用于滴流浸渍电机的定子或电枢的方法
技术领域
本发明涉及一种用于使用在温度升高的情况下固化的合成树脂来滴流浸渍电机的定子或电枢的方法。
背景技术
众所周知,在电机(无论是电动马达还是发电机)的制造期间,必须进行定子和电枢的绕组的稳定化。如今,这通常通过所谓的滴流过程和相应的浸渍装置来完成。为此目的,定子或电枢在其纵轴倾斜的情况下被加热并夹紧在浸渍装置中,并绕该纵轴旋转。但是,定子或电枢也可以水平对齐。然后,在室温下最初为液体的合成树脂优选被滴流在定子或电枢的较高定位的轴向端部上,例如在其绕组头上。该树脂可以包含一种或多种组分,例如基料树脂和硬化剂。
仍是液体的合成树脂被施加到定子或电枢上的体积流率适应于定子或电枢的相应的吸收能力。滴流上之后,合成树脂进入绕组电线以及叠片之间的间隙,并完全填充这些间隙。当定子或电枢随后被加热到合成树脂的固化温度时,合成树脂固化并变成热固性塑料,在该固化之后,该热固性塑料不能通过重新加热而变形。结果,定子或电枢的与合成树脂接触的部件固定连接到彼此。热固性塑料满足固定式或旋转式电机的所有机械和电气要求。
为了确保最初为液体的合成树脂最佳地渗透到定子或电枢中,在滴流过程开始之前,至少定子或电枢被加热到所谓的滴流温度,并在滴流过程中被保持在该温度下。滴流温度根据所使用的合成树脂可以在70℃至90℃之间。在已经将预定量的初始为液体的合成树脂引入定子或电枢之后,将定子或电枢加热到固化温度,其例如也根据合成树脂而在120℃至160℃之间。然后将该固化温度保持预定时间段,以使树脂-硬化剂混合物完全固化。最后,将定子或电枢冷却至室温,并将其提供用于进一步的制造过程以生产电机。
可以在合适的炉中将定子或电枢加热到滴流温度和固化温度。但是,从DE 1 212204 A和DE 19 19 642 A中已知,借助于流过定子或电枢的绕组的加热电流来实现定子或电枢的加热。由于简单地使加热电流流过绕组导致可达到的实际温度与期望的设定点温度有过度的偏差,因此建议通过调节加热电流来确保获得并保持期望的温度。在此发现,在绕组中欧姆电阻随着温度的升高而增加,使得可以从欧姆电阻推断出绕组的温度。因此在DE1 212 204 A中提出,当达到出现滴流温度或固化温度时所需的绕组的电阻值时,关断流过定子或电枢的绕组的加热电流。仅在测量到绕组的预定的较低的电阻值(等同于下降到下限温度以下)时才再次接通加热电流。
然而,这些已知过程和用于浸渍电机的定子或电枢的装置的缺点在于,温度是借助于流过绕组的加热电流来控制的,该加热电流必须以技术上复杂的方式被馈送到旋转的定子或电枢中。此外,在上述两个出版物中提出的方法和装置的缺点在于,加热电流的调节仅基于加热电流流过的绕组的温度。这至少在围绕绕组的其他部件尚未达到绕组的温度的那些时间段中是不利的。由于合成树脂不仅接触在绕组的相邻的电线或电线部分之间,而且还与定子或电枢的其他部件接触,因此那里存在的合成树脂的最终温度尚不完全清楚。因此,至少在达到滴流温度之前的加热阶段应根据经验进行延长,直到可以假定由电阻测量确定的绕组温度也出现在定子或电枢的所有其他部件上。直到那时,才能以所需的过程可靠性开始将合成树脂滴流到定子或电枢中。由于在固化过程开始时还存在关于定子或电枢部件和合成树脂的温度的不确定性,因此固化过程还必须不利地延长安全时段。最终,可以认为不利的是,合成树脂的加热仅通过来自绕组的热传递而间接发生。结果,达到滴流温度和固化温度需要较长的时间。
所描述的用于浸渍定子或电枢的时间段导致生产时间的昂贵延长以及用于加热并保持滴流和固化温度恒定的能量成本的增加。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种方法,通过该方法,使用在热作用下固化的合成树脂来浸渍电机的定子或电枢相比以前可以更快地进行并且具有更高的能量效率和更高的成本效率。
