CN108134467A - 线圈的绝缘体 - Google Patents
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Abstract
一种线圈的绝缘体，具有定子芯侧膨胀材料层以及线圈侧膨胀材料层，所述定子芯侧膨胀材料层以及线圈侧膨胀材料层包括通过加热而发泡的发泡材料。定子芯侧膨胀材料层所包括的发泡材料具有如下发泡特性：伴随温度上升而增加的发泡率的增加特性比线圈侧膨胀材料层所包括的发泡材料的增加特性向低温侧偏移。
Description
技术领域
本发明涉及线圈的绝缘体，所述绝缘体介设于定子芯与线圈之间，使线圈相对于定子芯绝缘。
背景技术
旋转电机的定子(固定子)具备定子芯和组装于该定子芯的齿的线圈。为了防止定子芯与线圈的导通而在两者之间介设有绝缘体。
在日本特开平6-225489中，对绝缘体赋予了固定线圈的功能。即，绝缘体具备绝缘纸和层叠于该绝缘纸的膨胀材料层。当通过加热炉等对将绝缘体和线圈组装于定子芯而得到的定子装配体进行加热时，膨胀材料层所包括的发泡材料发泡而膨胀。通过该膨胀压力和膨胀材料层所含的粘合剂，从而线圈被固定于定子芯。通过像这样使绝缘体具有固定线圈的功能，能够省略在槽内填充清漆等粘接剂的工序，从而具有能够缩短制造时间这一优点。
发明内容
然而，若在绝缘纸的两侧，也就是线圈侧和定子芯侧设有膨胀材料层，则有可能会像以下所说明的那样因加热时的线圈与定子芯的温度差而不能充分获得线圈的固定力(保持力)。
一般而言，发泡材料的发泡率具有温度依赖性。例如图7所示，发泡材料具备如下发泡特性：从发泡开始温度T0起伴随温度上升而发泡率增加，在峰值温度Tp以后伴随温度上升而发泡率降低。
另外，在通过加热炉等对将绝缘体和线圈组装于定子芯而得到的定子装配体进行加热的情况下，在线圈与定子芯之间产生温度差。即，一般而言，与线圈相比，定子芯的质量大。另外，在线圈由铜线形成、定子芯由钢板形成的情况下，定子芯的比热相对高(难以升温)。也就是说，与线圈相比，定子芯的由质量与比热的积表示的热容量大。结果，在通过加热炉将定子装配体加热至峰值温度Tp的过程中，与线圈的温度上升相比，定子芯的温度上升产生延迟。与此相伴地，如图8上段所示，与线圈侧膨胀材料层的温度上升相比，定子芯侧膨胀材料层的温度上升产生延迟。
如图8下段以及图9上段所示，伴随定子芯侧膨胀材料层的温度上升的延迟，达到发泡开始温度T0的定时产生时间差。此外，之后线圈侧膨胀材料层的发泡率(发泡材料的反应概率)与定子芯侧膨胀材料层的发泡率也产生差异，温度相对低的一侧的定子芯侧膨胀材料层的发泡率相对低。这样一来，如图9所示，线圈侧膨胀材料层102先于定子芯侧膨胀材料层104以填埋槽106的间隙的方式膨胀，两者的膨胀率(体积增加率)不一致。尤其是线圈侧膨胀材料层102有可能会像图9下段所示那样膨胀至在设计上应由定子芯侧膨胀材料层104填埋的空间，从而成为所谓的过发泡(过膨胀)。当线圈侧膨胀材料层102的空隙率伴随过发泡而变高时，换言之，线圈侧膨胀材料层102变成低密度(空隙多)时，线圈侧膨胀材料层102的保持力降低相应的量，有可能不能充分获得线圈108的保持力。
因此，本发明提供一种线圈的绝缘体，与以往相比，该线圈的绝缘体能够减少线圈侧膨胀材料层和定子芯侧膨胀材料层的与温度差相伴的发泡率的差。
一种线圈的绝缘体，介设于定子芯与线圈之间，使所述线圈相对于所述定子芯绝缘，具备：
绝缘片，其由绝缘性材料构成；
定子芯侧膨胀材料层，其层叠于所述绝缘片的面，该层叠有定子芯侧膨胀材料层的面是在所述绝缘片介设于所述定子芯与所述线圈之间的状态下与所述定子芯相对的面；以及
线圈侧膨胀材料层，其层叠于所述绝缘片的面，该层叠有所述线圈侧膨胀材料层的面是在所述绝缘片介设于所述定子芯与所述线圈之间的状态下与所述线圈相对的面，
所述定子芯侧膨胀材料层包括通过加热而发泡的第1发泡材料，
