５〜１ｍｍの間、有利には０．５ｍｍである。積層板は内歯Ｔ１，Ｔ２，Ｚと図示されていない外歯とを有している。これらの歯Ｔ１，Ｔ２，Ｚは溝によって互いに間隔をおいて位置しており、積層板の両端部には半分の歯Ｔ１，Ｔ２だけが形成されている。半分の歯Ｔ１，Ｔ２は単に内歯としてだけ形成され、外歯としては形成されていない。積層板両端部において端面は、積層板長手方向軸線もしくは中立軸に対して直角ではなく、平らな切断面から偏位している。積層板は次のようなヨーク高さ、つまり全積層板長手方向軸線にわたってコンスタントな、つまり例えばそれぞれの第１の溝ピッチ（Nutteilung）の積層板端部の領域においてもコンスタントなヨーク高さを有している。積層板は適宜な形式で、折返し（Umschlag）を備えて又は折返しなしに互いに積層される。  積層板は、積層方向において規定の力を加えられて予負荷され、所定の適宜なポジションにおいて例えば溶接によって互いに結合される。
【００４１】
次のステップとして、後で電気機器における使用において電磁場を生ぜしめるために給電される巻線が形成される。多相、例えば三相の巻線が、巻型に巻成される。巻線は少なくとも１つのオーバハングコイル（シングルループ巻線）を有しており、しかしながら複数の、例えば３つのオーバハングコイル（２層ループ巻線）であってもよい。
【００４２】
各相巻線は、極対数に相当する複数のコイルから、例えば８つのコイルから成っている。直列接続されたコイルの場合には、相巻線は中断なしに、いわゆるコイルチェーン（Spulenkette）として巻成される。次いで、巻線は溝領域において、ステータとして形成されて製造される丸い電気機器の溝形状に、種々異なった形状の任意の線材横断面に丸い線材横断面を変形させながら、押し込まれる。その後で巻線は、直方体形状の積層板ユニットの、例えば面絶縁材によって被覆された溝内に挿入される。さらに溝閉鎖体が、巻線オーバハングを受容する溝（単層ループ巻線の場合には溝２）を閉鎖する溝閉鎖体を除いて、もしくは巻線オーバハングを受容する溝（２層ループ巻線の場合には溝３、溝２、溝１）を閉鎖する溝閉鎖体を除いて、取り付けられる。
【００４３】
次いで、巻線を取り付けられた直方体形状の積層板ユニット５は、丸曲げ加工のために、本発明による製造装置の第1の装置１０（図3参照）に取り付けられる。円筒形の曲げ心棒１１を中心にして、図示されていない積層板ユニット５を丸い電磁エレメントに丸曲げ加工する場合に、巻線オーバハングの挿入もまた一緒に行われる。曲げ心棒１１は、完全に曲げられた積層板ユニット５の直径よりも大きな直径を有していて、巻線オーバハングを受容するために軸方向に延びる少なくとも1つの溝１２を有している。さらに、曲げ心棒は、その外周部に突子として形成された半径方向の隆起部１３を有しており、これらの隆起部１３は図2に示されているように、溝１４によって切り離されている。図面にはただ1つのエレメントにしか符号が付けられていない。
【００４４】
曲げ工程は、積層板ユニット５の一方の端部において溝４８（図1）のところで始まる。巻線オーバハングとしてただ1つのオーバハングコイルしか有していない単層ループ巻線の場合、相巻線の1つの端部において、オーバハングコイルの一方のコイル側部は積層板ユニット５に対して突出しており、これに対してオーバハングコイルの他方のコイル側部は溝４７を完全に満たしている。は溝４７を完全に満たしている。オーバハングコイルの突出しているコイル側部は、相応な時点に、積層板ユニット５の他方の端部における溝２内に挿入される。
【００４５】
巻線オーバハングとして３つのオーバハングコイルを有している２層ループ巻線の場合に、各相巻線端部において、各オーバハングコイルの一方のコイル側部が、積層板ユニット５に向かって長手方向で突出しており、これに対してオーバハングコイルの他方のコイル側部は溝４８，４７，４６を完全に満たしている。オーバハングコイルの突出したコイル側部は、それぞれ相応な時点に溝３，２，１に挿入される。そして曲げ工程は積層板ユニット５の溝１において終了する。
【００４６】
以下においては、例としてかつ簡単にするために、単に単層ループ巻線を対象にして記載するが、同じことは、上に述べたように相応に二層ループ巻線にも応用することができる。