该目的通过具有权利要求1的特征的方法来实现。在从属权利要求中限定了该方法的有利改进。
本发明涉及一种用于使用在温度升高的情况下固化的合成树脂来滴流浸渍电机的定子或电枢的方法,包括以下步骤:
a)在第一时间段中,将定子或电枢从初始温度加热到初始仍然为液体的合成树脂的滴流温度范围,
b)在第二时间段中,保持滴流温度范围中的温度恒定,并将仍然为液体的合成树脂引入到定子或电枢中,
c)在第三时间段中,将定子或电枢加热到固化温度范围,
d)在第四时间段中,使定子或电枢的在固化温度范围中的温度保持恒定,并使合成树脂凝固并固化成热固性塑料,和
(e)在第四时间段结束后,冷却定子或电枢,其中,在为液体的合成树脂的引入期间,定子或电枢设置在浸渍装置中,其中滴流温度范围具有低于固化温度范围的温度。根据本发明,在该方法中,对定子或电枢的加热是感应地进行的。
在引入为液体的合成树脂期间,定子或电枢优选地设置在浸渍装置中,在该浸渍装置中,定子或电枢可以以其纵轴相对于水平面倾斜和/或可以绕该纵轴旋转。该倾斜有助于将合成树脂引入到定子或电枢中。定子或电枢的旋转可以改善在感应加热期间定子或电枢的均匀加热,并且可以防止树脂在定子或电枢的下侧的任何不利积聚。
本发明基于以下发现:可以非常有利地使电机的定子或电枢达到滴流温度和固化温度,并且可以通过感应加热将其保持在这些温度下。特别重要的是,在这种定子或电枢的所有导电部件中,同时加热这些部件的涡电流仅由一个感应器同时产生。与传统的浸渍方法相比,这显著减少了加热时间和所需的电能。结果,降低了用于浸渍的制造成本。
对于该方法,优选的是,通过由电磁感应器的高频或中频交变磁场产生的涡电流来加热定子或电枢的所有导电部件。为此目的,感应器像环或中空圆柱体一样,在外部径向包围定子或电枢。然而,感应器也可以布置在定子的中心同轴腔中。
涡电流同时加热定子或电枢的所有导电部件,即铁片叠层框架,片叠层的片、绕组电线,并且还通过热传导加热滴流(引入)的合成树脂。以这种方式,与定子或电枢的导电部件接触的其他部件或物体(例如绝缘材料)也间接地达到期望的滴流温度或固化温度。
根据本发明方法的另一有利改进,可以提供的是,在上述方法步骤a)至d)期间,感应器与定子或电枢的纵轴同轴地在至少两个轴向隔开的位置之间来回移动。这两个位置例如由定子或电枢的两个轴向端部限定。感应器来回移动的平均速度例如为每秒5到50毫米,包括范围边界。
由于感应器在两个轴向端部位置之间的所述运动,因此可以有利地将感应器构建得轴向上短。另外,来回移动感应器确保了定子或电枢的轴向部分仅被感应器的交变磁场暂时扫过。这允许定子或电枢的当前未被感应器覆盖的部件将其热能的一部分传递到相邻部件。
定子或电枢的快速且无损加热的另一措施优选地包括根据时间间隔交替地接通和关断感应器,以便达到和/或维持预定温度,即,滴流温度和固化温度。当尚未达到定子或电枢的设定点温度时,接通感应器;而当已经达到相应的设定点温度时,关断感应器。设定点温度可以稍微高于滴流温度或高于固化温度,因为随后的关断和随后的短暂等待阶段导致降温。另外,相应的设定点温度可以具有值,该值取决于经过的时间,尤其是在加热阶段期间。
定子的外部温度优选在方法步骤a)至d)期间例如通过合适的温度传感器非接触地测量。由于在滴流过程和固化过程中定子或电枢的旋转,这种非接触式温度测量是有利的,因为不需要将固定温度传感器附接到定子或电枢并从旋转系统引出它们的信号。
非接触工作的温度传感器优选地连接至控制单元,在该控制单元中,处理所测量的温度值。控制单元根据达到、超过或低于预定的设定点温度来接通和关断感应器。关断感应器后,定子或电枢都会将热量辐射到外部并将热量传递到内部。这加热定子或电枢的内部,从而也加热在那里布置的所有绝缘部件以及滴流的(引入的)合成树脂-硬化剂混合物。重复进行温度控制的感应器的接通和关断过程(带有在其间保持的等待阶段),直到整个定子或电枢已达到所需的滴流温度或固化温度。优选地,所描述的过程优选地用于一旦达到滴流温度或固化温度则保持滴流温度或固化温度,或者在在特定时间段内,分别保持滴流温度范围或固化温度范围。
