CN110999036A - 具有由高性能材料制成的包覆带的线圈 - Google Patents

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Abstract

一种电机(4)的定子绕组(12)的线圈，所述线圈由多个匝(14)构成，所述匝共同被云母带(15)的多个层绕卷，在所述云母带(15)的多个层上又绕卷有包覆带(16)的多个层。所述包覆带(16)具有两个层(17、18)的序列。所述两个层(17、18)分别是织物(17)和膜(18)。所述织物(17)由玻璃纤维或者第一高性能聚合物构成。所述膜(18)由第二高性能聚合物构成。

Description

具有由高性能材料制成的包覆带的线圈
本发明涉及一种电机的定子绕组的线圈，
-其中，所述线圈由多个匝构成，所述匝共同被云母带的多个层绕卷，在所述云母带的多个层上又绕卷有包覆带的多个层，
-其中，所述包覆带具有两个层的序列，其中，所述两个层分别是织物(Gewebe)和膜。
本发明还涉及一种电机，其中，所述电机具有定子和转子，其中，所述定子具有定子槽，定子绕组安设在所述定子槽中，其中，所述定子绕组具有线圈，其中，至少一个线圈构造为如上所述的线圈。
本发明还涉及一种电驱动装置，其中，所述驱动装置具有这种电机、变流器和用于所述变流器(Umrichter)的控制器，其中，所述电动机能够通过所述控制器经由变流器连接至电源电压，所述电源电压大于1kV、尤其大于1.5kV、例如高达4.5kV。
本发明还涉及一种轨道交通工具，其中，所述轨道交通工具具有这种电驱动装置作为牵引驱动装置。
在电机中，在定子绕组的线圈上安设一层或者多层云母带以进行主绝缘。这尤其是为了提高线圈的耐湿性和耐热等级。尤其对于作为轨道交通工具的牵引驱动装置使用的电机而言，这种结构还附加地通过一层织物包覆带保护以防止机械影响。所述织物包覆带仅具有机械上的保护功能。而主绝缘结构的耐湿性和耐热等级则很大程度地由云母带的层数确定。如果一定层数的云母带不具有要求的特性，则增加云母带的层数。还已知，除了增加云母带的层数，备选地可以在云母带的层之间附加地置入绝缘的膜带。所述膜带在一些情况下由聚酰亚胺构成。所述膜带是未被织物强化的纯膜。
在两种情况下、即增加云母带的层数和在云母带的层之间使用膜带都提高了制造耗费并且提高了材料成本和制造成本。
对于普通的、不用于牵引用途的电驱动装置而言还已知，在云母带的层上附加地施加一层组合的膜-织物包覆带。膜和织物都由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)构成。通过这种膜-织物包覆带能够达到最大180℃的耐热等级。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能够以简单并且成本低廉的方式制造尤其在牵引驱动装置中使用的线圈、电机和驱动装置的可行方案。
所述技术问题通过具有权利要求1的特征的线圈解决。线圈的有利的设计方案是从属权利要求2至6的技术方案。
按照本发明如下设计开篇所述类型的线圈，即织物由玻璃纤维或者由第一高性能聚合物构成并且膜由第二高性能聚合物构成。
通常优选的是，织物由玻璃纤维构成。如果织物由第一高性能聚合物构成，则第一高性能聚合物优选是芳纶。而第二高性能聚合物则优选是聚酰亚胺。
织物通常远离云母带的层并且膜由此相应地朝向云母带的层。然而原则上也可行的是相反的层序列。
可行的是，线圈构造为扁平线圈。线圈备选地可以构造为三维的成型线圈。
在三维的成型线圈的情况下原则上可行的是，在线圈的成型过程之后施加云母带的层(或叠层)。然而，出于制造技术方面的原因明显更简单的是，将线圈首先绕卷为二维的线圈，之后以云母带的层和包覆带的层绕卷并且之后才成型为三维的成型线圈。在这种情况下，云母带的层彼此间和/或包覆带的层彼此间具有错移，如同通过这种过程(即在以云母带和包覆带绕卷之后成型)产生的错移那样。
所述技术问题还通过具有权利要求7的特征的电机解决。按照本发明，在开篇所述类型的电机中，至少一个线圈按照本发明地构造。
所述技术问题还通过具有权利要求8的特征的电驱动装置解决。按照本发明，电驱动装置的电机按照本发明地构造。
所述技术问题还通过具有权利要求9的特征的轨道交通工具解决。按照本发明，所述轨道交通工具具有按照本发明的电驱动装置作为牵引驱动装置。
本发明的上述特性、特征和优点以及实现所述特性、特征和优点的方式方法将接合以下对实施例的描述更加的清楚明白，对所述实施例将接合附图详细地阐述。在此，在示意性的视图中：
图1示出了轨道交通工具，
图2示出了电驱动装置，
图3示出了电机，
图4示出了电机的定子和线圈，
图5示出了剖切线圈得到的横截面，
图6示出了带的层的序列，
图7示出了包覆带的上侧的俯视图，
图8示出了包覆带的下侧的俯视图，
图9示出了流程图，并且
图10示出了二维的线圈。
