CN106374697B

CN106374697B - 磁体及其制造方法

Info

Publication number: CN106374697B
Application number: CN201610581234.9A
Authority: CN
Inventors: T.卢克斯; S.保利
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2036-07-22
Also published as: DE102015213795A1; CN106374697A

Abstract

本发明涉及一种用于制造用于电机的机械组件的电磁体（10）、尤其定子或转子的磁轭的方法，所述方法具有以下步骤：a）将具有绕组的线圈组（S、S'）以至少一层的形式提供到绕组体（1）上，所述绕组具有至少一个由软磁材料构成的导线（2）；b）密封所述绕组，从而使得所述至少一个导线（2）的邻近的线匝以下述方式变形：即所述线匝至少部分地形状锁合地或材料锁合地相互连接，以便获得所述磁体（10）。

Description

磁体及其制造方法

技术领域

本发明总体涉及一种用于电机的机械组件的磁体及其制造方法。本发明尤其涉及一种用于构造电机、尤其电动马达的定子、尤其定子芯及其制造方法。

背景技术

已知多种不同类型的电机和这些类机械组件的相应的多种不同变型方案。在文献US 2008/0181292 A1中就公开了一种具有环形的定子芯（stator back iron）的永磁马达。该定子芯由用铁制成的、柱体的环构成。所述环由连贯的螺旋部形成，所述螺旋部带有具有基本上矩形的横截面的、卷起的板条。在将板条尤其在其宽度上弯曲成螺旋形状时引起了高的制造费用，并且在制造板条螺旋部时弯曲半径由于断裂强度和变形受到限制。

文献US 2005/0073210 A1则描述了一种类似的结构方案。

此外，已知这样的机械组件、尤其不带导槽的定子或转子芯的其他形式及其制造方法，尤其由堆叠的冲压环构成的、由相互交错的环段例如由60°环段构成的或者由卷出的或深冲的管构成的、环形的板组或板堆。这样的机械组件的不同形式分别与特定的优点和缺点结合在一起。

发明内容

根据本发明规定了按照权利要求1所述的、用于制造用于电机的机械组件的电磁体、尤其定子或转子的磁轭的方法以及根据权利要求12所述的软磁体、尤其定子或转子还有其他并列权利要求的主题。

本发明的其他设计方案在从属权利要求中给出。

根据第一方面，规定了一种用于制造用于电机的机械组件的磁体、尤其定子或转子的磁轭的方法，所述方法具有以下步骤：

a）将具有绕组的线圈组以至少一层的形式提供到绕组体上，所述绕组具有至少一个由软磁材料构成的导线；并且

b）密封所述绕组，从而使得所述至少一个导线的邻近的线匝以下述方式变形：即所述线匝至少部分地形状锁合地或材料锁合地相互连接，以便获得所述磁体。

上述的方法的构思在于，通过将具有带有至少一个由软磁材料构成的导线的绕组的线圈组以至少一层的形式提供到绕组体上并且随后密封所述绕组来制造磁体。在此，所述至少一个导线的相互邻近的线匝以下述方式变形：即所述线匝至少部分地形状锁合地或材料锁合地相互连接，以便获得所述磁体。如果所述线匝相互邻接地构造，那么尤其产生形状锁合的连接。

以这种方式可行的是，这种具有良好磁性的磁体在能够灵活地设计其几何形状的同时还能够成本低廉地进行制造。与环冲压和堆叠冲压环相比，材料利润在本方法中相对有利。尤其与堆叠相互错开的环段相比，装配费用相对较低。

在制造板条螺旋部时通过将板条尤其在其宽度上弯曲成螺旋形状所引起的高的制造费用和由断裂强度和变形所限制的弯曲半径能够利用本方法来避免，因为能够通过选择层数确定磁体的任意厚度。与由卷出的或深冲的管构成的结构方案相比，以这种方式制造的、用于机械组件的磁体具有更小的磁损，因为涡流的构造沿轴向的方向被限制，但是允许具有基本上低的磁阻的磁通量。

不同于所公开的用于制造板带螺旋部的方法，其中板条被加工成带并且在卷绕过程中在条宽上被卷绕成螺旋弹簧，这里公开的方法则不需要紧接着卷绕过程在圆筒长度上安置多个线形的焊缝，以便给予所述板带螺旋部足够的形状稳定性。因为代替具有矩形的横截面的板条，导线也能够以多层的形式设置，所以绕组半径不会被板条的断裂强度所限制。