【００４７】
曲げ方法を開始するために積層板ユニット５は、圧着条片として形成された圧着ユニット１５において位置決めされ、巻線は積層板ユニット５に対して軸方向で方向付けられ、積層板ユニット５は軸方向で予負荷される。圧着ユニット１５は図４ａ及び図４ｂに詳しく示されている。圧着ユニット１５は、積層板ユニット５の全周に相当する長さを有している。さらに圧着ユニット１５は、ほぼ無限に大きな直径を有していて、曲げ領域において直線的に形成されている。圧着ユニット１５の、積層板ユニット５に向けられた側１６には、歯を付けられた又は波形の輪郭が設けられており、この輪郭は、積層板ユニット５の上に述べた外歯と対応する。
【００４８】
圧着ユニット１５は曲げ装置１０において張設され、この際に曲げ心棒１１に対して軸方向及び接線方向に方向付けられる。そして直方体形状の積層板ユニット５は、その第１の端部の第１の完全な歯Ｚが、つまり溝４８を備えた曲げ開始のための積層板ユニット端部が、曲げ心棒１１において、突子として形成された半径方向の隆起部１３のうちの２つの隆起部１３の間に位置決めされ、この際に歯中心が正確に曲げ心棒１１の半径線上に位置するように、位置決めされる。このポジションにおいて積層板ユニット５は曲げ心棒１１にしっかりと保持される。
【００４９】
その後で第１のプランジャ１８が、半径方向外側から積層板ユニット５に向かって供給され、この第１のプランジャ１８によって力が第１の積層板ユニット端部の前記半分の歯Ｔ１に加えられる。以下においては保持力と呼ぶこの力は、曲げ加工時に積層板ユニット５を固定するために働く。保持力は一方では、曲げ力に対する反力として、曲げ力自体よりも大きくなくてはならず、しかしながら保持力は他方では、第１の半分の歯Ｔ１を曲げ心棒１１に押し付けるほど大きくてはならず、又は、この領域において積層板ユニット５が既に所定の直径を有する丸い最終形状になるほど、第１の半分の歯Ｔ１を持続的に変形するような大きさであってはいけない。保持力が完全に作用した場合でも、ひいては最大の塑性変形及び弾性変形時においても、第１の半分の歯Ｔ１の歯先Ｚ１と曲げ心棒１１との間には、常になお所定の間隔が存在している。第１の積層板ユニット端部の第１の溝、つまり溝４８もまた、保持力によって完全には閉鎖されず、部分的に、つまり、全周を溝数で割って（つまり３６０°／４８＝７．５°）得られる溝ピッチの名目的な角度の約２／３（約５°）だけ、閉鎖される。
【００５０】
最初に、第１のプランジャ１８が積層板ユニット５を押圧し、これにより保持力が積層板ユニット５において生じた場合に、溝４７、つまり第１の積層板ユニット端部の第２の溝は、なお開放している。正確にこの溝４７内には、該溝４７を完全に満たすオーバハングコイルの一方のコイル側部が位置している。曲げられてこれにより溝４７が閉鎖される前に、両コイル側部は、つまりオーバハングコイル全体は、適宜な形式で保持されねばならない。このことはもっぱら、巻線オーバハングを形成するコイル側部によって行うことができ、このコイル側部はフラットな状態において積層板ユニット５に対して突出していて、ゆえに、自由に接近可能なただ１つのコイル部分として簡単に把持することができる。そのために、図示されていない別の装置が、コイル側部の両側においてコイル側部の周りに横から案内され、そしてコイル側部をケージ状に取り囲んでしっかりと保持する。
【００５１】
圧着条片として形成された圧着ユニット１５は、押圧ローラ１９によって駆動され、この押圧ローラ１９は円形軌道に沿って曲げ心棒１１を中心にして案内される。曲げ加工のための押圧ローラ１９の作業ポジションは、押圧ローラ１９が圧着ユニット１５に接触しているポジションが、既に曲げ心棒１１に接触している歯に対して曲げ方向で先行することによって、特徴付けられている。トーイン（Vorspur）が大きければ大きいほど、曲げ力は小さくなり、かつこの調節によって曲げることができない積層板ユニット端部における領域は大きくなる。なぜならば曲げ端部において押圧ローラ１９は、圧着条片として形成された圧着ユニット１５もしくは積層板ユニット５を超えて移動しているからである。
