CN110945756A - 具有事先用云母带缠绕的成型线圈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机(4)的定子绕组(12)的线圈(13)，其由一定数量的线匝(14)构成，所述一定数量的线匝共同地被一定数量的云母带(15)的层缠绕，在一定数量的云母带的层上又缠绕一定数量的覆盖带(16)的层。所述线圈(13)构造为三维的成型线圈。云母带(15)具有按照DIN EN 60371‑2(2005版)的低于50N/m的弯曲刚度，并且在云母带的顶侧面和底侧面之间具有按照IEC EN ISO 8295(2004版)的低于0.7的静摩擦系数。

Description

具有事先用云母带缠绕的成型线圈
本发明基于一种电机的定子绕组的线圈，
-其中，所述线圈由一定数量的线匝构成，所述一定数量的线匝共同地被一定数量的云母带的层缠绕，在一定数量的云母带的层上又缠绕有一定数量的覆盖带的层，
-其中，所述线圈设计为三维的成型线圈。
本发明此外还基于一种电机，其中，该电机具有定子和转子，其中，定子具有定子槽，定子绕组被设置到定子槽中，其中，定子绕组具有多个线圈，其中，所述线圈中的至少一个线圈设计为与上文所述一样的线圈。
本发明此外还基于一种电气的驱动装置，其中，所述驱动装置具有这种电机、逆变器和用于所述逆变器的控制设备，其中，所述电机能通过控制设备经由逆变器连接到供应电压上，所述供应电压大于350V，尤其大于1.0kV，例如直至4.5kV。
本发明此外还基于一种轨道交通运输工具，其中，所述轨道交通运输工具具有这种电气的驱动装置作为牵引驱动装置。
电机中，将一层或者多层云母带敷设在定子绕组的线圈上，用于主绝缘。此外这也用于提高线圈的防潮性和热等级。尤其在用作轨道交通运输工具的牵引驱动装置的电机中，这种结构还额外地在织物覆盖带层的保护下免受机械影响。织物覆盖带仅具有机械的保护功能。相反，主绝缘的防潮性和热等级决定性地通过云母带的层数确定。
在设计为成型线圈的线圈中已知的是，首先制造平坦的线圈，该线圈由于其形状通常被称为race track圈(跑道型线圈)(两个长的直线通过两个半圆形的弧段相互连接)。该线圈然后通过造型过程成形为成型线圈。对这种成型线圈还已知的是，云母带层在(三维的)成型线圈成形之后被敷设到线圈上。该过程通常是手动进行的。手动敷设云母带很费时并且易出错。
已经做出的尝试是，在三维的成型线圈成形之前将云母带层敷设到仍然平坦的线圈上，并且已经被云母带(和必要时的覆盖带)缠绕的平坦的线圈成形为成型线圈。这种方法作为Flattechnik(平层技术)技术已知。这种方法已被证明可用于在“一般的”应用中使用的电气驱动装置的线圈。然而迄今为止对于牵引驱动装置和驱动装置的电机经受恶劣环境条件的类似应用情况来说，还不能以这种方式制造在实践中具有必要的可靠性(尤其防潮性)的成型线圈。
本发明要解决的技术问题是，提供一种可行方案，利用该方案以简单和低成本的方式得到成型线圈、电气机械和驱动装置，它们尤其适用于在牵引驱动装置的情况下使用。
上述技术问题通过具有权利要求1的特征的线圈解决。线圈的有利设计方案是从属权利要求2至5的内容。
按照本发明，前述类型的线圈被设计为，云母带具有按照DIN EN 60371-2(2005版)的低于50N/m的弯曲刚度，并且在云母带的顶侧面和底侧面之间具有按照DIN EN ISO8295(2004版)的低于0.7的静摩擦系数。
