CN108448775A - 用于电系统的电绝缘热传导涂层及其沉积方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电系统的电绝缘热传导涂层及其沉积方法，具体而言，涉及一种电机，其包括具有沿轴向方向延伸的转子芯的转子组件和包绕转子组件且与转子组件同轴的定子组件。定子组件包括定子芯，该定子芯具有槽，该槽沿径向方向延伸到定子芯的内表面中且从定子芯的第一端部表面沿轴向延伸至定子芯的第二端部表面。定子组件包括，设置在定子芯的相应槽内的定子线圈绕组，以及设置在定子芯和定子线圈绕组之间的第一电绝缘保形涂层。保形涂层包括浸渍有有效量(高于浸透阈值)的热传导陶瓷材料的聚合物基质，该热传导陶瓷材料越过第一涂层的厚度形成连续热路径。

Description

用于电系统的电绝缘热传导涂层及其沉积方法
技术领域
本文公开的本主题涉及电机(electric machine)，诸如电生成器(electricgenerator)和马达，且更特别地，涉及改进电机的定子和/或转子的电绝缘和热耗散(heatdissipation)。
背景技术
某些电机(诸如电生成器和马达)通常使用转子和定子的组合来将旋转能转换成电能且反之亦然。生成器可包括带槽的芯(例如，磁芯)，其具有设置在其槽中的电导体(例如，线圈绕组)，且芯或电导体与彼此电绝缘以防止导体接地至芯。例如，绝缘材料(诸如聚合物膜和绝缘纸)可用作槽衬套和/或接地壁绝缘件以提供在电机中的带槽的芯和线圈绕组之间的电绝缘。然而，带有良好介电性质的材料通常表现较差的热传导性，其阻碍了热从定子/转子的耗散。该较差热耗散可导致功率生成效率和/或功率密度的降低，这是生成器的关键性能参数。
发明内容
在下面概述在范围上与原始请求保护的发明相称的某些实施例。这些实施例不意在限定请求保护的发明的范围，而是这些实施例仅意在提供本发明的可能形式的简要概述。事实上，本发明可包含与下文阐述的实施例类似或不同的多种形式。
在一种实施例中，电机包括具有沿轴向方向延伸的转子芯的转子组件和包绕转子组件且与转子组件同轴的定子组件。定子组件包括定子芯，该定子芯具有槽，该槽沿径向方向延伸到定子芯的内表面中且从定子芯的第一端部表面沿轴向延伸至定子芯的第二端部表面。定子组件包括，设置在定子芯的相应槽内的定子线圈绕组，以及设置在定子芯和定子线圈绕组之间的第一电绝缘保形涂层(conformal coating)。保形涂层包括浸渍有有效量(高于浸透阈值(percolation threshold))的热传导陶瓷材料的聚合物基质，该热传导陶瓷材料越过第一涂层的厚度形成连续热路径。
在另一实施例中，一种制造电机的方法包括，经由电泳过程使用涂层浆(coatingslurry)保形地涂覆电机的定子组件的一部分，其中涂层浆包括装载有热传导陶瓷材料的聚合物前体，且其中该部分包括定子芯、定子线圈或其组合的一部分。该方法包括，固化涂覆浆的聚合物前体，以将热传导陶瓷材料装固在聚合物基质内，以在定子组件的部分上形成保形涂层。该方法还包括，将定子线圈装载到定子芯的槽中，以形成定子组件，其中保形涂层使定子组件的定子线圈与定子芯电隔离，且其中有效量(高于浸透阈值)的热传导陶瓷材料存在于保形涂层中以越过保形涂层的厚度形成连续热路径。
在另一实施例中，电机构件包括沿构件的外表面的至少一部分设置的电泳沉积的保形涂层。保形涂层电绝缘且热传导，且包括按体积浸渍有大约6%至大约60%的热传导陶瓷材料的聚合物基质，该热传导陶瓷材料在涂层内形成连续热路径，其中热传导陶瓷材料的量至少部分地取决于热传导陶瓷材料的纵横比和/或对准(alignment)。
实施方案1. 一种电机，包括：
转子组件，其具有沿轴向方向延伸的转子芯；
定子组件，其包绕所述转子组件且与所述转子组件同轴，包括：
定子芯，所述定子芯具有槽，该槽沿径向方向延伸到所述定子芯的内表面中且从所述定子芯的第一端部表面沿轴向延伸至所述定子芯的第二端部表面；以及
定子线圈绕组，其设置在所述定子芯的相应槽中；以及
第一电绝缘保形涂层，其设置在所述定子芯和所述定子线圈绕组之间，其中所述保形涂层包括浸渍有高于浸透阈值的有效量的热传导陶瓷材料的聚合物基质，所述热传导陶瓷材料越过所述第一涂层的厚度形成连续热路径。