【００５２】
本来の曲げ変形加工は、押圧ローラ１９が曲げ心棒１１を中心にした円形軌道に沿って案内され、その際に曲げ方向に引っ張られるやいなや、行われる。押圧ローラ１９は、その所定の軌道カーブに沿って圧着ユニット１５を駆動し、この際に積層板ユニット５は曲げ心棒１１の周りに巻き付き、そして同時に圧着ユニット１５から引っ張り出される。
【００５３】
曲げ変形加工のための条件として次のことが挙げられる。すなわちこの場合、曲げローラもしくは圧着ユニット１５によって積層板ユニット５に伝達される引張り力は、保持力、つまり第１の積層板ユニット端部において曲げ心棒１１に積層板ユニット５を固定するために該積層板ユニット５に加えられかつ引張り力に耐えなくてはならない保持力よりも、常に小さくなくてはならない。このようにすると、第１の完全な歯に、歯の接線方向において力が作用せず、かつ全体的にも積層板ユニット５のすべての歯のための曲げ加工が、接線方向力なしに実行され、このことは、電磁エレメントが丸く曲げられた場合に電磁エレメント歯Ｚの半径方向における方向付けを保証する。
【００５４】
無限に大きな直径を有する曲げローラを用いた積層板ユニット５の曲げ加工（これは圧着条片として形成された圧着ユニット１５において与えられる）は、積層板に軸方向の予負荷を加えながら行われ、そのために圧着ユニット１５にはクランプ条片１７′が設けられている。これによって、金属薄板厚さが僅かな積層板では、波打つ変形及びその他の許容不能な変形が効果的に阻止され、所望の規格寸法が確実に得られる。
【００５５】
積層板ユニット５の曲げ変形加工は、部分的に異なった角度ポジションにおいて行われ、これらの角度ポジションでは少なくとも１つの緊締ジョー２０，２１が作動させられる。第１のプランジャ１８と同様に、半径方向外側から曲げ心棒１１に接近可能である各緊締ジョー２０，２１は、積層板ユニット５に向かって供給され、そして各緊締ジョー２０，２１によって力が、積層板ユニット５の既に曲げられている部分に加えられ、積層板ユニット５は曲げ心棒１１に押し付けられる。これによって保持機能及び／又はクランプ機能が加えられ、積層板ユニット５は周りを緊締され、つまり第１のプランジャ１８の保持力は、第１の緊締ジョー２０又は２１によって引き受けられ、第１のプランジャ１８は離すことができるようになる。
【００５６】
理想的な緊締条件は、積層板ユニット５の曲げられた領域が均一に曲げ心棒１１に圧着され、ひいては積層板ユニット５が当該領域において正確に曲げ心棒１１に対して保持されている場合に、与えられている。
【００５７】
次の方法ステップにおいて、オーバハングコイルは曲げ心棒１１におけるオーバハングのための切欠きもしくは溝１２内に挿入され、これにより最初に巻線オーバハングを固定していたケージ状の装置を離すことができる。
【００５８】
オーバハングコイルを所属の溝閉鎖体と一緒に曲げ心棒１１における溝１２から積層板ユニット５の溝２に挿入することは、積層板ユニット５の溝２が曲げ心棒１１における溝１２に向かい合うやいなや、行われる。
【００５９】
押圧ローラ１９が積層板ユニット端部を超えて移動されるやいなや、曲げ工程は終了し、圧着ユニット１５は離すことができる。
【００６０】
同様に半径方向外側から積層板ユニット５に供給されることができる第２のプランジャ２２によって、両方の積層板ユニット端部はプランジャ２２の不動部分によって曲げ心棒１１にしっかりと保持され、プランジャ２２の可動部分は、積層板ユニット５の両端部の間において曲げ心棒１１にまで前進して、両方の半分の歯Ｔ１，Ｔ２の側面を押圧し、そして歯Ｔ１，Ｔ２を互いに離れる方向に拡開させ、その結果両積層板ユニット端部は接線方向で変形して、溝４８，１は閉鎖される。次の方法ステップにおいて、曲げられてはいるがなお開放している積層板ユニット５の仕上げ変形のために、本発明による製造装置の第２の装置２５への引渡しが行われ、この第２の装置２５は同時に溶接装置としても働くことができる。
【００６１】
