CN107408863B - 用于电机的可膨胀的槽封闭 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于封闭电机(E)的定子(S)或转子(R)的凹槽(2)的封槽装置(7)，其具有封闭元件(4)，该封闭元件具有铁磁性材料并且沿着封闭元件(4)的纵延伸方向具有额定弯折区域(9)，经由这个额定弯折区域将两个相互之间以小于180°的钝角(11)布置的支腿区域(10)连接。所述凹槽(2)应能够利用少量的工作步骤封闭。为此在所述支腿区域(10)的相应的边沿(14)上分别布置有粘合层(5)，并且所述粘合层(5)设置用于通过加热来硬化。

Description

用于电机的可膨胀的槽封闭

技术领域

本发明涉及一种用于封闭电机的定子或转子的凹槽的封槽装置。通过这种封槽装置可以将导电元件、例如用来构成三相电流绕组的铜棒固定或保持在凹槽中。属于本发明的还有一种可以构造成定子或转子的装置，以及一种用于封闭定子或转子的凹槽的方法。

背景技术

电机的凹槽用于容纳绝缘的导电元件或这种导电元件的布置。这些凹槽通常具有槽开口，这些槽开口朝向电机的气隙。经由槽开口可以在生产电机时将导电元件置入凹槽中。尤其是在高压机中，伴随着所谓的敞开的凹槽工作，其中，槽开口延伸过整个槽宽。

槽开口必须在置入导电元件之后被封闭，才能防止导电元件在电机运行期间从凹槽中爬升。通常利用固定的封闭元件、所谓的槽楔实现槽封闭。这些槽楔例如可以由技术上的层压材料通过机械加工制成。它们刚好可以由热塑性的或者热固性的型材通过连续挤压或浇铸制成。

封槽材料可能是不可磁化的复合材料，因此不能有效地有助于定子的可磁化性，由此使得功率因子、效率和升温从而电阻损耗可能具有不利的值。

为了改良槽开口区域内的磁通引导，槽封闭可以部分地实现为软磁的，例如借助被铁填充的铁磁性层压材料。一种这样的封槽装置例如由EP 2706 649A1中公知。

软磁性的封槽装置的主要缺点是，由于使用了硬材料，不能确保在凹槽内的持久固定，因为软磁性材料由于机器运行时的磁交替负荷结合热负荷、热机械交替负荷和环境影响发生自身运动，封槽装置可能因为这种自身运动被甩掉。

由EP 2 706 649 A1中公知，让槽楔机械地变形，让它由此在凹槽内膨胀开。同时也可以在槽楔和槽壁之间夹入一个电绝缘层。此时必须在槽楔的膨胀期间耗费成本地将绝缘层固定住。

发明内容

本发明的目的在于，用少的时间耗费封闭电机的凹槽。

本发明包含一种用于封闭电机的定子或转子的凹槽的封槽装置。作为转子，例如可以设置线性马达的转子或者旋转电机的转子。所述封槽装置具有的封闭元件含有铁磁性材料、例如铁。此外，所述封闭元件还具有沿着封闭元件的纵向延伸方向延伸的额定弯折区域，经由它将两个相互之间以小于180°的钝角布置的侧翼或支腿区域连接。换句话说，所述封闭元件在纵向上折弯。所述封槽装置就可以被推入定子或转子的凹槽内，并且在那里被展开，从而让该角变大。由此可以让封槽装置夹紧在或者楔入在凹槽中。

在根据本发明的封槽装置中，所述封闭元件以如下方式预先批量生产，即，它能够以低工作耗费布置并固定在凹槽中。为此，在支腿区域的各个边沿上分别布置了一个粘合层。换句话说，粘合层分别布置在支腿区域的一个外边沿上。所述粘合层被构造用于通过加热来硬化。粘合层的升温或加热使得粘合层再次软化或液化。紧接着粘合胶交联或聚合并且硬化，而不能再次软化。用于粘合层的粘合材料例如可以以热固性塑料为基础，尤其是以环氧化物或环氧化物的衍生物为基础。在封闭元件上也可以布置多个所述类型的粘合层。

属于本发明的还有许多改进方案，通过它们得到额外的优点。

根据一种改进方案，粘合层具有以活性树脂为基础的、处于B状态的粘合材料。换句话说，粘合材料部分地硬化。由此得到以下优点，即，粘合层的粘合材料是自粘附的，也就是说，不会从封闭元件向下流或流走。

