CN103797695A - 复合导体绝缘 - Google Patents
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Abstract
一种具有绝缘导线的电机和绝缘该导线的方法。该导线包括导电芯部和电绝缘部分。电绝缘部分包括电绝缘涂层和至少一个电绝缘包裹层。
Description
技术领域
本发明总得涉及电机,并且更具体的,涉及电机内的定子组件的导线的绝缘。
背景技术
电机可以被用于不同应用,包括关于汽车动力系。例如,传统的汽车可以使用电机作为用于内燃机的启动马达,或作为交流发电机以产生电力和向车辆附件输送电力和/或给车辆的电池充电。
示出的电机包括转子和定子。定子包括定子叠和插入定子叠内的多个导线或绕组。定子通过磁场与转子相互作用以将电能转变为机械能,或将机械能转变为电能。
绕组可以包括导电芯部和包围该芯部的电绝缘。典型的电绝缘可以包括釉质涂层,在将该绕组插入定子叠之前该涂层被施加于芯部。然而,当釉质被施加于导电芯部时,可以形成例如小孔或其他弱点的缺陷。在定子组装期间当绕组被弯曲或成形时釉质中的缺陷会导致增大的裂缝,尤其在弯曲部的外部分。这种釉质中的缺点或裂缝不能有效地绝缘绕组并且可以导致电机短路。
电绝缘的另一形式是包括绝缘材料的包裹物或带。在将绕组插入定子叠之前围绕导电芯部缠绕带。然而,当在定子的组装期间弯曲绕组时,带可以沿着弯曲部的内部分起皱。同样地,在发生起皱的地方不能充分地绝缘绕组。另外,该带比釉质更易磨损。
发明内容
本公开涉及电机,其包括支撑件和定位在该支撑件内的多个导线。导线中的每个具有导电芯部、邻近导电芯部的绝缘材料的内涂层、邻近内层的绝缘材料的中间包裹层、和邻近中间包裹层的绝缘材料的外包裹层,从而中间包裹层被定位在内涂层和外包裹层之间。中间包裹层具有相对于导电芯部的纵向轴线的第一定向并且外包裹层具有相对于导电芯部的纵向轴线的第二定向。
根据本公开的另一示例实施例,电机包括接收在电机的多个孔内的多个导线。导线中的每个具有围绕导电芯部的绝缘部分。绝缘部分包括涂层、至少一个包裹层、和涂层与至少一个包裹层之间的结合部。
绝缘电机的导线的示例方法包括提供导电芯部和将液体绝缘涂料施加于导电芯部周围的步骤。该示例方法还包括将至少一层绝缘包裹物施加于导电芯部周围的步骤。
根据本公开的另一示例实施例,用在电机中的导线包括导电芯部、导电芯部周围的电力或电绝缘釉质,和在导电芯部周围的至少一层绝缘包裹物。
考虑到下面详细描述的示例性实施例,该些示例性实施例例示了如当前所知道的实施本发明的最佳方式,对于本领域技术人员来说,本发明的特征和优点将变得明显。
附图说明
参照下面结合附图的详细描述,本发明的前述方面和许多旨在的优势将变得更容易觉察,因为它们能被更好的理解。
图1A是示例定子组件的插入端的前透视图;
图1B是图1A的示例定子组件的连接端的前透视图;
图2是沿图1B的线2-2所作的示例定子组件的横截视图;
图3是沿图2的线3-3所作的示例导线的横截视图;
图4是具有大致U形结构的示例定子组件的导线的前透视图;
图5是图2的导线的一部分的横截视图,示出导电芯部由绝缘部分围绕;
图6A-6D示出了用于绝缘导线的导电芯部的示例步骤;
图7是图3的导线的端部的前透视图,具有包围第一层绝缘包裹物的的第二层绝缘包裹物(以虚线示出);和
图8是本公开的示例方法的示意图示。
在视图中,相应的附图标记指示相应的部件。尽管附图表示根据本公开的不同特征和部件的实施例,附图不必是成比例的,并且一些特征被夸大以便更好的图示和解释本公开。此处的示例图示了本发明的实施例,并且这种示例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