根据另一方法特征,可以将仍然是液体的合成树脂滴流到定子或电枢的绕组的轴向向外且较高定位的端部上。定子或电枢的倾角相对于水平面例如为5°至20°,包括范围边界。这可以使树脂在重力作用下易于渗透到定子或电枢内部。
此外,优选的是,在滴流过程结束之后并且在将定子或电枢开始加热至固化温度范围之前,定子或电枢水平地定位以避免合成树脂从那里泄漏。
在优选的滴流温度范围内,定子或电枢的温度为80℃至130℃,在固化温度范围内,定子或电枢的温度为140℃至170℃,包括相应的范围边界。
在滴流过程和固化过程期间,定子或电枢例如以每分钟5到40转的转速绕其纵轴旋转,以实现合成树脂的均匀分布。这些转速参数还包括范围边界。
为了确保均匀加热并保持预定的滴流温度或固化温度,可以提供的是,致动器的速度控制使得:在预定的时间段内,电磁有源感应器在定子或电枢的所有区域的平均停留时间大约相同。
根据达到相同目标的另一措施,可以提供的是,当感应器接近定子或电枢的轴向端部时,该感应器处于运行状态,但是当到达该端部时,该感应器被关断,并且直到感应器已经离开定子或电枢的该端部区域预定的距离,感应器才再次进入运行状态。
附图说明
为了更好地理解本发明,在附图中示出了实施方式。在附图中:
图1是贯穿定子的示意性纵截面,该定子在浸渍装置中用根据本发明的方法进行处理,
图2是示出了根据程序处理的定子的温度相对于时间的曲线的示意图,
图3是示出了图1的感应器的接通状态和断开状态的示意性切换图,以及
图4是贯穿定子的示意性横截面,其中,感应器同轴地布置在其圆柱形腔内。
具体实施方式
相应地,图1总共示出了用于中空圆柱形的定子2的浸渍装置1,其以示意性纵截面示出。在浸渍装置1中处理过的定子2用于在器最终完成后安装在电机中。定子2例如具有常规的结构,该常规的结构具有以环形布置的定子段,其中,这些定子段中的每一个均具有框架3,在该框架3上附接有串联布置的板。在分别相邻的定子段之间,布置有由电线制成或借助于公知的发夹技术制造的定子绕组4,其电缆端部被引出到位于轴向端部处的绕组头17。此外,定子2包含未示出的绝缘材料,该绝缘材料将待彼此电气隔离的部件隔开。
在未详细示出的浸渍装置1中,定子2以其纵轴15相对于水平面16以倾角α倾斜的方式被容纳,其中,在所示实施方式中,倾角为5°至20°。如上所述,倾角也可以是0°。为了调节倾角α,可以借助于未示出的枢转装置使定子2倾斜。相应的枢转运动25由在图1中的双箭头表示。
此外,在图1所示的实施方式中,定子2可旋转地安装在浸渍装置1中,并且可以被电驱动马达12绕其纵轴15驱动。驱动马达12通过未标记但以虚线示出的控制电缆连接到装置的控制单元19。
定子2在相对较短的部分上被环形的感应器6同轴地包围,该感应器大体上被设计为电子线圈。感应器6包括螺旋形弯曲的管20,冷却剂可被引导通过该管20。可以清楚地看到,感应器6的轴向长度比定子2的轴向长度短。感应器6通过柔性电缆21、22连接到电压源23,该电压源23操作为变频器,并可以产生所需频率的交流电压。在感应器6的运行期间,交流电流流过螺旋管20的材料并产生交变磁场,该交变磁场在定子2的所有导电部件中产生涡电流,该涡电流同时加热这些部件。定子2的相邻的电绝缘材料也通过热辐射或热传导被加热。
感应器6通过致动器13被布置成可与定子2同轴地滑动。该致动器13通过虚线所示的控制电缆连接至控制单元19。使用致动器13,感应器6可以在第一轴向端部位置A和第二轴向端部位置之间来回移动。感应器6的这些运动方向18由双箭头示出。图1以虚线示出了处于第二端部位置B中的感应器6'。