根据一种改进方案，B状态的再软化温度被设定在50℃到250℃、优选地在50℃到150℃之间、尤其是70℃到120℃之间的范围内的一个值。高于50℃的、例如70℃的再软化温度具有以下优点，即，避免了塑料例如在向用于电机的工厂运输封槽装置时意外地软化。对再软化温度的设定可以通过相应地选择活性树脂得以实现。

根据一种改进方案，所述封闭元件在额定弯折区域内的横截面相比支腿区域变细地构成。由此以有利的方式产生一个额定折弯部位。

根据一种改进方案，支腿区域的边沿是作圆的。换句话说，边沿具有作圆的横截面轮廓。相应的圆形的半径尤其是大于0.5厘米。通过圆形避免了封闭元件在展开时楔入凹槽中。换句话说，作圆的边沿构成球体关节的球形头。由此确保了在封闭元件机械地变形时的引导和定向。

根据一种改进方案，粘合层具有一种颗粒和/或粉末。它们由电绝缘的填充物构成。颗粒和/或粉末的平均粒度可以在5纳米到50微米的范围内。作为填充材料可以提供无机的或者有机的材料。通过提供电绝缘的、由固体制成的填充材料得到以下优点，即，让由铁磁性材料制成的封闭元件在布置在凹槽中并展开以后仍然还是与槽壁间隔开，也就是说与定子或转子的叠片组间隔开。由此避免了形成在一方面封闭元件和另一方面叠片组之间延伸的电流路径。这避免了因为感应电流造成的损耗。

所述填充物根据一种改进方案具有单峰的粒度分布并且根据另一种改进方案具有多峰的粒度分布。单峰的粒度分布具有以下优点，即，封闭元件在展开时以低阻力滚过个别的粒状颗粒或粉末颗粒。多峰的粒度分布具有以下优点，即，即使在大颗粒破裂时也还留下了较小的颗粒，封闭元件可以滚过这些较小的颗粒。

根据一种改进方案，作为填充物提供了无机的、粉末的固体，像例如石英粉、滑石粉或者其他的金属氧化物。它们能够不起反应地与所描述的粘合部位组合，以实现所述优点。根据一种改进方案，作为填充物安排了有机的固体，像例如聚合的微小球体。

根据一种改进方案，所述封闭元件、例如槽楔具有相对电绝缘的、铁磁性的金属片层。每个金属片层的相应的延伸层垂直于封闭元件的纵向延伸方向地取向。换句话说，封闭元件的金属片层在布置在定子叠片组或转子叠片组中以后与定子或转子的叠片组的金属片层共面或平行。由此得到以下优点，即，即使在封闭元件中也不可能在电机运行时感应出涡流。

根据一种改进方案，以如下方式设定所述钝角的值，即，让包含在封闭元件中的粘合材料在封槽装置展开时通过增大这个角却保持不受损坏。换句话说，如此在封闭元件展开时对变形路径限界，即，避免了粘合材料的失效或断开。所述粘合材料例如可以是用于粘合并电绝缘所述金属片层的背漆。

封槽装置可以独立于转子或定子提供，也就是说，它构造成零配件用于制造定子或转子。在定子或转子中装入根据本发明的封槽装置以后，得到一种同样也属于本发明的装置，这个装置构造成用于电机的定子或转子，其中，在所述装置的至少一个凹槽中布置了三相电流绕组的导电元件，并且这个凹槽利用根据本发明的一种实施方式的槽楔封闭。作为转子，所述装置可以以所描述的方式构造成转轮或者线性马达的转子。

属于本发明的还有一种用于封闭电机的定子或转子的凹槽的方法。提供了根据本发明的封槽装置的一种实施方式，并且封槽装置布置在凹槽中。所述封槽装置被施加例如可以作用于额定弯折区域的力。这个力可以朝向凹槽的槽底部。借助这个力让凹槽中的封闭元件通过塑性变形展开。所述封闭元件此时可以支撑在凹槽的槽壁中的棱边或台阶上。棱边或台阶可以分别由下凹或凹槽或者槽壁中的各一个中的留空部构成。

完成封槽装置的粘合层的升温，从而让这个粘合层起化学反应并硬化，且不能够再次软化。

根据一种改进方案，以如下方式选择封槽装置的尺寸，即，使得封槽装置包括粘合层的横截面小于凹槽的相对应的槽横截面。由此防止了在沿着转子或定子的轴向将封槽装置推入凹槽时，粘合层刮擦到凹槽的槽壁。