所述方法能够利用几乎所有的常见的导线形状、尤其导线横截面得以实施。因此，成本优势不仅在材料购置方面而且在制造过程中、例如通过所述机械组件的流水线制造得以实现。对于新的方法来说所需要的制造技术的重要的步骤、尤其线圈卷绕原则上很好地公开了。由制造技术的领域所公开的、尤其可伸缩性的优点能够由此有益于所述新的方法。

结合本发明的公开内容，磁体能够被理解为一种具有软磁性的本体、尤其一种由软磁材料构成的本体。

尤其使用由铁制成、优选由软铁制成、由具有低碳组分和/或具有硅添加物、镍铁、铝铁、铝硅铁合金或钴铁合金的钢制成的导线。

根据一种实施方式，密封能够通过沿着线圈组的周向围绕着绕组体辊压线圈组来实现。这里所考虑的辊压方法对本领域技术人员而言原则上是很好地公开的，这简化了作为在这里公开的方法的框架之中的步骤将所述辊压方法用于密封的应用方案。根据所计划的应用方案、尤其根据是否期望尽可能各向同性的磁性（所述各向同性的磁性主要由非晶粒定向的材料获得），或者是否期望材料的有针对性地引入的各向异性，以便尤其最小化磁滞损耗和/或以便提高相对的导磁性，能够预先安排将冷辊压还是热辊压用于在材料中产生期望的晶粒结构。

此外，所述绕组能够包括至少两个具有不同导线直径的导线。由此，尤其在导线具有圆形的横截面的情况下能够提高（还未密封的线圈组的）填充因子，也就是说用导线填充的横截面面积与通过线圈组的高度定义的横截面面积的比例。这尤其适用于下述情况：导线直径以下述方式选择，即具有较小直径的导线的线匝配置于在具有较大直径的导线的邻近的线匝之间的中间空间中并且尽可能好地填充该中间空间。

根据一种实施方式，所述绕组体能够具有柱体的形状、尤其圆柱体的形状，线圈组贴紧在所述绕组体上，从而使得所述线圈组通过在所述绕组体与辊压装置之间挤压所述线圈组得以密封。将所述线圈组卷绕到柱体的绕组体上，尤其当所述绕组体具有基本上圆柱体的形状时，会导致基本上（圆）柱体的线圈组或者具有基本上（圆）柱体的围面的线圈组，由此能够显著地优化并且简化辊压过程。

根据一种实施方式，至少一个导线用电绝缘的涂层包覆。对此，优选使用电绝缘的合成材料，所述合成材料优选由聚氨酯、聚酯、聚酯酰亚胺、聚酰亚胺组成或者优选具有这些材料中的一种。这种有涂层的导线对本领域技术人员而言也作为漆包线而公开。优选使用具有软磁性导线材料的漆包线。

优选地，至少一个导线设有、优选包覆所谓的烤漆或粘合漆，从而使得所述线圈组的单个导线线匝在卷绕到所述绕组体之后能够优选通过加热相互烘烤或者通过溶解器件的作用相互连接。以这种方式能够在密封所述线圈组之前就已经实现或者促成所述线圈组的邻近的线匝的形状锁合的连接。

烤漆导线能够例如在180℃到220℃之间的温度下烘烤。借此形成的连接在机械方面通常能够承受比用其他漆产生的连接更高的负荷。

所述烘烤能够在卷绕过程期间利用热空气又或者在炉子中通过对所制造的线圈组进行热处理来导入。此外，为了烘烤所需要的加热能够在辊压过程（所谓的热辊压或高温辊压）期间进行。利用通过所述线圈组的线匝所传导的电流进行电阻烘烤也是可行的。适合的电流强度取决于导线直径和绕组的大小。

此外，所述至少一个导线能够用能够塑性变形的材料构造。所述至少一个导线的材料的可塑性变形性能够以下述方式进行选择：所述导线在密封时填充线圈体的中间空间，这对应于几乎100%的填充因子。所述材料优选具有塑性，从而使得不会由于密封而在材料中出现断裂。