还有温度传感器14,其可以测量定子2的表面温度。温度测量是非接触式进行的,并且温度传感器14通过虚线所示的传感器电缆连接到控制单元19。
如图1进一步所示,浸渍装置1还包括滴流装置24,该滴流装置24在此作为示例示出,并且其包括用于在室温下为液体的合成树脂5的第一容器10和用于液体硬化剂的第二容器11。合成树脂和硬化剂以预定的量比通过未进一步指定的阀进给到混合容器9中。合成树脂5借助于泵8从混合容器9被引导到至少一个滴流喷嘴7,通过该滴流喷嘴7,合成树脂5可以以较低的流速滴流到定子2的绕组头17上。调节流速,使得仅将能够被定子2吸收以填充其腔的量的合成树脂5施加到绕组头17。如已经提到的,也可以使用单组分合成树脂,其随着温度升高也凝固成热固性塑料。在这种情况下,可以省略第二容器11、第二阀和混合容器9。
图2示出了用根据图1的浸渍装置1滴流浸渍定子2期间,定子2的温度T相对于时间t的曲线T(t)。从时间t0开始,定子2的温度T1与环境室温相同。首先,驱动马达12和致动器13由控制单元19接通。因此,在所示的实施方式中,定子2绕其纵轴15旋转,并且可设计为气动活塞-气缸装置或电动致动器的致动器13在两个轴向端部位置A和B之间来回推动感应器6。通过控制单元19接通电压源23,感应器6进入其电磁功能有关的操作,使得具有预定频率的交流电流经挠性电缆21、22和感应器6的螺旋管20。这样,感应器6产生交变磁场,交变磁场在定子2的所有导电部件中感应出涡电流,从而对其加热并且还对定子2的相邻非导电部件间接加热。
为了对定子2或电枢进行感应加热,在感应器6的操作期间,定子绕其纵轴15旋转并非是绝对必要的。然而,在感应器6的不同于均匀线圈的非均匀结构的情况下,该旋转是有利的。另外,定子2或电枢的旋转确保了尚未形成凝胶或凝固的合成树脂5在重力作用下积聚在定子2或电枢的下部区域中,并因此无意地从其沿轴向泄漏。
由于感应器6的轴向长度比定子2的轴向长度小,并且通过致动器13在两个轴向端部位置A、B之间不停地来回移动,所以可以实现对定子2的所有部件的基本均匀的加热。当在对定子2的第一轴向端部进行热处理之后,感应器6已经朝第二轴向端部离开了该位置时,存在于定子2的第一端部的热量可以在定子2内部传递到那里的所有部件,以使得即使定子2的非导电部件也与导电部件一起被相对均匀地加热。这也避免了例如对定子2的金属部件的太快和太强的加热,否则会损坏定子2的非金属部件,例如用于电绝缘的材料。在定子2的第二轴向端部处和在定子2的轴向插入区域中也发生同样的情况。
为了防止电磁有源感应器6在定子2的轴向端部的区域中的停留时间由于其在相反的运动方向上的减速和再加速而不利地变长,可以提供的是,由于致动器13的适应速度控制中,感应器6在定子2的所有区域中的停留时间大致相同。
实现对定子2的轴向均匀加热的另一种可能性是在定子2的两个轴向端部的区域中不要永久地使电感6运行。例如,可以提供,当接近定子2的轴向端部时感应器6仍在运行中,但是当其到达该端部时关断,并且当感应器6已经离开定子2的该端部区域预定距离时,该感应器6再次运行。
如图2所示,运行感应器6被操作成使得:从初始温度T1开始,定子2被感应加热。如图3所示,这也可以通过例如交替地接通和关断感应器6来完成,其中在图3中,感应器6的接通状态由数字1表示,而关断状态由数字0表示。优选地,根据由温度传感器14所测量的定子2的外部温度,以受控的方式接通和关断感应器。如果控制单元19确定定子2的外部温度T已经超过预定的上设定点温度值T-高时,感应器6暂时关断。如果温度然后下降到较低的设定点温度值T-低以下,则感应器6再次接通。这些设定点温度值可以根据已经过去的时间t来定义。图2示出,由于所描述的控制,定子2的外部温度T总是处于由下设定点温度值T-低和上设定点温度值T-高的曲线限制的温度范围内。