通过使用这样柔性的云母带能够实现的是，云母带在缠绕仍然平坦的线圈时近似无褶地贴靠在仍然平坦的线圈上。以此实现，在平坦的线圈成形为成型线圈时，云母带层能相对彼此移动，而这些层不会在褶皱处空悬。通过使用具有相应的静摩擦系数的云母带实现的是，在线圈成形为成型线圈时，云母带层以可再现的方式相对彼此移动。因此尤其可以通过结合这两种特性实现的是，在线圈成形为成型线圈时不产生空穴，即真正的线圈(＝金属导体、大多为由扁平的铜带构成的导体的一定数量的线匝)完全地被仍然数量充足的云母带层可靠地覆盖。
通常当云母带具有上述特性时就足够了。然而有利的是，这些特性甚至也在覆盖带中实现。也即有利的是，覆盖带在其顶侧面和底侧面之间具有按照DIN EN ISO 8295(2004版)的低于0.7的静摩擦系数，和/或覆盖带和云母带相互协调，使得覆盖带相对于云母带具有按照DIN EN ISO 8295(2004版)的低于0.7的静摩擦系数。
优选的是，云母带和云母带层的数量相互协调，使得线圈按照IEC 60034-18-31(2017版)具有200℃或更好的热等级。这是相对于现有技术的改进，在现有技术中通常能实现180℃的热等级。很容易实现220°的热等级，在一些情况下甚至能实现250°的热等级。
在线圈的优选设计方案中，覆盖带本身具有两层，其中，这两层分别是织物和膜，所述织物由玻璃纤维或者由第一高性能聚合物构成，并且所述膜由第二高性能聚合物构成。通过这种设计可以实现的是，覆盖带不仅造成机械的保护功能，而且造成电气的保护功能(即使仅是在比较小范围中)，并且尽管如此仍能实现较高的热等级。第二高性能聚合物尤其可以是聚酰亚胺。在此，通常织物背离云母带层，而膜面朝云母带层。
上述技术问题还通过具有权利要求6的特征的电机解决。按照本发明，在前述类型的电机中，所述线圈的至少一个线圈按照本发明设计。
上述技术问题还通过具有权利要求7的特征的电气驱动装置解决。按照本发明，该电气驱动装置的电机按照本发明设计。
上述技术问题还通过具有权利要求8的特征的轨道交通运输工具解决。按照本发明，该轨道交通运输工具具有按照本发明的电气驱动装置作为牵引驱动装置。
通过以下对结合附图详尽阐释的实施例的说明，本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现本发明的上述特性、特征和优点的方法和方式将被更清楚且明白地理解。示意图中：
图1示出轨道交通运输工具，
图2示出电气驱动装置，
图3示出电机，
图4示出电机的定子并示出线圈，
图5示出剖切线圈的横截面，
图6示出带层的序列，
图7示出覆盖带的顶侧面的俯视图，
图8示出覆盖带的底侧面的俯视图，
图9示出流程图，并且
图10示出平坦的线圈。
按照图1，轨道交通运输工具1(例如电气机车)具有至少一个牵引驱动装置2。按照图1通过架空线3为牵引驱动装置2供电。然而也可以想到其他供电形式，例如通过对发电机进行驱动的柴油驱动装置来供电。
牵引驱动装置2是电气驱动装置的一个示例。下面结合该牵引驱动装置2阐述本发明。然而，电气驱动装置也可以用于其他目的。因此下文仅笼统使用“驱动装置”的名称并继续使用附图标记2。
电气驱动装置2按照图2具有电机4、逆变器5和用于逆变器5的控制设备6。在很多情况中，在逆变器5前还布置有整流器7。然而这不是强制性要求的。电机4可以通过控制设备6经由逆变器5连接在供应电压U上。若整流器7存在并且可控，则对整流器7的控制通常也通过控制设备6进行。
供应电压U(即加在电机4的电动机连接点处的电压)通常大于350V，尤其绝大多数情况下大于1kV。供应电压甚至可以大于1.0kV，例如在2kV至3kV之间。在一些情况中可以直至4.5kV。
电机按照图3具有定子8和转子9。转子9抗扭地布置在转子轴10上，转子轴10本身围绕转动轴线能转动。按照图3和图4，定子8具有定子槽11。定子绕组12(见图3)设置到定子槽11中。定子绕组12具有多个线圈13(见图4)，其中，在图4中出于清楚原因仅示出一个线圈13。本发明实质内容是线圈13的设计。