实施方案2. 根据实施方案1所述的电机，其特征在于，所述转子芯包括：
槽，其沿径向方向延伸到所述转子芯的外表面中且从所述转子芯的第一端部表面沿轴向延伸至所述转子芯的第二端部表面；
转子线圈绕组，其设置在所述转子芯的槽中；以及
第二电绝缘保形涂层，其设置在所述转子芯和所述转子线圈绕组之间，其中所述保形涂层包括浸渍有高于浸透阈值的有效量的热传导陶瓷材料的聚合物基质，所述热传导陶瓷材料越过所述第二涂层的厚度形成连续热路径。
实施方案3. 根据实施方案1所述的电机，其特征在于，所述第一涂层具有在大约0.025毫米(mm)到大约0.5mm之间的厚度且大致没有孔隙或裂缝。
实施方案4. 根据实施方案1所述的电机，其特征在于，所述第一涂层具有至少3瓦特每米开尔文(W/mK)的热传导性。
实施方案5. 根据实施方案1所述的电机，其特征在于，所述聚合物基质包括液晶聚合物、热塑性聚合物、有机单体或低聚体、或其组合，且其中所述热传导陶瓷材料按体积包括大约6%至大约60%的第一涂层，其中所述热传导陶瓷材料的量至少部分地取决于所述热传导陶瓷材料的纵横比和/或对准。
实施方案6. 根据实施方案5所述的电机，其特征在于，所述热传导陶瓷材料包括氮化铝、氮化硼、钻石、氧化铝、或其组合。
实施方案7. 根据实施方案1所述的电机，其特征在于，所述热传导陶瓷材料包括具有大于大约500:1的高纵横比的第一颗粒。
实施方案8. 根据实施方案7所述的电机，其特征在于，所述热传导陶瓷材料还包括具有小于大约500:1的纵横比的第二颗粒。
实施方案9. 根据实施方案1所述的电机，其特征在于，所述第一电绝缘保形涂层设置在所述槽的表面、所述定子芯的第一端部表面和第二端部表面、所述定子线圈绕组、或其组合上。
实施方案10. 根据实施方案1所述的电机，其特征在于，所述电机是电生成器或电马达。
实施方案11. 根据实施方案8所述的电机，其特征在于，所述电机是车辆或飞行器的电生成器。
实施方案12. 一种制造电机的方法，包括：
经由电泳过程使用涂层浆保形地涂覆所述电机的定子组件的一部分，其中所述涂层浆包括装载有热传导陶瓷材料的聚合物前体，且其中所述部分包括定子芯、定子线圈、或其组合的一部分；
固化涂覆浆的聚合物前体，以将所述热传导陶瓷材料装固在聚合物基质内，以在所述定子组件的部分上形成保形涂层；以及
将所述定子线圈装载到所述定子芯的槽中，以形成所述定子组件，其中所述保形涂层使所述定子组件的定子线圈与定子芯电隔离，且其中高于浸透阈值的有效量的热传导陶瓷材料存在于所述保形涂层中以越过所述保形涂层的厚度形成连续热路径。
实施方案13. 根据实施方案12所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
经由电泳过程利用涂层材料保形地涂覆所述电机的转子组件的一部分，其中所述部分包括转子芯、转子线圈、或其组合的一部分；
固化所述涂层材料的聚合物前体，以将所述热传导陶瓷材料装固在聚合物基质内，以在所述转子组件的部分上形成第二保形涂层；以及
将所述转子线圈装载到所述转子芯的槽中，以形成所述转子组件，其中所述第二保形涂层使所述转子组件的转子线圈与转子芯电隔离，且其中高于浸透阈值的有效量的热传导陶瓷材料存在于所述第二保形涂层中以越过所述第二保形涂层的厚度形成连续热路径。
实施方案14. 根据实施方案13所述的方法，其特征在于，所述方法包括，组合所述定子组件和所述转子组件，以形成生成器或马达。
实施方案15. 根据实施方案13所述的方法，其特征在于，所述定子组件的部分包括所述槽、所述定子芯的第一端部表面和第二端部表面、或其组合。
实施方案16. 根据实施方案13所述的方法，其特征在于，所述定子组件的部分包括线圈绕组。
实施方案17. 根据实施方案13所述的方法，其特征在于，所述保形涂层具有在大约0.025毫米(mm)到大约0.5mm之间的厚度且在固化之后大致没有孔隙或裂缝。
实施方案18. 根据实施方案13所述的方法，其特征在于，所述方法包括，通过按体积将大约6%至大约60%的所述热传导陶瓷材料混合到所述聚合物前体中来形成所述涂层浆，其中所述热传导陶瓷材料包括氮化铝、氮化硼、氧化铝、钻石、或其组合，且所述聚合物基质包括液晶聚合物、热塑性聚合物、有机单体或低聚体、或其组合，其中所述热传导陶瓷材料的量至少部分地取决于所述热传导材料的纵横比和/或对准。
