(57)【要約】本発明は電動機の組立部品に関するものであり、この組立部品は少なくとも二つのシート状金属層を具え、これらシート状金属層は互いに隣接して配置され、円管形状または円板形状である。シート状金属の各層は複数の円管形状または円板形状のシート状金属セグメントからなり、これらセグメントは中心軸線周りに同心状に配置され、二つのセグメントが結合ジョイントを形成し、かつ、各セグメントが半径方向に所定の最小断面積の面を有するようにそれぞれ突き合わされる。隣接して並べたシート状金属層のシート状金属セグメントは互いに部分的に重ね合わされ、周面に沿って並べて形成した溶接による接合部によって連結する。一つのシート状金属層における二つのシート状金属セグメントの結合ジョイントと、前記シート状金属層に隣接する層の二つのセグメントの結合ジョイントとの間の溶接による接合部の数は、この接合部の有効面積の総和が、少なくともシート状金属セグメントの所定の最小断面積とほぼ等しくなるように選択する。
2004530397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの突き合わされたリング状または円環状のディスク形シート状金属層(12)を有する電動機の組立部品であって、
前記シート状金属層(12)をそれぞれ多数のリング状または円環状のディスク形シート状金属セグメント(10)で形成し、
これらセグメントを中心軸線(M)周りに同心状に配置し、
二つのセグメントを連結ジョイント(14)の形成に基づいて互いに突き合わせると共に、
前記セグメントは半径方向に所定の最小断面積(A)を有するものとし、
突き合わせたシート状金属層(12)のシート状金属セグメント(10)を円周方向に互いに部分的に重ね合わせ、
突き合わせたシート状金属層(12)のシート状金属セグメント(10)を円周領域に沿って分布させた溶接部(20)によって連結し、
一つのシート状金属層(12)の二つのシート状金属セグメント(10)の連結ジョイント(14)間の溶接部(20)の数および、隣接するシート状金属層(12)の二つのシート状金属セグメント(10)の連結ジョイント(14)間の溶接部(20)の数を、これら溶接部(20)の有効面積の総和が、前記シート状金属セグメント(10)の前記所定の最小断面積(A)に少なくともほぼ等しくなるように計算して求めることを特徴とする組立部品。
【請求項２】
請求項１記載の組立部品において、
前記円形のリング状または円形のシート状金属セグメント(10)の連結ジョイント(14)を基本的に半径方向に方向付けた電動機の組立部品。
【請求項３】
請求項１記載の組立部品において、
前記溶接部(20)を前記シート状金属セグメント(10)の外側および内側円周領域(16,18)に配置する電動機の組立部品。
【請求項４】
請求項１記載の組立部品において、
前記溶接部(20)の幾つかを前記シート状金属セグメント(10)の外側円周領域(18)に配置し、幾つかを内側円周領域(16)に配置する電動機の組立部品。
【請求項５】
請求項１記載の組立部品において、
前記溶接部(20)を基本的に円形または楕円形の形状とする電動機の組立部品。
【請求項６】
請求項１記載の組立部品において、
前記溶接部(20)をレーザ溶接によって形成する電動機の組立部品。
【請求項７】
請求項１記載の組立部品において、
隣接するシート状金属層(12)のシート状金属セグメント(10)を、円周方向に20〜70％相互に重ね合わせる電動機の組立部品。
【請求項８】
請求項１記載の組立部品において、
一つのシート状金属層(12)の二つの隣接するシート状金属セグメント(10)の連結ジョイント(14)を、円周領域で少なくとも部分的に閉鎖する電動機の組立部品。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載の組立部品によりステータまたはロータを形成する電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は、電動機(an electric machine)の組立部品ならびに、この組立部品を有する電動機に関するものである。
【０００２】
定義
ここでは「電動機の組立部品(assembly of an electric machine)」と言う用語は、内側ロータ型または外側ロータ型の電動機の形を取る電動機のステータおよびロータの双方を示すものとして用いる。この文脈において、電動機とは、電動モータならびに電動発電機のことである。本発明は、特に、全ての種類（同期型、非同期型、リラクタンス型、永久磁石型の電動機あるいはこれらの類似物）の回転機械に適用されるものである。
【０００３】
従来技術