为了促进本发明的原理的理解的目的,下面将参照图中所示的实施例来进行描述。下面公开的实施例并非旨在是穷举的和将本发明局限于下面细节描述的精确形式。而是,选择和描述实施例,从而本领域技术人员可以利用其教导。应理解,由此并不旨在限制本发明的范围。本发明包括任何所示设备和描述方法中的任何变形以及进一步修改,以及本发明的原理的进一步应用,这对于本发明涉及领域的技术人员来说是通常发生的。
首先参见图1A和1B,示出了电机11的示例定子组件10。更具体的,图1A示出了定子组件10的插入端14,图1B示出了定子组件10的连接器端12。电机11当用作马达(例如启动马达)时包括可操作地连接到转子(未示出)上的定子组件10,以将电能转变为机械能。电机11还可以被用作交流发电机以产生电能和输送能量,例如,向车辆附件和/或向车辆电池。
图示的定子组件10包括支撑件或定子叠20、多个导线、或绕组50。定子叠20包括具有开口中心部分26的圆筒形壁24。圆筒形壁24可包括一个或多个叠片堆或层。圆筒形壁24可以包括硅钢,其在电机11工作期间减小滞后和涡流损失。替代地,圆筒形壁24可以包括固体粉末金属本体。另外,定子叠20可以包括金属(例如,钢)框架(未示出)。
参见图2和3,示出定子叠20的圆筒形壁24包括60个周向间隔开的、轴向延伸的槽30,导线50通过该槽30被接收。更具体的,每个图示的槽30具有矩形横截面以支撑导线50的端部。该槽30可以包括绝缘材料或填料36(例如,泡沫、凝胶、喷涂料),其填充导线50和定子叠20的圆筒形壁24之间的空隙和空间、以及导线50之间的空隙。
如图1A和1B所示,定子组件10包括普通部位32和特殊部位34,它们包括导线50。特殊部位34确定是否定子组件10是并联或串联的。如本领域已知,特殊部位34内的导线包括中性导线、相位导线和交叉导线。特殊部位32还可以包括其他导线50。
普通部位32内的导线50包括定位在定子叠20的槽30内的多个普通导线54。参见图4,示出了单个普通导线54。普通导线54可以具有不同的最大电压能力(例如,大约120伏(V))。另外,普通导线54的工作温度可以从大约-44°F(大约-42℃)至大约428°F(大约220℃)。
示出,普通导线54具有矩形横截面(图4)。电机11的效率可以通过增加电机的槽-填料比(SFR)来提高。该SFR是一个槽30中的裸铜导体的总计横截面积与该槽30自身的横截面积的比较。如果电机11具有较高的SFR,导线54的横截面积减小了对于给定尺寸的槽30的相位阻抗和绕组阻抗(即,功率损耗)。示出导线54具有矩形横截面,而不是圆形横截面,以便有助于电机的更高的SFR。因此,可以提高电机的效率。
示出,图2和3公开了定子组件10的普通部位32包括多个内普通导线55和多个外普通导线57。本公开的图示实施例包括60个内普通导线55和60个外普通导线57。典型的定子组件10可以包括不同数量的导线50(例如,120个导线50或240个导线50),根据定子组件10的理想功率、磁性和其他工作要求。
示出内普通导线55的端部56和外普通导线57的端部58从定子组件10的连接端14延伸(图1A、1B)。在定子组件10的组装期间,每个普通导线54可以被弯曲或成形为更紧凑的结构。普通导线54可以根据于2005年5月17日授予Cai等的美国专利6,894,417的教导来成形,该专利被转让至印地安那州安德森的Remy公司,在此以引用的方式加入其公开。更具体的,普通导线54被弯曲以形成发夹形或U形(图4),然而普通导线54可以被弯曲成其他形状。进一步参见图4,图示的内普通导线55的发夹形状限定了两个腿51,该两个腿51从U形端弯曲部59延伸和终止于端部56。图示的外普通导线57与内普通导线55具有相同的总体形状。如图1A和1B所示,U形端弯曲部59暴露于定子组件10的插入端14。普通导线54的腿部51可以在顺时针方向上弯曲或在逆时针方向上弯曲以形成端部弯曲部59。