实施方案19. 一种电机构件，包括：
电泳沉积的保形涂层，其沿所述构件的外表面的至少一部分设置，其中所述保形涂层电绝缘且热传导，且其中所述保形涂层包括按体积浸渍有大约6%至大约60%的热传导陶瓷材料的聚合物基质，热传导陶瓷材料在所述涂层内形成连续热路径，其中所述热传导陶瓷材料的量至少部分地取决于所述热传导陶瓷材料的纵横比和/或对准。
实施方案20. 根据实施方案19所述的电机构件，其特征在于，所述构件是所述电机的定子组件或转子组件的芯或线圈。
实施方案21. 根据实施方案19所述的电机构件，其特征在于，所述保形涂层具有至少3瓦特每米开尔文(W/mK)的热传导性。
实施方案22. 根据实施方案19所述的电机构件，其特征在于，所述保形涂层具有在大约0.025毫米(mm)到大约0.5mm之间的厚度且大致没有孔隙或裂缝。
附图说明
本发明的这些和其他特征、方面和优点在参照附图阅读以下详细描述时将变得更好理解，在其中相似的标号贯穿附图表示相似的部分，其中：
图1是根据本公开的实施例的联接于生成器的发动机(诸如汽车或飞行器发动机)的透视图，该生成器包括设置在其内的电绝缘热传导保形涂层；
图2是根据本公开的实施例的图1中所示的生成器的定子组件和转子组件的局部前视图；
图3是根据本公开的实施例的图1和图2中所示的生成器的定子组件的一部分的透视图；
图4是示出根据本公开的实施例的用于制造图2和图3的定子组件的过程的流程图；且
图5是示出具有高于浸透阈值的热传导路径的电绝缘热传导保形涂层的一种实施例的示意图；且
图6是示出具有高于浸透阈值的热传导路径的电绝缘热传导保形涂层的一种实施例的示意图。
具体实施方式
将在下文描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，实际实施方式的所有特征并非都可在说明书中描述。应认识到的是，在任何这样的实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中那样，必须进行许多实施方式特定的决定以实现开发者的特定目标，诸如符合系统相关以及商业相关的约束，这从一个实施方式到另一个实施方式可变化。此外，应认识到的是，这种开发努力可为复杂且耗时的，但对于受益于本公开的普通技术人员而言，将不过是设计、加工和制造的例行工作。
在介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意在表示存在该元件中的一个或多个。用语“包括”、“包含”和“具有”意在为包括性的且表示除了列出的元件之外还可存在额外元件。
在本文中，用语“大约”意在表示指示的值不准确且实际值可以以不本质上改变所关注的操作的方式从指示的值改变。例如，如本文使用的用语“大约”意在传达适合的值，其在具体公差(例如，±10%、±5%、±1%)内，如本领域技术人员将理解的那样。
在生成器和马达的定子和转子中使用的绝缘材料应当大体上具有较低电传导性和较高热传导性。为了改进热传导性，热传导陶瓷材料(诸如氮化硼和氮化铝)可混合到电绝缘聚合物基质(诸如，环氧树脂)中，以改进绝缘材料的热传导性。然而，此途径需要相当大量(例如，按体积高于大约25%至45%)的热传导陶瓷材料来并入到聚合物基质中，以实现适合的热传导性(例如，大约1瓦特每米开尔文，W/mK)，且所得的浸渍材料通常是过粘性的材料，以至于不能用于形成聚合物复合介质(例如，带、纸、膜)。此外，由于浸渍材料的高粘性，孔隙和间隙通常形成在聚合物复合介质中，导致了总体较低的热传导性。在一些途径中，聚合物树脂中的陶瓷材料可通过粉末涂覆(powder coating)和/或通过施覆(application)技术(诸如，刷光(brushing)、上漆(painting)或辊轧(rolling)技术)来施覆。在其他途径中，具有高的热传导性和良好介电强度的纯陶瓷涂层可通过化学气相沉积(CVD)、热喷涂(hot spray)或通过电泳沉积(EPD)来施覆。然而，这些纯陶瓷涂层通常利用高烧结温度(例如，高于1000摄氏度)处理，以形成大致无孔隙的涂层。此高烧结温度可使涂覆的物体(例如，定子或转子)的性质退化。此外，这些涂层通常经受开裂，尤其在热循环下，其可允许电机的定子或转子的绕组电接触。