積層により電動機（特に交流式電動機）の磁気的導体部品を構築することは、従来技術において公知である。なぜならば渦電流が発生するからである。コアの組立体のために、通常、厚さが0.35mm〜1.5mmの間のダイナモシート金属（熱間圧延した電気的特性の良好な金属シート）の片面または両面を絶縁したシートパネルを、組立体に応じた形状の帯材に切断する。こうした帯材による凹部を有するステータおよびロータの薄板をそれぞれ打ち抜き加工により製造することによって、生成するスクラップが可能な限り少なくなる。この方法により製造したステータおよびロータの薄板を互いに積層し、積層したコアを形成するために加圧して一体化し、各薄板の凹部は、その後に形成するステータまたはロータの巻線のための溝となる。
【０００４】
ロータまたはステータの個々のシート状金属層を一体型の部品（いわゆる円板）として製造する場合、打ち抜き加工のスクラップはかなりの量となる。それゆえ、打ち抜き加工のスクラップを減らすために環状のセグメントのみを製造し、これらを8〜10mmの高さに積み上げた束とし、相互に横方向に重ね合わせて積層して環状にする。このようにして積層したコアまたは重ね合わせたコアの個々のシート状金属層が相互に分離するのを防ぐため、ジョイント、合成樹脂、リベットまたはこれらの類似物によってこれらを固定することができる。しかしながら、この方法によって製造したロータは最大速度が制限される。なぜならば、その半径方向の強度が余り高くないからである。同様に、この方法によって製造したステータの固有振動数が相対的に低くなり、減衰のための費用が増加することとなる。
【０００５】
ドイツ特許出願公開第3609368号（特許文献1）より、打ち抜き加工した磁性シート状金属層から形成したコアによる電動機の磁気回路の製造が公知となっている。コアはシートを重ね合わせて形成する。個々のコアを連結するため、第一の実施形態は、これらコアの互いに向かい合う領域に連結用ラグおよび、これに対応して形成した連結用窪みを具える。このように設計した連結用ラグおよび連結用窪みは、単に相互にスライドさせることでコアを連結する。個々のコアの重ね合わせた磁性シートは垂直線に沿って溶接することにより連結する。この溶接は個々のコアをコンパクトな配置で相互に保持することに資するものである。第二の実施形態においては、相互に横に並べた磁性シートを、ステータの磁気回路を形成するために垂直線に沿って隣接するコアの磁性シートに溶接する。
【０００６】
ドイツ特許第1140638号（特許文献2）より、シート状金属セグメントの複数のシート状金属層を一つの層にし、複数の層でロータの高さのコアとした電動機の連結ロータが公知となっている。連結はシート状金属セグメントの孔にボルトを挿通することにより行う。シート状金属セグメントの隣接する領域は、一つの孔の間隔あるいはこうした孔を複数で一体にした間隔でシート状金属層から他のシート状金属層まで互い違いにする。この文献では、重ね合わせたシート状金属セグメントの孔内でボルトを使用することにより生じる強度の問題について詳細に論じている。
【０００７】
ドイツ特許第974711号（特許文献3）より、遠心力により生じる接線方向の力を伝達するために重ね合わせ領域で必要とされる連結ボルトの代わりに、接着による連結を用いることが公知となっている。
【０００８】
ドイツ特許出願公開第69204322号（欧州特許第500457号）（特許文献4）より、複数の層の積み重ねを形成することが公知となっており、各層は少なくとも二枚の部分円形のアーチ状シート状金属要素からなっている。これらシート状金属要素を、三枚を交互に蟻接ぎ状にすることにより、隣接する側部で相互に連結する。個々の層は、シート状金属要素が部分的に重ね合わさるようにして積み重ねる。
【０００９】
ドイツ特許第1961941号（特許文献5）より、互い違いにしたリング状セグメントを有する発電機が公知となっており、個々のセグメントには等間隔の多数の蟻接ぎセレーションを有する半径方向外側円周領域が設けられている。磁極はこれら半径方向外側の蟻接ぎセレーションに配置されている。付言すれば、こうした配置のリング状セグメントにも、一体構造を保持するためのボルトが貫通する孔が設けられている。
【００１０】
ドイツ特許第10028097号（特許文献6）は、鋳造複合体を形成するバーおよびリングを一体とした電機子を具える電動モータ用のロータを開示している。ロータの製造において、積層コア形成のためにシート状金属の積層体一体化させ、積層コア中の隣接する積層体をスポット溶接により連結する。これにより、軸線方向に延在するスポット溶接が生成する。その後電機子の直径方向に対向する二つの外側部において、一つの帯材を適用する。シート状金属の積層体は円形である。
【特許文献１】
ドイツ特許出願公開第3609368号
【特許文献２】
ドイツ特許第1140638号明細書
【特許文献３】
ドイツ特許第974711号明細書