布置在凹槽中的封闭元件根据一种改进方案就凹槽的槽壁而言无触碰地布置在凹槽中。由此得到以下优点，即，槽壁相对于封闭元件电绝缘。因此，防止了一方面在定子或转子的叠片组和另一方面封闭元件之间形成电流路径。因此不可能感应出一方面在封闭元件并且另一方面在叠片组之间流动的涡流。

根据一种改进方案，粘合层的升温可以通过空气循环炉中的热处理和/或通过封槽装置的封闭元件的和/或定子/转子的感应式升温实现。通过让封闭元件和/或定子/转子的叠片组升温，得到以下优点，即，让热量均匀分布，从而让粘合层能够完全转为硬化的状态。

根据一种改进方案，所述封闭元件由金属片段制成，它们在用于电机的叠片组的金属片中冲裁凹槽横截面时制成。由此得到以下优点，即，在制造电机时减少金属片的废品率或浪费。

属于本发明的还有根据本发明的方法的改进方案，它们具有已经结合根据本发明的封槽装置的改进方案得以描述的特征。出于这个原因，在此不再重复描述根据本发明的方法的相应的改进方案。

附图说明

下面描述了本发明的一种实施例。为此示出：

图1是具有根据本发明的装置的一种实施方式的电机的示意图；

图2是凹槽的示意图，它可以位于图1所示的电机的定子或转子中；

图3是封槽装置的示意图，利用它刚好可以封闭图2所示的凹槽；

图4是由图3所示的、处于交货状态下的封槽装置的示意图。

具体实施方式

以下阐述的实施例是本发明的一种优选的实施方式。在这种实施例中，这种实施方式的所描述的组件分别是本发明的单个的、要相互独立观察的特征，这些特征分别也相互独立地改进本发明，并且因此也要单独地或者以所示不同的组合方式视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也可以通过本发明的其他已经描述的特征得以补充。

在这些图中，功能相同的元件分别配有相同的附图标记。

在图1中示出了一个电机E的纵剖面，其中，它可以是同步电机或异步电机。在图1中，旋转轴A也是图示的对称轴。电机E包含一个定子S，其中布置了电线圈的绕组W，其中，在图1中仅示出了其中一个绕组W。绕组W可以由导电元件，例如金属线或金属棒构成。绕组W通过三相电源C交替地通电，由此在定子S的内部在电机E的气隙L中形成旋转磁场。三相电源C例如可以是变流器或者是频率固定的供电网。

在定子S的内部有一个转子R，它与轴D抗扭地连接。轴D围绕着旋转轴A可旋转地支承在定子S中。在转子R中同样也可以布置由导电元件构成的绕组W。

转子R和/或定子S可以分别是根据本发明的装置的一种实施方式。

图2示出了来自横截面的一个截取部，其中，它可以是定子S的或转子R的横截面。在定子或转子的叠片组1中可以设置凹槽2，在图2中为了概览起见仅仅示出了其中一个凹槽。这个凹槽2的一个纵向延伸方向与旋转轴A平行。它垂直于图2所示的绘图平面。

在凹槽2中可以布置其中一个绕组W，也就是说，绕组W的导电元件3在凹槽2内在轴向上延伸。为了概览起见，在图2中仅仅只有几个导电元件3配有附图标记。凹槽2朝向气隙L通过封闭元件4被封闭，封闭元件通过硬化的粘合层5保持在凹槽2的下凹6中。粘合层5如此之厚，使得封闭元件4无缝隙地保持在下凹6中。然而，封闭元件4可以连同尚未硬化的粘合层5在一个唯一的工作步骤中被推入凹槽2，其中，所述封闭元件4连同粘合层5已经在轴向上从叠片组1的轴向末端出发沿着下凹6的纵向延伸方向被推入凹槽中。

为此，已经提供了封闭元件4连同粘合层5一起作为封槽装置7，正如其在图3和图4中所示的那样。通过将相对电绝缘的铁磁性的金属片层8堆叠在一起或者上下堆放并被，由此可以制成封闭元件4。在图4中，为了概览起见，只有其中几个金属片层8配有附图标记。金属片层的绝缘和粘合可以借助所谓的背漆完成。这本身从叠片组的，如叠片组1的生产制造中公知。在封闭元件4上布置了粘合层5，其中，粘合层5的粘合材料处于B状态，也就是部分聚合的状态。由此使得粘合层5保持附着在封闭元件4上，并且例如不从封闭元件4上滴落。所述封闭元件4能够以所述的方式在轴向方向上推入下凹6中。