按照图5，线圈13由一定数量的线匝14构成。线匝14通常由铜、一般由铜带构成。但在所有情况中，线匝14都配设有未单独示出的电绝缘部、例如保护漆。线匝14的数量可以按需要确定。图5所示四个线匝14的数量是纯示例性的。
按照图5，一定数量的线匝14(具体而言不是单独地而是共同地)被一定数量的云母带15的层缠绕。云母带15的层的数量可以是1。通常大于1。然而图5所示两层的数量是纯示例性的。一定数量的覆盖带16的层缠绕到云母带15的层上，确切而言缠绕到云母带15的最外层上。覆盖带16的层的数量可以大于1。然而通常仅缠绕一层覆盖带16。覆盖带16通常是制造完成的线圈13的或者说成品线圈的最外层。在用覆盖带16缠绕线圈13之后，制造完成的线圈13被装入定子9中，确切而言装入两个定子槽11中。
若线圈13以所谓的平层技术制造，则云母带15应具有尽可能高的柔性和在顶侧面和底侧面之间尽可能小的静摩擦系数。尤其地，弯曲刚度应按照DIN EN 60371-2(2005版)低于50N/m。静摩擦系数(在相同的标准中定义)应低于0.7。例如合适的云母带是NipponRika集团的产品RikaFibrel E364N和RikaFibrel E464N。
可行的是，云母带15永久性具有上述材料特性。然而至少在制造线圈13的时刻必须得到云母带15的所述材料特性。尤其地，静摩擦系数可以在制造线圈13的时刻通过在云母带15的层之间的脂层或者油层造成。然而这种脂层或者油层甚至在线圈13制造之后仍存在，也即在较长时间之后才挥发掉，使得甚至在施加了脂层或者油层时相应的静摩擦系数也可以被视为云母带15的材料特性。
优选地，上述对云母带15的说明也适用于覆盖带16。也即，覆盖带16优选地在其顶侧面和底侧面之间具有按照DIN EN ISO 8295(2004版)的低于0.7的静摩擦系数。此外优选的是，覆盖带16和云母带15相互协调，使得覆盖带16相对于云母带15具有这种静摩擦系数。上述对于施加脂层或者油层的阐述在此也有效。
按照图6至图8，覆盖层16优选设计为层压材料，其具有两层17、18的序列。这两个层17、18分别是织物17和膜18。覆盖带16不含其它组分。膜18直接邻接在织物17上。通常织物17背离云母带15的层，并且与此对应的是膜18面朝云母带15的层。然而原则上织物17和膜18的反向的序列也是可行的。
织物17优选由玻璃纤维构成。备选地，织物17可以由第一高性能聚合物构成。所述第一高性能聚合物可以是聚酰亚胺，但是优选是芳族聚酰胺，尤其间位(m)芳族聚酰胺或者对位(p)芳族聚酰胺。膜18由第二高性能聚合物构成。所述第二高性能聚合物可以是芳族聚酰胺，尤其间位(m)芳族聚酰胺或者对位(p)芳族聚酰胺。然而优选的是，所述第二高性能聚合物是聚酰亚胺。合适的覆盖带16的示例是Isovolta AG公司的产品Voltaflex GK2797。
按照本发明，如图4所示，线圈13构造为三维的成型线圈。此外，按照本发明，相应于图9的视图，线圈13首先在步骤S1中被卷绕为平坦的线圈。这在步骤S1中通过说明“2D”表示。平坦的线圈纯示例性地在图10中示出。然后在步骤S2中，在平坦的线圈上、也即在平坦的线圈成形为成型线圈之前，敷设云母带15和覆盖带16的层。这在步骤S2中通过说明“15,16”表示。然后才在步骤S3中把已经被缠绕的扁平的线圈成形为三维的成型线圈。这在步骤S3中通过说明“3D”表示。
在造型过程(步骤S3)中，云母带15的层上下间相互移动和/或覆盖带16的层相对地移动。在一些情况中，邻接在云母带15的最外层上的、覆盖带16的最内层也相对地移动。这些移动是线圈13的通过制造过程得到的结构特征。