所述至少一个导线优选能够具有圆形的横截面。这样的导线尤其能够以市场上在软磁材料和漆方面具有众多选择的漆包线的形式而成本低廉地提供。将这样的导线加工成线圈组对本领域技术人员而言是原则上很好地公开的。根据另一实施方式，所述至少一个导线能够具有圆形的或者蛋形的（oval）、尤其椭圆形（elliptisch）的横截面。

根据一种实施方式，所述线圈组能够在所述线圈体的线匝之间具有中间空间，其中所述至少一个导线优选以下述方式卷绕到所述绕组体上：即使得用所述导线填充的横截面面积与通过所述线圈体的高度定义的横截面面积的比例产生在60%到90%之间、优选在70%到85%之间。

根据一种实施方式，所述软磁体构造为具有定子齿的定子的磁轭。

根据第一方面规定了用根据所描述的实施方式之一所述的方法制造的软磁体、尤其定子或用于定子的轭。

此外规定了将这样的成果应用于制造电机的应用和这样的电机。

附图说明

接下来将根据附图对本发明的实施方式作进一步阐述。其中：

图1A-1B示出了卷绕到绕组体上的线圈组在密封之前和密封之后的示意图；

图2A-2B 示出了卷绕到绕组体上的线圈组在密封之前和密封之后的示意图；

图3示出了卷绕到绕组体上的、多层的线圈组在密封之前的示意图；

图4 示出了具有密封步骤的磁体的制造的示意图；

图5 示出了用于电机的定子的示意性的横截面示图；并且

图6 示出了用于电机的转子的示意性的横截面示图。

具体实施方式

图1A示出了线圈组S，其中具有第一直径的第一导线2或具有相同的第一直径的多个第一导线2以多个单个导线线匝3的形式卷绕到绕组体1上。图1B示出了在图1A中所制造的线圈组S在其密封之后的情况。所述第一导线2在密封之后在其横截面方面变形。单个导线线匝3之间在密封之前存在的中间空间4能够在密封之后完全地或部分地缩小或者消失。通过密封构造成连续的元件10，所述元件能够用作作为电机中的机械组件而使用的磁体。

图2A示出了另一线圈组S'，其中第一导线2和具有不同的直径的第二导线5卷绕到绕组体（1）上。在此，所述第二导线5的第二直径小于所述第一直径。图2B示出了在图2A中示出的线圈组在密封之后的情况。所述导线2、5能够在密封之后在其截面方面变形。导线绕组之间在密封之前存在的中间空间能够在密封之后完全地或部分地缩小或者消失。所述另一线圈组S'在密封之后优选密封成紧凑的磁体。

在缠绕所述绕组体时，所述第一导线2以相互邻近的线匝的形式安置到所述绕组体上，从而使得所述线匝接触或者相互具有间距，所述间距沿轴向方向小于导线直径的15%、优选小于10%、尤其优选小于5%。由于所述导线2的非矩形的横截面，在线圈体（S、S'）的线匝之间产生了中间空间。所述导线2的横截面形状优选以下述方式选择：即使得线圈组S、S'的、用导线填充的横截面面积与通过所述线圈体的高度定义的横截面面积的比例产生在60%到90%之间、优选在70%到85%之间。

图3示出了由具有圆形的横截面的第一导线2围绕着所述绕组体1卷绕的线圈组在密封之前的情况。对此，所述第一导线2优选以多层的形式卷绕到柱体的绕组体1上。为了提高（还未密封的线圈组的）填充因子，两个上下放置的层能够沿轴向方向相互错开地布置、尤其错开了半个导线直径。

通过密封将邻近的导线2、5的外表面朝向彼此挤压，从而使得所述导线以下述方式处于相互接触之中：即产生形状锁合的或材料锁合的连接。所述导线的外表面之间的界面能够在此不规则地变形并且这样相互嵌入。

所述线圈组S、S'能够由具有一个或多个导线2、5的绕组提供，所述导线具有电绝缘的涂层。通过密封，邻近的导线2、5的电绝缘的涂层相互连接并且由此形成磁体10的所述构造，因为软磁性导线2、5相互紧密地连接并且获得低的磁阻。同时，通过保留电绝缘的涂层，在邻近的线匝之间产生电绝缘。