为了能够将封槽装置7无碰撞地推入凹槽2中，封闭元件4沿着它纵向、也就是在轴向上推入时折弯。所述封闭元件4为此具有额定弯折区域9，两个支腿区域10经由这个额定弯折区域连接。在额定弯折区域9中，封闭元件的横截面，正如其在图2、图3和图4中所示的那样，具有变细处。换句话说，封闭元件4在额定弯折区域9中比支腿区域10更窄。支腿区域10因为额定弯折区域9中的折弯而相互之间以夹角11布置，这个夹角构成小于180°的钝角。换句话说，支腿区域10的纵轴12、13相互之间以夹角11地取向，正如其在横截面轮廓中体现的那样。通过折弯使得封闭元件4以隆起的方式构建。

在将封槽装置7推入凹槽2中以后，支腿区域10的末端14分别伸入一个下凹6。在末端14上分别布置了一个粘合层5。

在粘合层5的粘合材料15中可以布置填充材料17的填充材料元素16。这些填充材料元素16是电绝缘的。所述填充材料元素16例如可以是粒状的或者粉末的颗粒，例如石英砂或石英粉的颗粒。通过填充材料17，正如在图2中所示的那样，使得封闭元件4与凹槽2的槽壁间隔开地布置在下凹6的区域内。

通过向槽底部的方向为封闭元件4施加力F，使封闭元件4展开。换句话说，额定弯折区域塑性地变形。由此使得角11变大，直到封闭元件4具有在图2中所示的外形，从而连同下凹6一起构成形状配合体，由此阻挡封闭元件4朝着气隙L的方向的运动。此外，封闭元件4以如下方式夹在凹槽中，即，使得它在轴向上也固定住。角11以如下方式选择，即，在封闭元件4机械变形时，变形路径或者变形纵度受限，从而防止粘合材料层剪断和金属材料层8短路。

填充材料17使末端14在下凹6的表面上的滑动或滚动简化或者简易。展开过程的进一步简化是通过末端14的作圆实现的。末端14的圆形的半径18尤其是大于0.5厘米。在下凹6的区域内，槽壁同样也可以具有圆形。这些圆形的半径尤其是等于或者大于末端14的圆形的半径18。通过将槽楔的侧翼和叠片组槽的侧翼作圆，得到球体关节，由此确保了在封闭元件机械变形时的引导和定向。通过变形让侧翼精确地适配凹槽的几何造型。粘合材料在这里用作附加的固定，然而主要用作槽楔相对于电机的叠片组的绝缘体。

紧接着加热所述粘合层。

封槽元件7的横截面的大小与叠片组相配合、尤其是与凹槽2在下凹6区域内的槽宽相配合。下凹6构成给封闭元件的轨道。在推入封槽元件7时，基于叠片组1的个别电金属片的叠片组错位，使得粘合材料在推入时被刮擦到，由此可能无法确保封闭元件的必要的平面粘合。因此将封槽元件的尺寸如此小地选择，即，让封槽元件7连同它的粘合层5比下凹6区域内的凹槽2更细或者具有更小的尺寸。由此能够在不刮擦粘合材料的情况下将封槽装置7推入凹槽2。通过让封闭元件4展开并且让粘合层5在冷却后具有硬化的状态，却让封闭元件4牢固地坐落在凹槽中。。

在将封槽装置7推入凹槽以后，封槽装置7可以利用非磁性的封槽楔固定在轴向的叠片组末端上，从而将其暂时固定住，直到封闭元件4展开并且粘合层5暂时硬化。粘合层5的聚合可以通过空气循环炉中的热处理或者通过封槽装置7的感应式升温完成或实现。

通过提供连同粘合层5预先批量生产的封闭元件4，也就是通过提供封槽装置7，得到固定的磁性封槽楔、也就是封闭元件在电机中的一种简单的应用流程。确保了槽楔不仅在叠片组的轴向尺寸上而且在其径向尺寸上的完全连接。甚至可以实现转入配合的改进。在此，流程步骤的数量最小化，因为不需要施加额外的粘合剂。