【特許文献４】
ドイツ特許出願公開第69204322号（欧州特許第500457号明細書）
【特許文献５】
ドイツ特許第1961941号明細書
【特許文献６】
ドイツ特許第10028097号明細書
【００１１】
発明の基礎となる課題
電動機の公知の組立部品についての最初に述べた制約および欠点に起因して、本発明は、基本的にこうした組立体を、より一層経済的かつ、それぞれ高速あるいは低固有振動数の電動機に用いることができるようにするために、その製造の点において変更するという問題点に基づくものである。
【００１２】
発明による解決策
この問題に対する本発明による解決策は、少なくとも二つの突き合わされたリング状または円環状のディスク形シート状金属層を有し、前記シート状金属層をそれぞれ多数のリング状または円環状のディスク形シート状金属セグメントで形成し、これらセグメントを中心軸線周りに同心状に配置し、二つのセグメントを連結ジョイントの形成に基づいて互いに突き合わせると共に、前記セグメントは半径方向に所定の最小断面積を有するものとし、突き合わせたシート状金属層のシート状金属セグメントを円周方向に互いに部分的に重ね合わせ、突き合わせたシート状金属層のシート状金属セグメントを円周領域に沿って分布させた溶接部によって連結し、一つのシート状金属層の二つのシート状金属セグメントの連結ジョイント間の溶接部の数および、隣接するシート状金属層の二つのシート状金属セグメントの隣接する連結ジョイント間の溶接部の数を、これら溶接部の有効面積の総和が、前記シート状金属セグメントの前記所定の最小断面積に少なくともほぼ等しくなるように計算して求める、電動機の組立部品である。
【００１３】
これは、電動機またはその組立部品の全く新しい設計であり、一体化した円板から製造した組立部品（ロータ）と実質的に等しい最大速度、あるいは一体化した円板から製造した組立部品（ステータ）に匹敵する固有振動数を達成できるという利点を有し、それにもかかわらず、打ち抜き加工のスクラップの減少と、従来の25％以下の製造コストを実現できるものである。
【００１４】
発明による有利な成果
本発明の好適な実施形態においては、前記円形のリング状または円形のシート状金属セグメントの連結ジョイントを本質的に半径方向に方向付けている。しかしながら、かかる構造を有する連結ジョイントを共に形成するシート状金属セグメントの縁部を連結あるいは固定することが可能である。このことはまた、安定性の提供に寄与するものである。
【００１５】
溶接部はシート状金属セグメントの外側および内側円周領域の両方に配置することができる。
【００１６】
しかしながら、溶接部の幾つかをシート状金属セグメントの外側円周領域に、また幾つかを内側円周領域に配置することも可能である。このことは、特に内径が比較的小さく、外径が比較的大きな組立部品に適用するものであり、それによってシート状金属セグメントの最小断面積が相対的に大きくなる。こうした形状の個々のセグメントが相対的に小さい場合（例えば30°）、溶接部を内側および外側円周領域に配置する必要がある。
【００１７】
溶接部は実質的に円形または楕円形の形状とし、レーザ溶接により形成することが望ましい。
【００１８】
シート状金属セグメントは、隣接するシート状金属層を円周方向に20〜70％、好ましくは50％相互に重ね合わせて溶接によって連結する。しかしながら、重ね合わせる範囲を変更すること、あるいは一つのシート状金属層から円周方向に沿って次の層まで連結ジョイントを互い違いにした重ね合わせ範囲を選択することも可能である。
【００１９】
隣接するシート状金属層のシート状金属セグメントの円周方向に沿った溶接部の総和が十分なものでなかった場合、シート状金属層の隣接する二つのシート状金属セグメントの連結ジョイントを、円周領域の少なくとも一部の領域での溶接によって閉鎖することが可能である。このことは、内側および外側円周領域の双方で行うこともできる。
【００２０】
発明の好適な実施形態
図1に断面を示す新規の組立部品は外側ロータ型電動機のロータの部品であるが、明瞭化のために電気的な詳細（かご型巻線、他）は省略している。この組立部品はシート状金属セグメント10から形成する。一つのシート状金属層12を形成するために、複数の環状リング型セグメント形状のシート状金属セグメント10を互いに隣接させて配置し、二枚のシート状金属セグメント10を連結ジョイント部14で互いに突き合わせる。多数のこうしたシート状金属層12を所望の高さに積層して組立体を形成する。
【００２１】