按照图1，轨道交通工具1(例如电动车)具有至少一个牵引驱动装置2。按照图1，经由架空导线3为牵引驱动装置2供给电能。然而也可以考虑的是其它类型的供给、例如通过驱动发电机的柴油驱动装置实现的供给。
牵引驱动装置2是电驱动装置的示例。以下结合牵引驱动装置2阐述本发明。然而电驱动装置也可以用于其他用途。因此以下仅一般性地使用名称“驱动装置”并且继续使用附图标记2。
按照图2，电驱动装置2具有电机4、变流器5和用于所述变流器5的控制器6。在许多情况下，在变流器5之前还布置有整流器7。然而这不是一定必要的。电机4能够通过控制器6经由变流器5连接至电源电压U。如果存在整流器7并且所述整流器是可控的，则通常同样通过控制器6实现整流器7的控制。
电源电压U、即施加到电机的电机连接点处的电压通常大于1kV。所述电源电压甚至可以大于1.5kV、例如介于2kV和3kV之间。所述电源电压在一些情况下可以高达4.5kV。
按照图3，电机具有定子8和转子9。转子9抗扭地布置在转子轴10上，所述转子轴自身能够围绕旋转轴旋转。按照图3和图4，定子8具有定子槽11。定子绕组12(参见图3)安设在定子槽11中。定子绕组12具有线圈13(参见图4)，其中，在图4中出于简洁性的原因仅示出其中一个线圈13。
线圈13的设计方案是本发明实际的技术方案。
按照图5，线圈13由多个匝14构成。匝14通常由铜构成。然而，在每种情况下，匝14均配设有未专门示出的电绝缘结构、例如保护漆。匝14的数量可以是根据需求的。在图5中示出的四个匝14的数量是纯粹示例性的。
按照图5，匝14不是单独地，而是共同地被云母带15的多个层绕卷。云母带15的层的数量可以是1。所述数量通常大于1。然而在图5中示出的两个层的数量是纯粹示例性的。在云母带15的层上、确切说在云母带15的最外侧的层上绕卷有包覆带16的多个层。包覆带16的层的数量可以大于1。然而通常仅绕卷一层包覆带16。包覆带16通常是制造完成的线圈13的最外侧的层。在以包覆带16绕卷线圈13之后将制造完成的线圈13安设在定子9或者更准确地说安设在其中两个定子槽11中。
在将线圈13设计为成型线圈的情况下，云母带15应当在上侧和下侧之间具有尽可能高的挠性和尽可能低的静摩擦系数。根据IEC EN ISO 8295(2004年)，抗弯强度尤其应当低于50N/m。静摩擦系数(在相同的标准中定义)应当低于0.7。适宜的云母带例如是NipponRika集团的RikaFibrel E364N和RikaFibrel E464N。
按照图6至图8，包覆带16构造为叠层结构，所述叠层结构具有两个层17、18的序列。两个层17、18分别是织物17和膜18。包覆带16不具有其它的组成部分。膜18直接与织物17邻接。织物17通常远离云母带15的层，并且由此相应地，膜18朝向云母带15的层。然而，织物17和膜18的相反的序列在原则上也是可行的。
织物17优选由玻璃纤维构成。所述织物备选地可以由第一高性能聚合物构成。第一高性能聚合物可以是聚酰亚胺，然而优选是芳纶、尤其是间位芳纶或者对位芳纶。膜18由第二高性能聚合物构成。第二高性能聚合物可以是芳纶、尤其是间位芳纶或者对位芳纶。然而第二高性能聚合物优选是聚酰亚胺。适宜的包覆带16例如是Isovolta股份公司的Voltaflex GK2797。
可行的是，线圈13是基本上扁平的线圈。然而线圈13通常如图4所示地那样构造为三维的成型线圈。
在构造为成型线圈的情况下，可以在线圈13成型为成型线圈之后施加云母带15的层和包覆带16的层。然而与图9的视图对应地优选首先在步骤S1中绕卷二维的线圈。这在步骤S1中由“2D”表示。在图10中纯粹示例性地示出了二维的线圈。之后在步骤S2中、即在成型为成型线圈之前将云母带15和包覆带16的层施加在二维的线圈上。这在步骤S2中由标识“15、16”表示。之后才在步骤S3中将已经绕卷的扁平线圈成型为三维的成型线圈。这在步骤S3中由标识“3D”表示。
在成型过程(步骤S3)中，云母带15的层相互错移和/或包覆带16的层彼此错移。在一些情况下，包覆带16的与云母带15的最外侧的层邻接的最内侧的层也彼此错移。错移是线圈13的由于制造过程产生的构造方面的特征。
总而言之，本发明由此涉及以下方面：
电机4的定子绕组12的线圈13由多个匝14构成，所述匝共同被云母带15的多个层绕卷，在所述多个层上又绕卷有包覆带16的多个层。包覆带16具有两个层17、18的序列。两个层17、18分别是织物17和膜18。织物17由玻璃纤维或者第一高性能聚合物构成。膜18由第二高性能聚合物构成。
本发明具有多种优点。尤其由于包覆带16设计为织物17和膜18的结合的方案，因此在不需要云母带15的附加的层的情况下改善了耐湿性和温度指数。此外也改善了机械方面的保护。由于使用的材料，还能够实现200℃或者更好的耐热等级。
尽管详细地通过优选的实施例在细节中说明和描述了本发明，但是本发明并不局限于公开的示例，或者本领域技术人员能够由此在不脱离本发明的保护范围的情况下推导出其它变型。