如在图4中所示出的那样，所述线圈组S、S'在卷绕过程之后能够优选通过辊压形变成紧凑的磁体10，所述磁体能够作为电机中的机械组件的一部分而使用。

图4示出了一种用于制造用于电机的机械组件的磁体10、尤其定子的磁轭的方法。在图4中示出了步骤：

a）将具有绕组的线圈组S、S'以至少一层的形式提供到绕组体1上，所述绕组具有由软磁性材料构成的、至少所述第一导线2和可选地具有更小的直径的第二导线5；并且

b）用压辊6密封所述绕组，从而使得至少一个导线2的邻近的线匝以下述方式变形：该线匝至少部分地形状锁合地或材料锁合地相互连接，以便获得所述磁体10。

所述密封能够通过沿着所述线圈组的周向围绕着所述绕组体1借助于所述压辊6辊压所述线圈组来实现。线匝方向在此优选与所述压辊6的转动方向相反。

图5示出了具有磁体10的定子，所述磁体例如根据上面所描述的方法制造。在所述磁体10的内部沿周向U相互错开地布置着由软磁材料构成的单个定子齿11。

图6示出了用于电机的、具有柱体的磁体10的转子，在所述磁体的外围面12上例如通过粘接固定有优选构造为壳式磁体的永磁体13。所述永磁体13能够以其形状适配所述磁体10的表面。

Claims

1.用于制造用于电机的机械组件的电磁体（10）的方法，其中所述电磁体（10）是所述电机的定子或转子的磁轭，所述方法具有以下步骤：

a）将具有绕组的线圈组（S、S'）以至少一层的形式提供到绕组体（1）上，所述绕组具有至少一个由软磁材料构成的导线（2）；

b）密封所述绕组，从而使得所述至少一个导线（2）的邻近的线匝以下述方式变形：即所述线匝至少部分地形状锁合地或材料锁合地相互连接，以便获得所述电磁体（10），其中所述密封通过用压辊（6）沿着所述线圈组（S、S'）的周向围绕着所述绕组体（1）辊压所述线圈组（S、S'）来实现。

2.按权利要求1所述的方法，其中所述线圈组（S、S'）通过卷绕至少两个具有不同的导线直径的导线（2、5）来制造。

3.按上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述绕组体（1）具有柱体的形状，并且所述线圈组（S、S'）贴紧地卷绕在所述绕组体（1）上，其中所述线圈组（S、S'）通过在所述绕组体（1）与辊压装置之间挤压所述线圈组（S、S'）得以密封。

4.按权利要求3所述的方法，其中所述辊压装置是压辊（6）。

5.按权利要求1或2所述的方法，其中提供具有绕组的线圈组（S、S'），所述绕组具有带有电绝缘的涂层的导线（2、5）。

6.按权利要求1或2所述的方法，其中提供具有绕组的线圈组（S、S'），所述绕组具有至少一个由能够塑性变形的材料构成的导线（2、5）。

7.按权利要求1或2所述的方法，其中提供具有绕组的线圈组（S、S'），所述绕组具有至少一个带有圆形的横截面的导线（2、5）。

8.按权利要求1或2所述的方法，其中提供具有绕组的线圈组（S、S'），所述绕组具有至少一个带有蛋形的横截面的导线（2、5）。

9.按权利要求1或2所述的方法，其中所述线圈组（S、S'）在所述线圈组（S、S'）的线匝之间具有中间空间。

10.按权利要求9所述的方法，其中所述至少一个导线（2）以下述方式卷绕到所述绕组体（1）上：即使得用所述导线（2、5）填充的横截面面积与通过所述线圈组（S、S'）的高度定义的横截面面积的比例产生在60%到90%之间。

11.按权利要求9所述的方法，其中提供下述线圈组（S、S'），所述线圈组具有至少一个导线（2、5）的材料的可塑性变形性，从而使得所述至少一个导线（2、5）的线匝在密封时填充所述线圈组（S、S'）的中间空间。

12.按权利要求1或2所述的方法，其中所述定子构造有定子齿。

13.利用按权利要求1-12中任一项所述的方法制造的电磁体。

14.按权利要求13所述的电磁体，其中所述电磁体是定子或转子。

15.将按权利要求13或14所述的电磁体应用于制造电机的应用。

16.具有按权利要求13或14所述的电磁体的电机。

17.用于具有按权利要求13或14所述的电磁体的电机的转子，其中在所述电磁体（10）的外表面上安置了多个永磁体（13）。