继续参见图2和3,普通导线54的每端56、58被接收在定子叠20中的一个槽30内,从而每端56、58被交错或“交织”(即,关于邻近的普通导线54通过不同的槽30定位)。更具体的,内普通导线55的端部56在槽30的径向向内部分被周向地交错。另外,外普通导线57的端部58在槽30的径向向外部分被周向地交错。
参见图1A,从槽30延伸的普通导线54的端部56、58被互相连接以形成至少一个回路。另外,普通导线54与特殊部位34的导线50互相连接以完成该回路。例如,导线50可以互相连接以形成单相电路、两相电路或三相电路。更具体的,导线50可以通过焊接或其他类似传统技术被互相连接以形成回路。
参见图5,导线50每个示出包括导电部分或芯部60和不导电或绝缘部分64。导线50彼此之间和与定子叠20绝缘,以防止由于电流流过导线50电机11短路。导电芯部60包括导电材料,例如金属(例如,铜)。如上所述,导电芯部60示出具有矩形横截面,然而导电芯部60可以具有其它横截面形状(例如,正方形、圆形)。
绝缘部分64在导电芯部60周围延伸并且包括电绝缘材料,例如聚合物、纸、纤维玻璃套或牌芳族聚酸胺纤维(来自DuPontTM)。然而,如上所述,某些传统的绝缘材料和方法可能具有减小的有效性,特别是在定子组件10的组装期间导线50的弯曲后。例如,在组装过程期间当导线50被弯曲和成形为紧凑布置,在釉质涂层内的例如小孔的缺陷或缺点可能沿弯曲部的外部分裂缝或破裂。类似地,当导线50被弯曲和以该紧凑方式设置时,绝缘带可以起皱或从弯曲部的内部分拉开。同样地,当仅仅涂层或绝缘带被用于绝缘导线时,经常在导线50的内或外部分处发生的绝缘部分64的缺陷(即,小孔、裂缝和起皱)可能当电流流过导线50时无法有效地绝缘导线50的导电芯部60并且使电机11短路。
如图5所示,示出的导线50的绝缘部分64包括多个层。绝缘部分64的材料性质确定了导线50的工作环境。更具体的,绝缘部分64包括涂料或釉质66的区段或层以及带或包裹物68的区段或层。示出,包裹物68被缠绕或包裹在涂料66周围,从而涂料66在导电芯部60和包裹物68之间。替换实施例包括用包裹物68覆盖导电芯部60,并且随后将涂料66施加于包裹物68的外表面,从而包裹物68在导电芯部60和涂料66之间。
涂层66可以包括不导电材料,例如至少一种聚合电绝缘材料,例如,聚酰亚胺基材料、聚酰胺-酰亚胺基材料、聚氨酯基材料和聚酯基材料。示例的材料可以是漆包线漆,例如可从DuPontTM得到的。其它的传统涂层也可以施加于导电芯部60。涂料66的厚度可以是大约0.002英寸(大约0.05毫米)。另外,可以有施加于导电芯部66的几层涂料66,以便在利用包裹物68缠绕涂料66之前获得理想的厚度。任何涂料66层可以包括与之前的层相同的绝缘材料。可替换地,任何涂料66层可以包括不同绝缘材料。涂料66通过传统涂层方法施加于导电芯部60。如此处进一步描述的涂料66可以作为液体施加于导电芯部并且在炉中固化。根据材料的规格、导线50的承载量、定子叠20的尺寸和电机11的应用来选择涂料材料、方法和厚度。
类似地,包裹物68可以包括不导电材料,例如至少一种聚合电绝缘材料,例如,聚酰亚胺基材料、聚酰胺-酰亚胺基材料、聚氨酯基材料和聚酯基材料。例如,包裹物68可以是可从DuPontTM得到的聚酰亚胺膜。包裹物68可以是与涂料66相同的材料或可以是不同绝缘材料。示出,当被施加于涂料66时包裹物68处于固体形式并且具有实质上大于其厚度的宽度。在涂料66已经固化后或紧接着在涂料66被施加于导电芯部60之后(即,在涂料66仍为粘性时)包裹物68可以被缠绕或包裹在涂料66周围。包裹物68可以具有大约0.001英寸(大约0.0254毫米)的厚度。示出包裹物68的宽度可以是大约0.375英寸(大约10毫米)至大约0.5英寸(大约13毫米)。