利用云母带15的单个的层可以实现按照IEC 60034-18-31(2017版)所确定的热等级。每多一个云母带15的层都提高热等级。优选的是，云母带15和云母带15的层的数量相互协调，使得线圈13具有200℃或者更好的热等级(按照所述标准)。
总之，本发明涉及下述事实：
电机4的定子绕组12的线圈13由一定数量的线匝14构成，所述一定数量的线匝共同地被一定数量的云母带15的层缠绕，在一定数量的云母带的层上又缠绕一定数量的覆盖带16的层。线圈13设计为三维的成型线圈。云母带15具有按照DIN EN 60371-2 2005版的低于50N/m的弯曲刚度，并且在云母带的顶侧面和底侧面之间具有按照DIN EN ISO 82952004版的低于0.7的静摩擦系数。
本发明具有多种优点。尤其地，对于牵引驱动装置2和类似应用情况初次使用具有成型线圈13的电机4，所述成型线圈在三维的造型过程之前被云母带15和覆盖带16缠绕。防潮性和温度指数显著改善。尤其可以实现200℃或者更好的热等级。此外也可以改善机械保护性能。
虽然通过优选实施例进一步详细地示出和说明了本实用新型，但是本实用新型并不被公开的示例所限制，本领域技术人员可以由此推导出其他的变型设计，只要不离开本实用新型的保护范围即可。

Claims (8)

1.一种电机(4)的定子绕组(12)的线圈，
-其中，所述线圈由一定数量的线匝(14)构成，所述一定数量的线匝共同地被一定数量的云母带(15)的层缠绕，在所述一定数量的云母带的层上又缠绕一定数量的覆盖带(16)的层，
-其中，所述线圈构造为三维的成型线圈，
其特征在于，
所述云母带(15)具有按照DIN EN 60371-2(2005版)的低于50N/m的弯曲刚度，并且在云母带的顶侧面和底侧面之间具有按照DIN EN ISO 8295(2004版)的低于0.7的静摩擦系数。
2.按照权利要求1所述的线圈，
其特征在于，
所述覆盖带(16)在其顶侧面和底侧面之间具有按照DIN EN ISO8295(2004版)的低于0.7的静摩擦系数，和/或所述覆盖带(16)和所述云母带(15)相互协调，使得覆盖带(16)相对于云母带(15)具有按照DIN EN ISO8295(2004版)的低于0.7的静摩擦系数。
3.按照权利要求1或2所述的线圈，
其特征在于，
所述云母带(15)和云母带(15)的层的数量相互协调，使得所述线圈具有按照IEC6003418-31(2017版)的200℃的热等级或者更好的热等级。
4.按照权利要求1、2或3所述的线圈，
其特征在于，
所述覆盖带(16)本身具有两层(17、18)，其中，这两层(17、18)分别是织物(17)和膜(18)，并且所述织物(17)由玻璃纤维或者由第一高性能聚合物构成，并且所述膜(18)由第二高性能聚合物构成。
5.按照权利要求4所述的线圈，
其特征在于，
所述第二高性能聚合物是聚酰亚胺。
6.一种电机，其中，所述电机具有定子(8)和转子(9)，其中，所述定子(8)具有定子槽(11)，定子绕组(12)被设置到所述定子槽(11)中，其中，所述定子绕组(12)具有多个线圈(13)，其中，所述线圈(13)的至少一个线圈设计为按照上述权利要求1至5之一所述的线圈。
7.一种电气的驱动装置，其中，所述电气的驱动装置具有按照权利要求6所述的电机(4)、逆变器(5)和用于所述逆变器(5)的控制设备(6)，其中，所述电机(4)能通过控制设备(6)经由逆变器(5)连接到供应电压(U)上，所述供应电压大于350V，尤其大于1.0kV，例如直至4.5kV。
8.一种轨道交通运输工具，其中，所述轨道交通运输工具具有按照权利要求7所述的电气的驱动装置作为牵引驱动装置(2)。
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