シート状金属セグメント10は中心軸線Ｍ周りに同心状に配置し（図2参照）、これらセグメントはそれぞれ半径方向に所定の最小断面積Ａを有し（図1参照）、この断面積は遠心力に対する抗力に影響する。重ね合わせたシート状金属層12シート状の金属セグメント10は、図示の例では約25％で円周方向に互いに重ね合わせ、溶接20によって互いに連結する。この溶接は円周領域に沿って分布させる。一つのシート状金属層12の二枚のシート状金属セグメント10の一つの連結ジョイント部14'の間の溶接20の数（本例では、図1の上側シート状金属層12の左側縁部の連結ジョイント）および、隣接するシート状金属層12の二枚のシート状金属セグメント10の隣接する連結ジョイント14''の間の溶接20の数（本例では、図1の下側シート状金属層12の中央部の連結ジョイント14''）は、本質的に環状の溶接20の有効な面積の総和が、シート状金属セグメントの断面積(Ａ)にほぼ等しくなるように計算して求める。図1の中央部上側連結ジョイント14において、上側シート状金属層12の隣接するシート状金属セグメント10はまた、内側円周領域16の領域にある溶接20によって閉鎖される。
【００２２】
図1に示す例において、シート状金属セグメント10の連結ジョイント14は直線状で実質的に半径方向に方向付けられている。この他、図2ではシート状金属セグメント10の半径方向に方向付けた連結ジョイント14が歯14a，14bによって互いに係合することができるようになっており、これは、組立体の安定性を増加させることにもなる。
【００２３】
図1に示す実施形態において、溶接20はシート状金属セグメント10の内側円周領域に配置されており、これら溶接はレーザ溶接によって形成される。
【００２４】
以下において、ロータの実施形態が取り得る適切な寸法による管状の形態の計算例を示す。
ロータ内径                  150mm
ロータ外径                  180mm
ロータのシート状金属の厚さ  0.35mm
ロータ断面積                10.5mm2
溶接部半径                  0.17mm
溶接部面積                  0.1mm2
セグメント数                12
重ね合わせの度合            0.5
溶接部の数                  105
溶接部の長さ                35.7mm
セグメントの外側長さ        94.2mm
セグメントの内側長さ        78.5mm
【００２５】
（互いに隣接して配置した）溶接点の長さから解るように、本例ではセグメントの内側長さまたはセグメントの外側長さは、選択された重ね合わせの度合（すなわち、一つのシート状金属セグメント10が隣の（あるいは前の）層のシート状金属セグメント10と重なり合う寸法）に応じて短くなっており、溶接点を内側円周部および外側円周部の両方に配置することが可能である。上述の実施形態においては、各溶接部は実質的に円形であり、互いに重ね合わさっていないとみなす。しかしながら、これら溶接点を重ね合わせることも可能である。この場合、溶接点の効果的な総数は、重ね合わせの度合の関数として規定される。
【００２６】
図3は溶接部を外側円周部に配置した組立体を示すものである。さらに、個々の符号は対応する部材を識別するためのものである。明瞭化のために、溶接点20は幾つかの場所にあるもののみを示す。
【００２７】
さらに、図面は模式的な表示を与えるのみであり、本発明の実施形態の実際の寸法および比率はこれとは異なるものとなり得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る、互いに隣接するシート状金属層のシート状金属セグメントの断面を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る組立体の模式的な平面図である。
【図３】溶接部を外周に配置した新規な組立体を示す図である。
【国際公開パンフレット】
2004530397.tif 000003
2004530397.tif 000004
2004530397.tif 000005
2004530397.tif 000006
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2004530397.tif 000008
2004530397.tif 000009
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2004530397.tif 000011
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【国際調査報告】
2004530397.tif 000017
2004530397.tif 000018
2004530397.tif 000019
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