通过封闭元件4的分层，在通过使用分层的背漆金属片同时提升热学的和机械的鲁棒性的情况下得到更高的磁利用率。通过为了准备金属片层8而使用在将凹槽2的造型体冲裁成叠片组1的各个金属片时产生的金属片部分，可以实现对叠片组截取段的几乎全部的利用。

总的来说，这个例子示出了，可以如何通过本发明提供一种可塑性变形的、粘入的、磁性槽封闭。

Claims (17)

1.一种用于封闭电机(E)的定子(S)或转子(R)的凹槽(2)的封槽装置(7)，所述封槽装置具有封闭元件(4)，所述封闭元件具有铁磁性材料并且沿着所述封闭元件(4)的纵延伸方向具有额定弯折区域(9)，经由所述额定弯折区域将两个相互之间以小于180°的钝角(11)布置的支腿区域(10)连接，其特征在于，在所述支腿区域(10)的相应的边沿(14)上分别布置有粘合层(5)，并且所述粘合层(5)设置用于通过加热来硬化，其中，所述封闭元件(4)的横截面在所述额定弯折区域(9)中相比所述支腿区域(10)变细地构成，所述封闭元件(4)通过硬化的所述粘合层(5)保持在凹槽的下凹(6)中，其中，所述粘合层(5)具有由电绝缘的填充物(17)构成的颗粒和/或粉末。

2.根据权利要求1所述的封槽装置(7)，其中，所述边沿(14)具有作圆的横截面轮廓。

3.根据权利要求2所述的封槽装置(7)，其中，相应的圆形的半径(18)大于0.5厘米。

4.根据权利要求1所述的封槽装置(7)，其中，所述填充物(17)具有单峰的或者多峰的粒度分布。

5.根据权利要求1所述的封槽装置，其中，所述填充物(17)具有石英砂。

6.根据权利要求4所述的封槽装置，其中，所述填充物(17)具有石英砂。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的封槽装置(7)，其中，所述粘合层(5)具有基于反应树脂的、处于部分聚合的状态(B)的粘合材料(14)。

8.根据权利要求7所述的封槽装置(7)，其中，所述部分聚合的状态(B)的再软化温度具有在从50℃到250℃的范围内的值。

9.根据权利要求8所述的封槽装置(7)，其中，所述再软化温度具有在从50℃到150℃的范围内的值。

10.根据权利要求9所述的封槽装置(7)，其中，所述再软化温度具有在从70℃到120℃的范围内的值。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的封槽装置(7)，其中，设定所述钝角(11)的值，使得包含在所述封闭元件(4)中的粘合物在所述封槽装置(7)展开时通过增大所述钝角(11)保持不受损坏。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的封槽装置(7)，其中，所述封闭元件(4)具有相对电绝缘的、铁磁性的金属片层(8)，其中，每个金属片层(8)的一个相应的延伸平面垂直于所述封闭元件(4)的纵延伸方向地取向。

13.一种构造成用于电机(E)的定子(S)或转子(R)的装置，其中，在所述装置的至少一个凹槽(2)内布置了三相电流绕组(W)的导电元件(3)，并且所述凹槽(2)利用根据权利要求1至12中任一项所述的封槽装置(7)封闭，所述封槽装置的粘合层(5)膨胀并且硬化。

14.一种用于封闭电机(E)的定子(S)或转子(R)的凹槽(2)的方法，

-提供根据权利要求1至12中任一项所述的封槽装置(7),

-将所述封槽装置(7)布置到所述凹槽(2)中，

-向所述封槽装置(7)施加力(F)，借助所述力使所述凹槽(2)内的所述封槽装置(7)通过塑性变形而展开，

-使所述封槽装置(7)的所述粘合层(5)升温，直至所述粘合层(5)聚合，

-冷却所述粘合层(5)。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，选择所述封槽装置(7)的尺寸，使得所述封槽装置(7)包括所述粘合层(5)的横截面比所述凹槽(2)的槽横截面小。

16.根据权利要求14或15中任一项所述的方法，其中，所述粘合层(5)的所述升温通过空气循环炉中的热处理和/或通过所述封槽装置(7)的和/或所述定子(S)/转子(R)的所述封闭元件(4)的感应式升温实现。

17.根据权利要求14或15中任一项所述的方法，其中，所述封闭元件(4)由金属片段(8)构成，所述金属片段在用于电机(E)的叠片组(1)的金属片中冲裁凹槽横截面时制成。