在考虑这的情况下，本实施例针对涂层材料，其同时是高度热传导和电绝缘的，且其设计成保形地沉积到电生成器或马达的定子芯和/或转子芯的至少部分上，以使定子芯和/或转子芯与其相应绕组电隔离。如将在下文更加详细论述的那样，公开的涂层经由电泳沉积(EPD)过程而形成在定子和/或转子芯上。公开的涂层材料的热传导性通过将热传导陶瓷材料并入聚合物基质内来实现。具体而言，热传导陶瓷材料可均匀分布或密集填装以形成高于浸透阈值的高度连接的热传导路径。在热传导路径或浸透路径之间的孔隙或间隙可通过共同沉积的低聚体和/或单体(其经由后处理来交联)显著降低或消除。如此，公开的涂层材料允许以改进的热耗散以及对于当其他类型的绝缘材料由于热循环疲劳而退化时倾向于形成的电短路的改进的稳定性来制造具有定子和/或转子的电生成器和马达。
图1是联接于发动机12(诸如汽车或飞行器的发动机)的电机10(例如，电生成器10)的一种实施例的透视图。尽管所示电机10是电生成器，但可认识到的是，本文论述的技术可应用于其他电机，诸如电马达。在所示实施例中，电生成器10可相对于轴向方向14、径向方向16和周向方向或环形方向18描述。电生成器10包括转子组件34和定子组件36，其围绕电机10的轴向方向14同心地对准。转子组件34构造成沿周向方向10相对于定子组件36旋转。旋转能(例如，在转子组件34和定子组件36之间的相对旋转)取决于生成器10的设计而转换成定子或转子组件内的电枢或功率生成线圈中的电流。
转子组件34包括具有端面37的转子芯35。转子芯35安装在轴38上，使得转子芯35与轴38一起旋转。定子组件36包括具有端面61的定子芯60。此外，转子组件34和定子组件36大体上都包括线圈绕组，其在下文相对于图2和图3示出和论述。在某些实施例中，转子组件34包括生成磁场的场绕组，且定子组件36包括在转子组件34旋转时生成电功率的电枢或功率生成绕组。在其他实施例中，定子组件36可包括场绕组，且转子组件34可包括电枢或功率生成绕组。如图1中所示且下文所论述的那样，定子组件36的端面61、转子组件34的端面37、和绕组(例如，场和/或功率生成绕组)中的一些或所有可涂覆有电绝缘热传导保形涂层材料67。
图2是图1中所示的生成器10的实施例的定子组件36和转子组件34的前视图。定子组件36可包括具有端面61的定子芯60、轴向延伸开孔64(例如，沿轴向方向14延伸)以及远离开孔64径向地(例如，沿径向方向16)延伸且轴向地(例如，沿轴向方向14)延伸穿过芯60的多个槽或定子槽66。定子芯60可由一系列层叠(例如，层叠钢)形成或可采取其他适合的形式。所示的定子组件36包括定子线圈或线圈绕组68，其具有轴向地穿过槽66延伸的部分。转子组件34设置在开孔64内且沿开孔64轴向地延伸。所示转子组件34包括转子芯35以及多个槽或转子槽41，其朝轴38径向地(例如，沿径向方向16)延伸且轴向地(例如，沿轴向方向14)延伸穿过转子芯35。在转子组件34和定子芯60之间可存在空气间隙72。所示的转子组件34包括转子线圈或线圈绕组74，其具有轴向地穿过槽41延伸的部分。取决于布置，转子线圈74可为场线圈或功率生成线圈。
在一些实施例中，公开的涂层材料67(例如，高度热传导且电绝缘材料)可以可选地(例如，通过EPD)施覆到定子芯60和转子芯35的表面的部分上，且/或施覆至绕组68和74的表面(在它们装载到槽66和41中之前)。例如，如在图2中所示，涂层材料67可大体上至少施覆至定子芯60的槽66的表面76。在某些实施例中，涂层材料67可此外施覆在定子芯60的端面61上。在某些实施例中，涂层材料67可此外或备选地施覆在定子线圈68上。在某些实施例中，涂层材料67可此外或备选地施覆至转子芯35的转子槽41的表面42、转子芯35的端面37和/或转子线圈74。在某些实施例中，涂层材料67提供在转子组件34的转子线圈74和转子芯35之间和/或定子组件36的定子线圈68和定子芯60之间的电绝缘，以及从转子组件34且/或从定子组件36耗散热。在其他实施例中，定子组件36和/或转子组件34可此外包括槽衬套(如图3中所示)，其设置在定子线圈68和定子芯60的涂层材料67之间且/或转子线圈74和转子芯35的涂层材料67之间，轴向地延伸穿过槽66和41。对于这样的实施例，这些衬套可由任何适合的电绝缘材料形成，诸如聚合膜或纸(例如，Kapton®聚酰亚胺膜和Nomex®纸，其可从DuPont获得)。