Claims (9)

1.一种电机(4)的定子绕组(12)的线圈，
-其中，所述线圈由多个匝(14)构成，所述匝共同被云母带(15)的多个层绕卷，在所述云母带(15)的多个层上又绕卷有包覆带(16)的多个层，
-其中，所述包覆带(16)具有两个层(17、18)的序列，其中，所述两个层(17、18)是织物(17)和膜(18)。
其特征在于，
所述织物(17)由玻璃纤维或者第一高性能聚合物构成，并且膜(18)由第二高性能聚合物构成。
2.根据权利要求1所述的线圈，
其特征在于，
所述第一高性能聚合物是芳纶。
3.根据权利要求1或2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。
4.根据权利要求1、2或3所述的线圈，
其特征在于，
织物(17)远离云母带(15)的层并且膜(18)朝向云母带(15)的层。
5.根据前述权利要求之一所述的线圈，
其特征在于，
线圈构造为三维的成型线圈。
6.根据权利要求5所述的线圈，
其特征在于，
云母带(15)的层彼此间具有错移和/或包覆带(16)的层彼此间具有错移，所述错移产生方式是，将线圈首先绕卷为二维的线圈，之后以云母带(15)的层和包覆带(16)的层绕卷并且之后才成型为三维的成型线圈。
7.一种电机，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)安设在所述定子槽中，其中，所述定子绕组(12)具有线圈(13)，其中，至少一个线圈(13)构造为根据权利要求1至6之一所述的线圈。
8.一种电驱动装置，其中，所述电驱动装置具有根据权利要求7所述的电机(4)、变流器(5)和用于所述变流器(5)的控制器(6)，其中，所述电机(4)能够通过控制器(6)经由变流器(5)连接至电源电压(U)，所述电源电压大于1kV、尤其大于1.5kV、例如高达4.5kV。
9.一种轨道交通工具，其中，所述轨道交通工具具有根据权利要求8所述的电驱动装置作为牵引驱动装置(2)。
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