所述线圈侧膨胀材料层包括通过加热而发泡的第2发泡材料，
所述第1发泡材料具有如下发泡特性：伴随温度上升而增加的发泡率的增加特性比所述第2发泡材料的所述增加特性向低温侧偏移。
根据本发明，定子芯侧的发泡材料具备如下发泡特性：与线圈侧的发泡材料相比，定子芯侧的发泡材料在更低的温度下开始发泡，另外，之后的发泡率的增加率也在向更低温偏离了的状态下变迁(推移)。由此，即使在与线圈相比定子芯的温度上升较缓慢从而定子芯变为相对低温的情况下，与以往相比也能够减小线圈侧的发泡材料的发泡率与定子芯侧的发泡材料的发泡率的差。
附图说明
以下，参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术上和产业上的意义，在附图中相同的附图标记表示相同的要素，并且其中：
图1是对本实施方式的定子进行例示的分解立体图。
图2是对本实施方式的发泡材料的发泡特性进行例示的图。
图3是对本实施方式的定子的装配工序(绝缘体插入工序)进行说明的图。
图4是对本实施方式的定子的装配工序(线圈插入工序)进行说明的图。
图5是对本实施方式的定子的装配工序(加热工序)进行说明的图。
图6是对本实施方式的加热工序中的发泡材料的发泡率的变化进行说明的图。
图7是对发泡材料的发泡特性进行例示的图。
图8是对以往的加热工序中的发泡材料的发泡率的变化进行说明的图。
图9是对以往的加热工序中的膨胀材料层的膨胀过程进行例示的图。
具体实施方式
在图1中对本实施方式的定子10进行例示。定子10例如是作为混合动力车辆、电动汽车、以及燃料电池车辆等具备大型电源(蓄电池)的车辆的驱动源的旋转电机的固定子。定子10具备定子芯12、线圈14、以及绝缘体16。
定子芯12是作为由线圈14形成的磁通的通路(磁路)的部件，例如由使大致圆环平板形状的电磁钢板沿其中心轴(图1的Z轴方向)层叠多个而得到的大致圆筒形状的层叠体构成。在定子芯12的内周形成有贯通轴向(Z轴)两端，在径向上有切深的槽18。例如图3所示，槽18被形成为当从轴向(Z轴方向)观察时呈コ字形状。槽18沿定子芯12的周向形成有多个。
线圈14以卷绕于定子芯12的齿26的方式被组装，利用从未图示的变换器等供给的交流电流产生旋转磁场。在图1所示的例子中，线圈14通过连结多个导体段20而形成。例如在三相交流的定子10的情况下，按U相、V相、以及W相分别将导体段20连结。
如图4所例示，导体段20例如具备导体部20A和设置于其周围的绝缘性的被覆部20B。导体部20A例如构成为含有铜。另外，导体段20可以是所谓的扁平线，形成为截面是大致矩形。
返回图1，导体段20是U字形状，具备直线状的2根脚部22A、22B以及将它们连接的连结部24。当对线圈14进行组装时，脚部22A、22B插入于定子芯12的槽18。各脚部22A、22B插入于不同的槽18、18。换言之，以跨过槽18、18之间的齿26的方式将导体段20的脚部22A、22B插入于各槽18、18。之后，通过焊接等使多个导体段20、20、…中的，同相的脚部22A、22B彼此接合。
绝缘体16介设于定子芯12与线圈14之间(以被夹着的方式设置)，使得线圈14相对于定子芯12绝缘。绝缘体16的形状例如可以与槽18的槽形状相同，以覆盖槽18的整个内壁面(图3的两侧面18A以及底面18B)的方式插入于槽18内。
如图3所例示，绝缘体16具备绝缘片16A(绝缘基材)、线圈侧膨胀材料层16B、以及定子芯侧膨胀材料层16C。绝缘片16A由平面片构成，所述平面片由例如纤维素纸等绝缘体料构成。
线圈侧膨胀材料层16B层叠于绝缘片16A的、在绝缘体16介设于定子芯12与线圈14之间时与线圈14(导体段20)相对的面上。另外，定子芯侧膨胀材料层16C层叠于绝缘片16A的、在绝缘体16介设于定子芯12与线圈14之间时与定子芯12(槽18的内壁面)相对的面上。
