CN107408864A - 用于电机的自粘式封槽装置 - 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。所述凹槽(2)应能够利用少量的工作步骤被封闭。为此在所述封闭元件(4)上布置了粘合层(5)，这个粘合层具有可热激活地构造的用于电机(E)的叠片组(1)的金属片中冲裁凹槽横截面时制成发泡介质(9)，并且其被设置用于通过加热(H)胀大和硬化，由此使得它即使在粘合体的紧接着的冷却以后也保持它的增大的体积量。

Description

用于电机的自粘式封槽装置

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 649 A1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DE 15 38 935 A中在此公知，将槽楔连同一个塑料部件插入凹槽中，其中，塑料部件设置用于在升温时增大它的体积量并且即使在紧接着的冷却过程中仍然保持增大的体积量。这种布置方式的缺点在于，为了封闭一个槽，必须要在能够通过加热这个塑料部件进行固定之前，将塑料部件准确地布置在槽壁和槽楔之间。这让将槽楔布置到凹槽中的工作步骤耗费很大。

由JP S56 161486 A中得到一种用于利用粘合体层叠木层的方法以及拼接这些层叠的木层。这些木层通过热输入用挤压拼接在一起。在此期间，粘合体硬化。粘合体本身包含微小球体。

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。

所述目的通过独立权利要求所述的内容得以解决。本发明的有利改进方案通过从属权利要求所述的特征得到。

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。

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，在封闭元件上布置了一个粘合层。这个粘合层具有可热激活地构造的发泡介质。换句话说，一旦达到或超过某个预定的膨胀温度，发泡介质的元件就膨胀。此外，粘合层构造用于进行热硬化。换句话说，三个流程起到让粘合层升温或加热的作用。首先，完成粘合胶的再次软化或液化并且同时让发泡介质膨胀，紧接着是粘合胶的浸润或聚合，由此还在紧接着的冷却之后让粘合层保持它增大的体积量。粘合层通过加热胀大并且硬化。用于粘合层的粘合体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。所述封闭元件能够以本身公知的方式例如构造成具有梯形的横截面，也就是说，构成用于封槽的真正的槽楔。在封闭元件上也可以布置多个所述类型的粘合层。

根据本发明，所述粘合层具有至少一种膨胀元素作为发泡介质。所述膨胀元素具有至少一个封闭的、被气体填充的空腔。作为膨胀元素例如可以提供空心球或者细孔封闭的泡沫。由此得到以下优点，即，起到机械膨胀的作用而不是化学膨胀。化学膨胀可能需要更高的膨胀温度

根据本发明，在每个膨胀元素中，空腔至少部分地通过热塑性的塑料包封。由此得到以下优点，即，通过选择塑料可以设定膨胀温度。另一个优点是，随着塑料的升温使得膨胀元素变得更软，并且由此简化或有利于膨胀。

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，相应的空腔内的气体的压力大于1.1巴，尤其是1.5巴。换句话说，气体的压力大于大气压。由此得到以下优点，即，在膨胀以后，所述膨胀元素在冷却时不收缩。

根据一种改进方案，所述至少一个膨胀元素的膨胀温度被设定在50℃到250℃的范围内，优选地在50℃到150℃的范围内，尤其是在70℃到120℃的范围内。由此得到以下优点，即，为了触发膨胀需要的温度低于用于化学膨胀的温度。如果提供了具有比所使用的附合层的液化温度更低的膨胀温度的化学发泡介质，也就可以使用化学发泡介质，例如一种颗粒，它在膨胀温度下过渡到气体形式的状态。

根据一种改进方案，准备了多个膨胀元素，其中，膨胀元素的平均直径d50在1微米到50微米范围内。平均直径尤其是高斯分布的直径分布的数字平均值。膨胀元素设置用于在膨胀的状态下具有20微米到200微米、优选地为50微米到200微米的范围内的平均直径。它确保了封闭元件在凹槽内的固定。

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平面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到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会在电机运行时感应出涡流。

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。完成封槽装置的粘合层的升温，直至升到让粘合层的至少一个膨胀元素膨胀的温度，也就是至少升到膨胀温度。粘合体(例如从B状态出发)再次软化并且在这个过程中经历与温度和时间相关的粘度最小值。在这个过程中，粘合层膨胀，并且紧接着硬化，不再能够软化。由此使得粘合层即使在紧接着的冷却以后仍然保持它的增大的体积量。