曲げられてはいるがなお開放している積層板ユニット５は、適正に方向付けられて、両積層板ユニット端部の仕上げ変形及び結合のための装置２５に挿入される。すなわちこの場合、積層板ユニット５は、両積層板ユニット端部の間になお存在しているその間隙が、溶接窓２６に向くように、装置２５に挿入される。
【００６２】
第２の装置２５は、まず初めに接合される積層板ユニット５の端面のためのストッパ面を有しており、これによって積層板ユニット５は軸方向において方向付けられる。
【００６３】
半径方向における方向付けは、第１の付加部において溶接心棒２７によって行われ、この溶接心棒２７の直径は、完成した電磁エレメントの内径に相当している。半径方向プランジャの当接は、段階的に、予め曲げられた積層板ユニット５に対して行われ、この積層板ユニット５は次いで溶接心棒２７に当て付けられる。
【００６４】
セグメント２８が半径方向プランジャと呼ばれており、これらのセグメント２８は、円周に沿って部分的に積層板ユニット外周部に沿って延びていて、積層板ユニット５を溶接心棒２７に押し付ける。セグメント２８は、少なくとも２つのグループ２８.１，２８.２にまとめられていて、これらのセグメントグループは、様々に、例えば力及び移動距離を制御されて、駆動される。
【００６５】
円周に沿って１８０°よりも小さな所定の角度領域にわたって延びていて、なお互いに間隔をおいて位置している積層板ユニット端部とは反対の直径側に配置されている、第１のグループ２８.１のセグメント２８は、まず初めに、この第１のグループ２８.１のセグメント２８の領域において積層板ユニット５が溶接心棒２７に接触するまで、互いに接近させられる。
【００６６】
その後で、円周に沿って所定の角度領域、つまり１８０°よりも小さくて、第１のセグメントグループもしくはそれぞれ先行するセグメントグループ２８．１，２８.２に接続している、第２のグループ２８.２のセグメント２８及びそれぞれ別のグループのセグメントが、第２のグループ２８.２の領域においても積層板ユニット５が溶接心棒２７に接触するまで、接近させられる。
【００６７】
積層板ユニット５を軸方向で予負荷する第２の装置２５の別の部分が、同様に力と移動距離を制御されて、接近させられる。この際に作用する軸方向力は、内径及び外径に沿って、積層板ユニット５の両端面ＡＳ，ＢＳに導入され、そして次の方法ステップにおける許容不能な変形を阻止する。
【００６８】
この次の方法ステップは、次のことによって特徴付けられている。すなわちこの場合すべてのグループ２８．１，２８．２のすべてのセグメント２８が同時に、均一に、かつ同じ距離だけ接近移動させられ、この際に積層板ユニット５はその全周において半径方向に同じ強さで溶接心棒２７に向かって移動させられ、弾性変形のみならず塑性的にも、所望の規格寸法に相応して、その最終直径に変形される。
【００６９】
これによって積層板ユニット５は完全に変形され、両積層板ユニット端部は互いに間隙なしに突き合わされ、そして互いに結合されることができる。
【００７０】
仕上げ変形の後では、さらなる加工はもはや不要である。なぜならば、有利にはステータを形成する電磁エレメントの孔の真円度及び直径は、既に塑性変形によって規格の寸法通りに製造されているからである。また、金属薄板厚さが僅かな積層板を曲げる場合でも、例えば波打ちのような許容不能な変形が生じることはない。真円度は、特に両積層板ユニット端部の突き合わせ領域において、０.１５ｍｍよりも良好、特に０.１ｍｍよりも良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】内歯及び外歯を備えた積層板ユニットを示す図である。
【図２】曲げ心棒を示す断面図である。
【図３】本発明による製造装置の第１の装置を示す斜視図である。
【図４ａ】圧着ユニットを積層板ユニットに向けられた面から見た図である。
【図４ｂ】圧着ユニットを図４ａのＢ−Ｂ線に沿って断面した側から見た図である。
【図５ａ】第２の装置の一部を示す縦断面である。
【図５ｂ】図５ｂは、第２の装置を上から見た平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【国際調査報告】
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