参见图6A,至少一层包裹物68在涂料66上延伸。示出,包裹物68包括第一或中间包裹层70和第二或外包裹层72。第一包裹层70被施加于第一定向和第二包裹层72被施加于第二定向。可替换地,第一和第二包裹层70、72可以施加于相同定向。更具体的,图示的第一包裹层70关于导电芯部60的纵向轴线L以角度α施加。图示的第一定向的角度α相对于纵向轴线L可以大于0°和小于180°。在一些实施例中,角度α可以在大约135°与大约170°之间,并且如图6A所示为大约135°。第二定向的角度β相对于纵向轴线L可以大于0°和小于180°。在一些实施例中,角度β可以在大约10°与大约45°之间,并且如图6A所示为大约45°。第一和第二包裹层70和72的角定向示出以大约90°偏置(如角度α-角度β所限定)。可以理解包裹层70、72的相应角定向可以反过来,例如角度α可以在大约10°与大约45°之间,和角度β可以在大约135°与大约170°之间。
本公开的导线50的替换实施例可以包括与导电芯部60的纵向轴线L同轴地施加的包裹物68的第一和/或第二层70、72,从而包裹物68平行于纵向轴线L(即,第一和第二层70、72的角度α、β分别是大约0°和/或180°)。另一替换实施例包括从导线50的上侧或下侧垂直地施加的包裹物68的第一和第二层70、72。
包裹物68的第一和第二层70、72可以以重叠方式施加于导线50,如图5的第一和第二层70、72的升起部分以及图6C和6D的虚线所指示。更具体的,示出包裹物68的第一层70施加于涂料66,从而每次第一层70被缠绕在涂料66周围,第一层70重叠第一层70的被之前施加于涂料66的一部分。重叠部分74确保了涂料66不暴露,并且因此,如果涂料66中有任何小孔或其他缺陷,导线50仍被包裹物68绝缘,因为重叠的包裹物68覆盖这些缺陷。同样地,包裹物68的重叠部分74的厚度可以是不重叠部分中的包裹物68的厚度的两倍。类似地,包裹物68的第二层72以相同的重叠方式施加于包裹物68的第一层70。示出,包裹物68的分别第一和第二定向的角度α、β的角定向提供了理想重叠,每层70、72的大约10%至大约75%的重叠。粘合剂可以将第一包裹层70紧固于涂层66,和将第二包裹层72紧固于第一包裹层70。在一些示例实施例中,包裹层70和72可以包括带,该带在其后表面上具有粘性背衬。
示例绝缘部分64可以具有大约0.004英寸(大约0.1毫米)至大约0.008英寸(大约0.2毫米)的厚度。通过相加图示涂层的厚度(即,大约0.05毫米)、图示包裹物68的第一层70的重叠部分74的厚度(即,大约0.025毫米×2=大约0.05毫米)、和图示包裹物68的第二层72的重叠部分74的厚度(即,大约0.025毫米×2=大约0.05毫米)来计算绝缘部分68的厚度。
参见图8,导电芯部60可以以下面所示步骤被绝缘。如图6A和8中所示,利用导电芯部68开始绝缘过程。导电芯部60可以起初开始为导线的大卷110,展开该大卷110以便线性供给电线通过涂敷过程。例如,可以将导电芯部60定位在输送带108上并且供给到输送系统100,当导电芯部沿输送带108行进时该输送系统100借助于海绵将处于液体形式的涂料66施加到导电芯部上。参见图6B和8,在涂料66被施加于导电芯部60之后,导电芯部60可以经过炉106以固化。涂敷过程可以重复,直到获得涂料66的理想性质。可替换地,可以从涂覆系统100去除炉106,以便在涂料66固化之前施加包裹物68。