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关于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构成电流路径。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，封槽装置在布置到凹槽中以后借助凹槽中的非铁磁性的保持元件固定在凹槽的至少一个槽末端上，尤其是凹槽的两个槽末端。由此得到以下优点，即，当通过加热粘合层使粘合层中的粘合材料液化并且由此暂时失去它的支撑特性时，封闭元件相对于槽壁的相对位置也就得到了保持。

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，热量均匀分布，从而让粘合层能够完全转为硬化的状态。

封闭元件可以由金属片制成，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的电机的定子或转子中；

图3是封槽装置的示意图，利用它可以封闭图2的凹槽；

图4是粘合层的示意图，它可以由图3的封槽装置提供。

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。

在图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5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加热，由此可以制成封闭元件4。在图3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。

所述封槽装置7能够以所描述的方式在轴向上被推入下凹6中。紧接着可以加热粘合层。

在图4中示出，如何能在粘合层5中提供发泡介质9，它包含个别的膨胀元素10。在图4中，为了概览起见只有几个膨胀元素10带有附图标记。每个膨胀元素10都可以例如构造成微球体，也就是空心球11，它们例如可以由热塑性的塑料提供或制成。在空心球11中，可以在空腔12中设置气体13。气体13可以具有大于1.1巴、尤其是大于1.5巴的压力。

通过输送热量H使得粘合层5的粘合材料14变软或者液化。此外，膨胀元素10膨胀。由此使得粘合层5胀大并且紧接着硬化，由此即使在紧接着的冷却之后粘合体仍然保持它增大的体积量。产生硬化的状态15。通过胀大使得封闭元件4一方面夹入或夹紧到下凹6的相对置的壁之间并且另一方面粘合。

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。在让粘合层5在冷却以后具有膨胀的状态15的时候，封闭元件4却牢固地落坐在凹槽内。

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，直到粘合层膨胀并且粘合材料14发生聚合。热激励的膨胀和聚合作用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为电机提供粘入的磁性槽封盖。

Claims (12)

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，其中，在所述封闭元件(4)上布置了粘合层(5)，并且所述粘合层(5)具有能热激活地构造的发泡介质(9)，并且所述粘合层(5)设置用于通过加热(H)来硬化，其特征在于，在所述粘合层(5)中作为上述发泡介质(9)提供了至少一个膨胀元素(10)，所述膨胀元素具有至少一个封闭的、用气体(13)填充的空腔(12)，其中，在每个膨胀元素(10)中，所述空腔(12)都至少部分地通过热塑性的塑料(11)包封。

2.根据权利要求1所述的封槽装置(7)，其中，所述粘合层(5)具有一种以B状态(B)的活性树脂为基础的粘合材料(14)。

3.根据权利要求2所述的封槽装置(7)，其中，所述B状态(B)的再软化温度具有在50℃到250℃、优选地从50℃到150℃、尤其是70℃到120℃的范围内的一个值。

4.根据上述权利要求中任一项所述的封槽装置(7)，其中，所述空腔(12)内的所述气体(13)的压力在膨胀前大于1.1巴，尤其是大于1.5巴。

5.根据上述权利要求中任一项所述的封槽装置(7)，其中，所述至少一个膨胀元素(10)的膨胀温度在50℃到250℃、优选地在50℃到150℃、尤其是在70℃到120℃的范围内。

6.根据上述权利要求中任一项所述的封槽装置(7)，其中，提供有多个膨胀元素(10)，其中，所述膨胀元素(10)的平均直径d50在1微米到50微米的范围内，其中，所述膨胀元素(10)设置用于在膨胀的状态下具有20微米到200微米、优选地为50微米到200微米的范围内的平均直径。

7.根据上述权利要求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)的相应的延伸平面垂直于所述封闭元件(4)的纵向延伸方向地取向。

8.一种构造成用于电机(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)利用根据上述权利要求中任一项所述的封槽元件(7)封闭，所述封槽元件的粘合层(5)膨胀并且硬化。

9.一种用于封闭电机(R)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7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，

-使所述封槽装置(7)的所述粘合层(5)升温，至少直到所述粘合层(5)的至少一个所述膨胀元素(10)膨胀并且由此使得所述粘合层(5)胀大，

-使所述粘合层(5)硬化，

-使所述粘合层(5)冷却。

10.根据权利要求9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)包括所述连同粘合层(5)的横截面比所述凹槽(7)的槽横截面小。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述封闭元件(4)关于所述凹槽(2)的槽壁而言无触碰地布置在凹槽(2)中。

12.根据权利要求9或11所述的方法，其中，所述封槽装置(7)在布置到所述凹槽(2)中以后借助所述凹槽(2)内非铁磁性的保持元件固定在所述凹槽的至少一个槽末端上。