线圈侧膨胀材料层16B以及定子芯侧膨胀材料层16C构成为包括基体材料层30和被基体材料层30所包含的发泡材料32。此外，线圈侧膨胀材料层16B以及定子芯侧膨胀材料层16C例如形成为相同厚度。
基体材料层30例如构成为包含通过加热而表现出粘着性的热塑性树脂。例如，在线圈侧膨胀材料层16B、定子芯侧膨胀材料层16C中，基体材料层30构成为包含丙烯树脂、环氧树脂、以及乙烯基酯树脂中的任一者或它们的混合物。
发泡材料32分散在基体材料层30中，通过加热而发泡。例如发泡材料32可以是热分解型发泡材料。在该情况下，为了避免因伴随旋转电机的驱动产生的热而产生热分解反应(发泡)，优选使得发泡材料32的发泡开始温度(分解开始温度)比针对旋转电机设定的上限温度高。
具体而言，发泡材料32可以是以二亚硝基五亚甲基四胺(DPT)、偶氮二甲酰胺(ADCA)、p，p’-二苯磺酰肼醚(OBSH)、以及碳酸氢钠中的任一者为主要成分的发泡材料。
另外，定子芯侧膨胀材料层16C所包括的发泡材料32C(以下适当地称为定子芯侧发泡材料32C)具有如下发泡特性：伴随温度上升而增加的发泡率的增加特性比线圈侧膨胀材料层16B所包含的发泡材料32B(以下适当地称为线圈侧发泡材料32B)的所述增加特性向低温侧偏移。
在图2中对定子芯侧发泡材料32C和线圈侧发泡材料32B的发泡特性(发泡曲线)进行例示。横轴表示温度，纵轴表示发泡率。如该发泡特性(发泡曲线)所示，定子芯侧发泡材料32C以及线圈侧发泡材料32B具备如下特性：从发泡开始温度T0_s、T0_c起朝向峰值温度Tp_s、Tp_c，伴随温度上升而发泡率增加，在经过峰值温度后，伴随温度上升而发泡率减少。其中，朝向峰值温度伴随温度上升而发泡率增加的特性(增加曲线)是增加特性，在经过峰值温度后伴随温度上升而发泡率降低的特性(减少曲线)是减少特性。此外，在这些特性能够线性近似的情况下，增加特性和减少特性包括增加直线和减少直线。
在本实施方式中，使得定子芯侧发泡材料32C的发泡特性比线圈侧发泡材料32B的发泡特性向低温侧偏移。对于包括例如增加特性、峰值温度、以及减少特性的整体的发泡特性，定子芯侧发泡材料32C具备其发泡率分布比线圈侧发泡材料32B的发泡率分布向低温侧偏移的发泡特性。通过使例如增加特性向低温侧偏移，使得定子芯侧发泡材料32C的发泡开始温度T0_s变得小于线圈侧发泡材料32B的发泡开始温度T0_c。
该偏移幅度例如基于线圈14与定子芯12的加热时的温度差来确定，例如设为：两者的最大温度差＝偏移幅度。或者设为：从加热开始到达到目标温度Tp_t为止的线圈14与定子芯12的温度差的平均值＝偏移幅度。总之，通过发泡材料32B、32C的发泡特性来补偿线圈14与定子芯12的加热时产生的温度差。
为了给定子芯侧发泡材料32C以及线圈侧发泡材料32B赋予这样的发泡特性的差异，例如适当地使上述发泡材料的主成分不同即可。另外，以往已知，即使发泡材料的主成分相同，发泡特性也会因变更添加剂的种类和/或配比而发生变化，因此也可以利用这样的添加剂的差异而使得定子芯侧发泡材料32C与线圈侧发泡材料32B之间具有发泡特性的差异。
此外，已知发泡材料的发泡率峰值温度通常不是一点，而是具有一定范围的温度带。因此，也可以使两发泡体具有定子芯侧发泡材料32C的发泡率峰值温度带与线圈侧发泡材料32B的发泡率峰值温度带局部重叠的发泡特性。如后所述，通过将加热的目标温度设定为两者的发泡率峰值温度带重叠而发泡率相等的温度Tp_t，能够缩短膨胀行程所花费的时间。
在图3～图5中对本实施方式的定子的装配工序进行例示。在图3～图5中均示出了定子芯12的一个槽18的周边放大图。此外，图3～图5为从与图1的Z轴平行的视线观察定子芯12所观察到的俯视图。
首先，向定子芯12的槽18内插入绝缘体16。接下来，如图4所示，向由绝缘体16围成的コ字状的空间插入导体段20(准确来说是其脚部22A、22B)。此外，在图4中为了图示使得容易理解之后的膨胀行程，特意在槽18内对空隙进行图示。