如图6C和8中所示,包裹物68的第一层70被施加于涂料66的外表面67(图6B),从而包裹物68的第一层70围绕涂料66延伸并且完全覆盖该涂料66。包裹物68的第一层70相对于导电芯部60的纵向轴线L以角度α被缠绕。角度α可以为相对于导电芯部60的纵向轴线L大约0°至大约180°(例如图6A中的135°)。当第一层70被围绕涂料66缠绕时,第一层70重叠该第一层70的被之前围绕涂料66缠绕的部分。图6C以虚线示出了包裹物68的第一层70的重叠部分74。重叠的部分74可以包括大约10°至大约75°的重叠。
在将包裹物68的第一层70围绕涂料66缠绕后,包裹物68的第二层72被围绕包裹物68的第一层70缠绕,如图6D和8中所示。包裹物68的第二层72相对于导电芯部60的纵向轴线L以角度β被缠绕。更具体的,角度β可以为相对于导电芯部60的纵向轴线L大约0°至大约180°(例如图6A中的45°)。图7图示了包裹物68的第一层70以90°被从包裹物68的第二层72角偏置,从而第一层70形成了与第二层72的X形图案。可替换地,包裹物68的第一和第二层70、72可以以相同的定向施加。
当包裹物68的第二层72被围绕包裹物68的第一层70缠绕时,第二层72重叠该第二层72的被之前围绕第一层70缠绕的部分。图6D以虚线示出了包裹物68的第二层72的重叠部分74。重叠的部分74可以包括大约10%至大约75%的重叠。可以重复缠绕过程,直到导线50的绝缘部分64具有理想的性质。
带着施加的包裹物68的第一层70和第二层72,导线52经过炉112(例如,红外或对流炉)以加热涂料66和包裹物68,这造成了涂料66的熔流并且形成了绝缘部分64内的机械结合。例如,炉112可以以大约570°F(大约300℃)来工作,以造成涂料66的熔流,然而,炉112的温度基于涂料66的材料性质。在涂料66和包裹物68被结合后,可以冷却导线50。
当绝缘导线50时,导线50可以被切割至于定子叠20组装的适合尺寸。导线50的端部56、58在插入端14(图1A)处被插入到定子叠20的槽30a、30b、30c、30d。另外,导线50可以被弯曲以提供更紧凑的定子组件10.从定子组件10的连接端12(图1B)向外延伸的导线50的端部56、58可以通过传统工艺被剥皮,以去除涂料66和包裹物68并且暴露每个端部56、58的导电芯部60。更具体的,导线50的端部56、58的导电芯部60被暴露,以便将端部56、58焊接或以其它方式连接至邻近端部56、58以形成回路。导线50可以用清漆或其他密封剂、涂料、膜或环氧树脂涂敷,以便稳定在定子叠内的导线50。
虽然本发明被描述为具有示例设计,本发明可以在本公开的精神和范围内被进一步修改。因此本申请旨在覆盖使用其总的原理的任何变化、用途或修改。另外,本发明旨在覆盖本发明所涉及领域中已知或常规操作内的这种从本公开的偏离。
Claims (28)
1.一种电机,包括:
支撑件,其限定纵向轴线;和
多个导线,其定位在该支撑件内,该导线中的每个具有导电芯部、邻近该导电芯部的内电绝缘涂层、邻近该内电绝缘涂层的中间电绝缘包裹层、和邻近该中间电绝缘包裹层的外电绝缘包裹层,从而该中间电绝缘包裹层被定位在内电绝缘涂层和该外电绝缘包裹层之间,该中间电绝缘包裹层具有相对于该导电芯部的纵向轴线的第一定向,并且该外导电包裹层具有相对于该导电芯部的纵向轴线的第二定向。
2.根据权利要求1所述的电机,其中该第一定向的角度相对于该导电芯部的纵向轴线为大约135°至大约170°。
3.根据权利要求2所述的电机,其中该第二定向的角度相对于该导电芯部的纵向轴线为大约10°至大约45°。
4.根据权利要求3所述的电机,其中该第一定向以大约90°被从该第二定向偏置,从而该外电绝缘包裹层形成了与该中间电绝缘包裹层的X形图案。
5.根据权利要求1所述的电机,其中该电机是马达组件并且该支撑件是定子叠。
6.根据权利要求1所述的电机,其中该内电绝缘涂层包括第一材料,并且该中间和外电绝缘包裹层包括第二材料。