图3是图1和图2中所示的电生成器10的实施例的定子芯60的一部分的透视图。在相邻定子槽66之间是对应定子齿部82。定子线圈68(以假想线示出)围绕定子齿部82缠绕，使得定子线圈68延伸穿过定子槽66。在某些实施例中，定子线圈68可具有任何其他适合的构造。例如，尽管两个定子线圈68在各个定子槽66内延伸，定子槽66中的一者或多者可包括在其中延伸的仅一个定子线圈68。如上文阐述的那样，公开的涂层材料67可施覆至定子芯60的端面61、槽66内的表面76、定子线圈68的表面、或其任何组合。
图4是示出用于制造在图2和图3中所示的定子组件36的过程100的实例的流程图，在其中定子组件36的至少一部分涂覆有公开的涂层材料67(例如，高度热传导且电绝缘材料)。在所示实施例中，过程100大体上包括，提供定子组件36的构件(框102)、通过电泳沉积(EPD)将绝缘涂层施覆至构件中的一者或多者的一些或所有表面(框104)、后处理涂覆的构件(框106)、以及组装涂覆的构件以形成定子组件36(框108)。如可认识到的那样，相同过程100可用于形成图2和图3中所示的转子组件34，在其中转子组件34的至少一部分涂覆有公开的涂层材料67(例如，高度热传导且电绝缘材料)。
提供定子组件的构件(框102)可包括，制造或获得定子组件的预成形构件，诸如定子芯60、定子线圈68和/或衬套70。备选地，提供定子组件的构件(框102)可包括，在再制造操作期间，从存在或组装的定子组件拆卸或移除一个或多个构件(例如，定子芯、定子线圈、衬套)。
如本文使用的用语“电泳沉积”(EPD)可指电涂覆、阴极电沉积、阳极电沉积、电泳涂覆或电泳上漆中的任一者。EPD过程可涉及将部分浸没到保持涂层桨的容器或器皿中，以及通过EPD溶液来施加电流。典型地，待涂覆的工件用作电极(例如，阳极或阴极)中的一者，且一个或多个适合的对电极用于完成回路。存在两种原理类型的EPD过程，阳极的和阴极的。在阳极EPD过程中，涂层浆中的带负电材料沉积在带正电工件上，而在阴极过程中，涂层浆中的带正电材料沉积在带负电工件上。在考虑这的情况下，如框104中阐述的经由EPD将公开的涂层67施覆在定子组件36的构件上，可包括EPD过程中的一个或多个，如将在框120、122和124中论述的那样。
由框104代表的EPD应用过程包括多个步骤，包括准备涂层桨(框120)、准备用于沉积的电极(框122)、以及涂覆构件(框124)。在某些实施例中，涂层桨包括带有可电离组的聚合物的混合物，或带有可电离组的聚合物的胶体悬浮液，在与悬浮的热传导陶瓷材料一起的适合的溶剂中。可电离组可包括适合与某些热传导陶瓷材料组合使用的任何适合的可电离聚合物。例如，此可电离聚合物可包括但不限于，液晶聚合物、热塑料、和/或有机单体或低聚体。液晶聚合物(诸如液晶聚酯、液晶环氧和聚醚醚酮)大体上具有比其他聚合物更高的热传导性，其增强在公开的涂层67中的热耗散。热传导陶瓷材料可包括氮化铝、氮化硼、钻石、氧化铝和其他适合的电绝缘热传导材料。热传导陶瓷材料可按任何适合的形式，诸如颗粒、纳米管(例如，单壁和/或多壁的纳米管，不同手性的纳米管)、纳米纤维、纳米线、纳米须、不规则形状等。热传导陶瓷材料的大小(例如，直径、长度、宽度、特征长度、纵横比)也可在任何适合的范围中，从纳米范围至微米范围。例如，热传导陶瓷材料可包括或包含具有大于大约500:1、大约400:1、大约300:1、大约200:1、大约100:1、大约50:1的纵横比(例如，长度：宽度)的颗粒。通过具体实例，在某些实施例中，热传导陶瓷材料可包括具有大约500:1的纵横比的氮化硼纳米管。例如，热传导陶瓷材料可包括或包含具有小于大约500:1、大约400:1、大约300:1、大约200:1、大约100:1、大约50:1的纵横比的颗粒。例如，热传导陶瓷材料可包括或包含具有高纵横比的颗粒，其与具有低纵横比或大致等于1:1的纵横比的颗粒组合。如可认识到的是，离子化组(例如，液晶聚合物、热塑料和/或有机单体或低聚体)和待涂覆在同一电极(例如，待涂覆的物体)上的热传导陶瓷材料类似地带电(即，都带正电或都带负电)。此外，涂层浆还可包括添加剂和表面活性剂，以改进EPD过程和/或涂层质量。