在第一时间段t0–t1中的第一加热阶段结束后,定子的外部温度T及其内部温度已经达到了处于所谓的滴流温度范围T2–T3内的温度值。在第二时间段t1-t2中的随后的滴流阶段中,对浸渍装置1的控制确保定子2的温度T保持在该滴流温度范围T2-T3内。这是通过必要地接通和关断感应器6以及通过与定子2同轴的感应器6的所述的往复运动来完成的。在这个滴流阶段期间,将仍然是液体的合成树脂5供应到绕组头17,并且因此借助于由控制单元19控制的泵8而供应到定子2的内部。
由于已经提到的定子2的倾斜和绕其纵轴15的恒定旋转,合成树脂5均匀地分布在定子2中,并因此填充了先前充满空气的所有间隙。在滴流阶段结束时,即当预定量的合成树脂5已被滴流到定子2或电枢中时,定子2或电枢水平定位,以防止合成树脂5在随后加热到固化温度(T2-T3)的阶段期间从定子2泄漏出。
从图3中虚线所示的接通脉冲还可以看出,在第二时间段t2–t3期间,即在滴流过程中,只要温度没有降到滴流温度范围T2–T3的温度下限T2,就可以关断感应器6。这对于进一步的节能可以是有利的,例如使用小的定子或电枢和较短的滴流时段。
在滴流阶段结束之后,开始第三时间段t2-t3,在该第三时间段中,定子2借助于感应器6被感应加热到处于预定的固化温度范围T4-T5内的固化温度。在温度升高至固化温度期间以及在随后的固化期间,通过连续地来回移动感应器6以及通过以温度控制的方式接通和关断感应器6,可以实现定子2的基本相同且恒定的内部和外部温度。
在时刻t4热固性塑料在定子2中固化之后,关断感应器6和致动器13,并且将定子2从浸渍装置1中移除并暂时存储用以冷却至室温T1。
所提出的用于滴流浸渍电机的定子2或电枢的方法的特征在于其简单的可控制性以及定子2或电枢的快速且均匀的加热。与已知的方法相比,它能够大致同时加热定子2或电枢的所有部件,而不会存在例如热不稳定部件(例如,隔热材料)因过热而燃烧或在它们的预期特性至少受损的风险。另外,对定子2或电枢的感应加热由于其较高的热效率而比在加热炉中加热或通过流过定子或电枢的绕组的电流加热更有能量效率,这是因为在后一种情况下,仅绕组电线用于加热定子或电枢,而对定子或电枢的感应加热同时加热所有的导电部件。最后,当使用根据本发明的方法时,绕组电线中的任一个都不需要连接到电压源并且不需要被供应加热电流,从而与加热电流方法相比,浸渍装置1中的安装过程显著减少。总而言之,所提到的优点使得生产时间的显著减少,并因此显著降低制造成本。
图4示出了根据本发明的滴流浸渍的过程也可以用于从径向内部加热定子2。为此目的,例如在定子2的圆柱形腔26中同轴地布置有例如具有螺旋形构造的感应器6*。如果需要,该感应器6*也可以轴向地来回移动并且关于其激活如所述的那样被控制。然后如已经说明的那样对定子2的所有部件进行加热。
附图标记列表
1 浸渍装置
2 定子
3 定子的框架
4 定子的绕组,定子绕组
5 合成树脂,合成树脂-硬化剂混合物
6 感应器(在第一轴向端部位置)
6' 感应器(在第二轴向端部位置)
6* 感应器(同轴布置在定子中)
7 滴流喷嘴
8 泵
9 混合容器
10 用于树脂的容器
11 用于硬化剂的容器
12 驱动马达
13 用于轴向移位感应器的致动器
14 温度传感器
15 定子的纵轴
16 水平面
17 定子的绕组头
18 感应器的移动方向
19 控制单元
20 感应器的螺旋管
21 第一柔性电缆
22 第二柔性电缆
23 电压源;变频器
24 滴流装置
25 定子或电枢相对于水平面的枢转运动
26 定子的中空圆柱形内部
A 第一轴向位置
B 第二轴向位置
α 定子的倾角
t 时间
t1–t4 时间点
T1 初始温度;室温
T2 下滴流温度
T3 上滴流温度
T4 下固化温度
T5 上固化温度
T2-T3 滴流温度范围
T4-T5 固化温度范围