7.根据权利要求6所述的电机,其中该第一材料和该第二材料从一组中选择,该组包括聚酰亚胺基绝缘物、聚酰胺-酰亚胺基绝缘物、聚氨酯基绝缘物和聚酯基绝缘物。
8.一种电机,包括:
接收在该电机的多个孔内的多个导线,该导线中的每个具有围绕导电芯部的电绝缘部分,该电绝缘部分包括电绝缘涂层、至少一个电绝缘包裹层、和该电绝缘涂层与该至少一个电绝缘包裹层之间的结合部。
9.根据权利要求8所述的电机,其中该电涂层大致包围该导电芯部,并且该至少一个电绝缘包裹层大致包围该电绝缘涂层。
10.根据权利要求8所述的电机,其中该至少一个电绝缘包裹层大致包围该导电芯部,并且该电绝缘涂层大致包围该至少一个电绝缘包裹层。
11.根据权利要求8所述的电机,其中该电机包括定子叠,并且该多个导线被接收在该定子叠内。
12.根据权利要求8所述的电机,其中该导线中的每个包括从该电机的第一端延伸的端部弯曲部和从该电机的第二端延伸的多个相反端部。
13.根据权利要求8所述的电机,其中该电绝缘涂层和该至少一个电绝缘包裹层包括至少一种聚合绝缘材料。
14.根据权利要求8所述的电机,其中该至少一个电绝缘包裹层包括邻近该电绝缘涂层的内电绝缘包裹层和邻近该内电绝缘包裹层的外电绝缘包裹层。
15.根据权利要求14所述的电机,其中该导线中的每个具有纵向轴线,该内电绝缘包裹层具有相对于该纵向轴线的第一定向,并且该外电绝缘包裹层具有相对于该纵向轴线的第二定向。
16.一种绝缘电机的导线的方法,包括步骤:
提供导电芯部;
将液体电绝缘涂料施加于该导电芯部周围;和
将至少一层电绝缘包裹物施加于该导电芯部周围。
17.根据权利要求16所述的方法,其中施加至少一层电绝缘包裹物的步骤包括以相对于该导电芯部的纵向轴线的第一定向缠绕第一层电绝缘包裹物,和以相对于该导电芯部的纵向轴线的第二定向缠绕第二层电绝缘包裹物。
18.根据权利要求16所述的方法,还包括利用加热来活化该电绝缘涂料和该电绝缘包裹物以形成它们之间的机械结合的步骤。
19.根据权利要求18所述的方法,还包括冷却该导线的步骤。
20.根据权利要求16所述的方法,其中在施加该至少一层电绝缘包裹物之前,将该电绝缘涂料施加于该导电芯部。
21.根据权利要求16所述的方法,其中在施加该电绝缘涂料之前,将该至少一层电绝缘包裹物施加于该导电芯部。
22.根据权利要求16所述的方法,其中该电绝缘涂料从一组中选择,该组包括聚酰亚胺基绝缘物、聚酰胺-酰亚胺基绝缘物、聚氨酯基绝缘物和聚酯基绝缘物。
23.根据权利要求16所述的方法,其中该电绝缘包裹物从一组中选择,该组包括聚酰亚胺基绝缘物、聚酰胺-酰亚胺基绝缘物、聚氨酯基绝缘物和聚酯基绝缘物。
24.一种用于电机的导线,包括:
导电芯部;
围绕该导电芯部的电绝缘釉质;和
围绕该导电芯部的至少一层电绝缘包裹物。
25.根据权利要求24所述的导线,其中该至少一层电绝缘包裹物包括邻近该电绝缘釉质层的第一电绝缘包裹层和邻近该第一电绝缘包裹层的第二电绝缘包裹层。
26.根据权利要求25所述的导线,还包括由该导电芯部限定的纵向轴线,其中该第一电绝缘包裹层具有相对于该纵向轴线的第一定向,并且该第二电绝缘包裹层具有相对于该纵向轴线的第二定向。
27.根据权利要求24所述的导线,其中该电绝缘釉质从一组中选择,该组包括聚酰亚胺基绝缘物、聚酰胺-酰亚胺基绝缘物、聚氨酯基绝缘物和聚酯基绝缘物。
28.根据权利要求24所述的导线,其中该至少一层电绝缘包裹物从一组中选择,该组包括聚酰亚胺基绝缘物、聚酰胺-酰亚胺基绝缘物、聚氨酯基绝缘物和聚酯基绝缘物。
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PB01 | Publication | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140514 |