陶瓷材料在涂层浆中的大小和/或浓度(例如，体积百分比)可被调整以增加公开的涂层材料67的热传导性且/或控制涂层的形态。此外，包含期望的聚合物和陶瓷材料的胶体溶液的稳定性可通过改进胶体化学来修改，以形成稳定的绝缘涂层且/或改进绝缘涂层的形态。例如，诸如pH(例如，氢电势)水平和/或ζ(zeta，希腊字母第六字)电势(例如，胶体分散中的动电电势)可修改，以改变离子化组的行为来形成稳定的绝缘涂层。例如，适合的溶剂、表面活性剂和/或添加剂可用于形成稳定的绝缘涂层。例如，可修改涂层浆的粘性以形成稳定的绝缘涂层且/或改进绝缘涂层的形态。
取决于涂层材料67的化学性质，准备用于EPD的电极(框122)可将作为电极(例如，阳极或阴极)中的一个待涂覆的构件浸没在涂层浆中，以及浸没对电极，以设立完整电路。待涂覆的构件可包括定子芯60、定子线圈68和/或定子组件36的任何其他适合的构件。在某些实施例中，框122的准备可包括，在将待涂覆的构件浸没到涂层浆中之前，将一个或多个罩(例如，罩带)施覆在待涂覆的构件上。例如，在将定子芯60浸没到涂层浆中之前，如果仅端面61和/或带有定子槽66的表面76将被涂覆，则一个或多个罩可施覆至定子芯60，以覆盖不待涂覆的其他表面，使得这些表面不与涂层浆接触。如可认识到的那样，保形且均匀的涂层可通过沉积电极几何结构的适合设计来实现，以控制电极用于复杂几何结构沉积(例如，定子芯60的槽66)。在某些实施例中，框122的准备可还包括任何适合的清洁过程，以清洁待涂覆的构件，或将适合的预涂层(诸如转换涂层)施覆至待涂覆的构件。
由框124指示的涂覆过程大体上包括，使用电极施加直接电流通过EPD涂层浆。影响EPD过程的参数可控制以实现用于绝缘涂层的期望的质量。例如，这些参数可包括施加的电压、涂覆温度、涂覆时间、涂覆或沉积速率等。这些参数可影响沉积动力学以改变绝缘涂层的质量或特性(例如，厚度、形态、均匀性、表面覆盖等)。在某些实施例中，这些参数可被调整以使液晶聚合物在浆中对准。在某些实施例中，这些参数可被调整以使热传导陶瓷材料在浆中对准。例如，具有高纵横比的热传导陶瓷材料(例如，纳米线、纳米管、纳米纤维)可对准，使得热传导陶瓷颗粒的轴向方向(例如，沿长度)大致垂直于涂覆的构件的表面对准。绝缘涂层的期望的质量和/或特性将在下文关于图5更详细地论述。
后处理涂覆的构件(框106)大体上包括冲洗和热处理构件。在沉积之后，冲洗涂覆的构件以从构件移除过量涂层浆(框130)。在某些实施例中，如果一个或多个罩(例如，罩带)施覆至涂覆的构件，则罩在EPD过程之后移除。随后，热处理或其他适合的固化过程施加至涂覆的构件(框132)。例如，热处理或固化过程可交联沉积的聚合物且促进光滑连续且少孔绝缘涂层。具体而言，过程132可包括由热、紫外(UV)光、红外(IR)光和/或电子束能量的适合处理，以交联沉积的聚合物前体来在构件上形成连续保形的涂层。此外，热处理或固化过程可大致减少或消除在刚沉积(as-deposited)的涂层中的间隙、孔隙和/或破裂。
在完成框106中指示的后处理之后，涂覆的构件可组装以形成定子组件36(框108)。例如，过程108可包括，将定子线圈68装载到槽66中，其中一者或两者涂覆有涂层材料67。可认识到的是，尽管给出过程100作为用于制造定子组件36的实例，但过程100还可用于制造具有由公开的涂层涂覆的转子芯35的至少一部分的转子组件34。例如，如在图3中所示，转子芯35和/或转子组件34的转子线圈或线圈绕组74或两者可使用图4中所示的过程涂覆。