在向定子芯12的所有槽18插入了预定根数的导体段20后，通过焊接等使同相的导体段20彼此接合，从而形成线圈14。对接合部进行绝缘处理。进而，之后如图5所示，在定子芯12上组装了线圈14以及绝缘体16而成的定子装配体，通过收纳于加热炉等而被加热。也可以利用感应加热和/或向线圈14的通电加热来代替加热炉。加热目标温度例如可以是定子芯侧发泡材料32C的峰值温度带与线圈侧发泡材料32B的峰值温度带重叠、两者的发泡率相等的温度Tp_t。
如上所述，以定子芯12与线圈14的热容量差为起因，与线圈14的温度上升相比，定子芯12的温度上升产生延迟，两者之间产生温度差。与此相伴地，如图6上段所示，在线圈侧膨胀材料层16B与定子芯侧膨胀材料层16C之间产生温度差。
然而，本实施方式的定子芯侧发泡材料32C的发泡特性比线圈侧发泡材料32B的发泡特性向低温侧偏移，另外，优选基于定子芯12与线圈14的温度差确定了其偏移幅度，因此，如图6下段所示，即使在定子芯12与线圈14之间产生温度差，两发泡材料的发泡率也大致相等地增加。
具体而言，在时刻t0线圈侧膨胀材料层16B达到发泡开始温度T0_c，定子芯侧膨胀材料层16C也达到发泡开始温度T0_s。由此两者同时开始发泡。之后，线圈侧发泡材料32B和定子芯侧发泡材料32C的发泡率大致均匀地增加，从而使得线圈侧膨胀材料层16B和定子芯侧膨胀材料层16C以按大致相等的进度填埋槽18内的空隙的方式膨胀。另外，各膨胀材料层16B、16C的基体材料层30因热而表现出粘着性，粘着于槽18的内表面(内壁)、线圈14的表面(准确来说，线圈14的被覆部20B)。
当槽18内的空隙被填埋、内部的膨胀压升高至预定压力时，即使发生发泡反应，也不再有供体积膨胀的空间(塞满)，所以膨胀率达到极限。也就是说，能够抑制因发泡膨胀导致的各膨胀材料层16B、16C的密度降低。
如上所述，当使线圈侧膨胀材料层16B以及定子芯侧膨胀材料层16C中的一方过膨胀时密度会降低，并且有可能会导致保持力的降低，但在本实施方式中，通过线圈侧发泡材料32B以及定子芯侧发泡材料32C的发泡特性来补偿基于线圈14与定子芯12的温度上升的差异的温度差。由此，能够使得在加热定子装配体时，线圈侧发泡材料32B和定子芯侧发泡材料32C的发泡率相等地增加，能够使得线圈侧膨胀材料层16B与定子芯侧膨胀材料层16C的膨胀体积相等。这样，能够使得线圈侧膨胀材料层16B以及定子芯侧膨胀材料层16C成为设计上的膨胀率(倍率)，通过抑制过膨胀来抑制保持力的降低。
此外，在上述的实施方式中，使线圈侧膨胀材料层16B以及定子芯侧膨胀材料层16C分别含有不同的发泡材料32B、32C，但除此以外，也可以使定子芯侧膨胀材料层16C含有(分散有)定子芯侧发泡材料32C与线圈侧发泡材料32B的混合材料。通过这样做，例如即使将加热目标温度设定为线圈侧发泡材料32B的峰值温度Tp_c，也能够使得线圈侧膨胀材料层16B和定子芯侧膨胀材料层16C的膨胀率一致化。
Claims (1)
1.一种线圈的绝缘体，介设于定子芯与线圈之间，使所述线圈相对于所述定子芯绝缘，具备：
绝缘片，其由绝缘性材料形成；
定子芯侧膨胀材料层，在所述绝缘片介设于所述定子芯与所述线圈之间的状态下，该定子芯侧膨胀材料层被层叠于所述绝缘片的与所述定子芯相对的面；以及
线圈侧膨胀材料层，在所述绝缘片介设于所述定子芯与所述线圈之间的状态下，该线圈侧膨胀材料层被层叠于所述绝缘片的与所述线圈相对的面，
所述定子芯侧膨胀材料层包括通过加热而发泡的第1发泡材料，
所述线圈侧膨胀材料层包括通过加热而发泡的第2发泡材料，
所述第1发泡材料具备如下发泡特性：其伴随温度上升而增加的发泡率的增加特性比所述第2发泡材料的所述增加特性向低温侧偏移。
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