经由EPD过程沉积在定子组件36和/或转子组件34的一个或多个构件上的涂层材料67可具有质量和/或特性。例如，涂层材料67大致连续且大致均匀(例如，在组成、厚度等方面均匀)。涂层材料67的介电击穿强度可受涂层厚度和/或均匀性影响，其可由沉积动力学和沉积速率控制。具体而言，介电击穿强度可通过增加涂层厚度和/或均匀性来增加。在某些实施例中，绝缘涂层可具有大约0.25毫米(mm)至大约0.5mm的范围中的厚度。在某些实施例中，绝缘涂层可具有大约0.025毫米(mm)至大约0.25mm的范围中的厚度。在某些实施例中，绝缘涂层可具有大约0.025毫米(mm)至大约0.5mm的范围中的厚度。
公开的涂层67大致保形，这意味着，其连续且保形于涂覆的物体的轮廓(例如，表面特征，包括沟、孔道、边缘、角落和表面不规则)。此外，涂层材料67大致没有孔隙和裂缝。如上文阐述的那样，这些形态特性以及绝缘涂层的厚度通过修改EPD过程的参数来控制(例如，框104和106)。事实上，目前认识到，根据本途径，即使对于相对较厚涂层，可通过共同沉积低聚体或单体之后通过固化来避免间隙、孔隙和裂缝，以形成连续绝缘涂层。
此外，涂层材料67包括相当大量的热传导陶瓷材料，诸如氮化铝、氮化硼、氧化铝或其组合。在某些实施例中，热传导陶瓷材料的浓度按体积可大于大约60%。在某些实施例中，热传导陶瓷材料的浓度按体积可在大约30%到大约60%之间。在某些实施例中，具有高纵横比的热传导陶瓷材料(例如，纳米线、纳米管、纳米纤维)的浓度按体积可小于大约30%。在某些实施例中，具有高纵横比且/或具有良好对准的热传导陶瓷材料(例如，纳米线、纳米管、纳米纤维)的浓度按体积可小于大约6%。例如，如上文阐述的那样，EPD沉积可允许对准高纵横比的热传导陶瓷材料，且此对准可促进更有效形成热传导路径，如将在图6中更详细地论述的那样。在某些实施例中，绝缘涂层的热传导性可大于大约3W/mK。高热传导性可至少部分地基于热传导陶瓷材料在涂层材料67内的分布、填装和/或含量而实现。具体而言，热传导陶瓷材料具有长范围连接性，其形成高于浸透阈值的长范围热传导路径，以确保涂层67的热传导性相当高。
借助于一种非限制性实例，图5示出图示具有高于浸透阈值的热传导路径的绝缘涂层的示意图。应当注意的是，尽管浸透阈值的概念在图5中以二维示例论述，但相同概念可应用于三维空间。在所示实施例中，涂层材料67在涂覆的构件的表面159上形成保形且连续的涂层。涂层材料67的所示部分可描述成在第一边缘152(即，最靠近涂覆的构件的表面159)和与涂层材料67的第一边缘152相对的第二边缘154之间延伸，且沿涂覆的构件的表面159侧向地延伸。
如上文论述的那样，包括热传导陶瓷材料的涂层材料或涂层67可以以颗粒160(例如，氮化铝颗粒、氮化硼颗粒、氧化铝颗粒、钻石颗粒或其组合)的形式分散在聚合物基质162(例如，液晶聚合物、热塑料、有机单体或低聚体或其组合)中。如所示，热传导陶瓷颗粒160以足够浓度临近彼此填装，以形成长范围热路径或浸透路径164，其越过涂层67的厚度156在边缘152和154之间延伸。此外，在某些实施例中，这些浸透路径164还可侧向地行进穿过涂层材料67。目前认识到，大体上，这些浸透路径164允许涂层67维持与热传导陶瓷颗粒160本身的热传导性接近的热传导性，而聚合物基质确保涂层67的完整性。热传导陶瓷颗粒160的填装和/或浸透路径164可通过改变颗粒大小、分布和/或浓度(例如，涂层浆中的浓度)来调整，以实现大于3W/mK的热传导性。
作为另一非限制性实例，热传导陶瓷材料还可为具有高纵横比(例如，大于大约500:1、大约400:1、大约300:1、大约200:1、大约100:1、大约50:1)的非电传导纳米管、纳米纤维、或纳米线的形式。图6示出了图示公开的涂层67的一种实施例的示意图，其具有足够量(高于浸透阈值)的高纵横热传导陶瓷材料，使得越过涂层67的厚度形成连续热传导路径。应注意的是，图5和图6之间的仅有区别在于，图6中所示的热传导陶瓷材料具有高纵横比。例如，涂层材料67包括分散在聚合物基质162(例如，液晶聚合物、热塑料、有机单体或低聚体、或其组合)中的热传导陶瓷纳米管166(例如，氮化铝纳米管、氮化硼颗纳米管、氧化铝纳米管、或其组合)。对于涂层材料67的所示部分，热传导陶瓷纳米管166沿大致垂直于表面159的方向(例如，径向方向16)的方向(例如，轴向方向14)对准。由于热传导陶瓷纳米管166的对准，浸透路径164可更有效地形成，越过涂层67的厚度156在边缘152和154之间延伸。因此，如果使用相同聚合物基质162和热传导陶瓷材料(例如，氮化硼)，则高纵横颗粒(例如，如图6中所示的纳米管166)的有效浓度或装载可低于低纵横比颗粒(例如，如图5中所示的球形颗粒160)，以在两个涂层67中实现类似热传导性。在某些实施例中，高纵横颗粒的有效浓度按体积可在大约6%到大约60%之间。可认识到的是，并入涂层67中的热传导陶瓷材料的量可至少部分地取决于热传导陶瓷材料的纵横比和/或对准。
此书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使任何本领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其他实例。如果这些其他实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则意在使这些其他实例处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种电机，包括：
转子组件，其具有沿轴向方向延伸的转子芯；
定子组件，其包绕所述转子组件且与所述转子组件同轴，包括：
定子芯，所述定子芯具有槽，该槽沿径向方向延伸到所述定子芯的内表面中且从所述定子芯的第一端部表面沿轴向延伸至所述定子芯的第二端部表面；以及
定子线圈绕组，其设置在所述定子芯的相应槽中；以及
第一电绝缘保形涂层，其设置在所述定子芯和所述定子线圈绕组之间，其中所述保形涂层包括浸渍有高于浸透阈值的有效量的热传导陶瓷材料的聚合物基质，所述热传导陶瓷材料越过所述第一涂层的厚度形成连续热路径。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子芯包括：
槽，其沿径向方向延伸到所述转子芯的外表面中且从所述转子芯的第一端部表面沿轴向延伸至所述转子芯的第二端部表面；
转子线圈绕组，其设置在所述转子芯的槽中；以及
第二电绝缘保形涂层，其设置在所述转子芯和所述转子线圈绕组之间，其中所述保形涂层包括浸渍有高于浸透阈值的有效量的热传导陶瓷材料的聚合物基质，所述热传导陶瓷材料越过所述第二涂层的厚度形成连续热路径。
3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一涂层具有在大约0.025毫米(mm)到大约0.5mm之间的厚度且大致没有孔隙或裂缝。
4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一涂层具有至少3瓦特每米开尔文(W/mK)的热传导性。
5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述聚合物基质包括液晶聚合物、热塑性聚合物、有机单体或低聚体、或其组合，且其中所述热传导陶瓷材料按体积包括大约6%至大约60%的第一涂层，其中所述热传导陶瓷材料的量至少部分地取决于所述热传导陶瓷材料的纵横比和/或对准。
6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述热传导陶瓷材料包括氮化铝、氮化硼、钻石、氧化铝、或其组合。
7.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述热传导陶瓷材料包括具有大于大约500:1的高纵横比的第一颗粒。
8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述热传导陶瓷材料还包括具有小于大约500:1的纵横比的第二颗粒。
9.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一电绝缘保形涂层设置在所述槽的表面、所述定子芯的第一端部表面和第二端部表面、所述定子线圈绕组、或其组合上。
10.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机是电生成器或电马达。
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