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Abstract

本发明涉及一种用于生产在定子(210，220)中的凹槽底部绝缘层的方法，其中该定子(210，220)是电机的一部分并且由铁磁性的材料构成，其中该定子(210，220)设有至少一个凹槽(204)，以便在该至少一个凹槽(204)中安置绕组线(122)，其中该至少一个凹槽(204)涂覆有软磁性的绝缘材料。此外，描述一种设有经优化的凹槽底部绝缘层的定子(210，220)。

Description

用于优化凹槽底部绝缘层的方法和定子
技术领域
本发明涉及一种在电机定子中的优化的凹槽底部绝缘层。此外，要求保护一种设有优化的凹槽底部绝缘层的定子。
背景技术
在常规的用于高电压的电机(例如在电动车辆中用作牵引电动机)中，一方面绕组线大多数通过漆料绝缘，另一方面待缠绕的钢质件(在电动车辆中大多数情况下为设有至少一个凹槽的定子片材)在绕线之前铺设有预折叠的绝缘纸。绝缘纸也被称作所谓的“凹槽绝缘衬(slot liner)”，并且大部分由芳族聚酰胺纤维或无机陶瓷纤维制成。用绝缘纸对凹槽底部绝缘产生了对于导电的定子片的第二个绝缘屏障并且覆盖片材的锐利的边缘，以避免绕组线的漆料绝缘层的损坏。定子经常与接地电势或车身的电势连接，然而即使在未连接的情况下由于两相中的绝缘失效也会使这两相彼此短接。
用绝缘纸进行凹槽底部绝缘的问题是由此导致的凹槽的减小的横截面积。由绝缘纸占据的空间既不能以绕组线填充以提高铜横截面积(该铜横截面积将会提高扭矩密度或降低损耗)，也不能以磁性方式(如定子的铁芯)使用。相反，凹槽的大小在大多数情况下存在尽可能多的用于绕组线的空位与在定子的铁芯中尽可能小的开口之间的冲突，因此在凹槽之间的铁(也被称作齿)以及在定子背部上凹槽上方的铁(也被称作轭)没有被高磁通量饱和。在此，机器大小在大多数情况下由结构空间和重量严格限制。此外，定子背部的厚度在大多数情况下出于热学原因而需要减小，以创造导出凹槽中由绕组产生的热量的可能性。绝缘纸因此耗费凹槽横截面积，这是需要避免的，因为该凹槽横截面积既不能在电力上用于绕组线又不能在磁性上用于铁芯或定子片。
在现有技术中存在以下解决方案：通过用绝缘材料涂覆定子片来产生凹槽底部的绝缘。因此，例如在文献DE 10 2010 003 127 A1中公开了一种用于机动车辆的发电机，该发电机具有电磁的或永磁激励的转子和薄板状的定子。该定子承载有形成为插接绕组的、多股的绕组，该绕组的导体在板组外部连接成用于多相绕组的绕组头。为了改善电绝缘性并且减小对导体绝缘层的损害危险，定子的外部的环形面、轴向的端面和定子凹槽(包括在凹槽边缘处的压印)都涂覆有塑料。涂覆借助于常规的静电粉末涂覆进行。
欧洲文献EP 0 884 825 B1提出一种用于电机的具有支架板组体的定子，该支架板组体由磁性钢板构成，这些磁性钢板在其内部具有呈梳状图案的齿和缝。这些钢板按层排列，以便使齿和缝对齐。线圈被分别嵌入凹槽中，这些凹槽通过缝构成，这些缝在支架板组体中连续地按层排列。形成为修圆边缘的部件布置在支架板组体的按层排列的方向上的末端面处。支架板组体和形成为修圆边缘的部件可以至少在与绕组接触的那些位置处用绝缘层涂覆。将经加热的支架板组体和形成为修圆边缘的部件浸入绝缘材料的溶液中来进行涂覆。绝缘材料在此由树脂构成，也可以由树脂直接构造形成为修圆边缘的部件。
在美国文献US 6,664,669 B2中也将电机的定子的与线圈接触的部分涂覆。使用绝缘树脂作为涂覆材料，该绝缘树脂可以由硅酮或环氧化物构成。
发明内容
在此背景下，本发明的目的在于，提供一种电机的定子中的凹槽或凹槽底部的绝缘层，该绝缘层避免使用绝缘纸或其他的绝缘方法，该其他的绝缘方法在不传输磁通量穿过的情况下，不利地导致在定子板与绕组线之间的间隔。应尽可能地防止通过绕组线而感生到电机的定子中的磁通量的不利影响。此外，应提出一种设有这种新型绝缘层的定子。
为了实现上述目的，提出一种用于在定子中生产凹槽底部绝缘层的方法，其中该定子是电机的一部分并且由铁磁性的材料构成。该定子设有至少一个凹槽，以便在该至少一个凹槽中布置绕组线。这至少一个凹槽涂覆有软磁性的绝缘材料。
根据本发明的软磁性的绝缘材料既提供电绝缘又提供磁通量的导磁性。为了获得在交变磁场中的低滞后性以及因此低损耗(例如由于在如永磁体中的剩磁)进行了优化。根据本发明的软磁性的绝缘材料优选地具有大于1、例如尽可能地大于100的磁导率值μr。通过用软磁性的绝缘材料构成的绝缘层的这些磁力特性，可以有利地增大该至少一个凹槽并且因此增大凹槽横截面积，并且反过来减少定子的铁磁性材料，因为现在磁通量的一部分可以流过在定子与所布置的绕组线之间的根据本发明的软磁性绝缘材料。因此，定子可以不必再接收所有的磁通量，并且可以对应地变得更薄，而不被流过的磁通量饱和。
进一步有利的是，例如由铜制成的绕组线可以直接并且无空隙地缠绕在凹槽底部上，因为绝缘层防止了在绕组线与定子之间的电流。因此通过现在可能的凹槽横截面积增大可以有利地实现绕组线更高的匝数。通过无空隙的缠绕，由绕组线感生的磁通量也可以直接进入绝缘材料中，使得有利地产生与有空隙的情况相比更低的磁阻。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，在凹槽的至少一个末端处的至少一个边缘覆盖有软磁性的绝缘材料。有利地，涂覆这样进行：在此产生修圆的表面，或者至少一个边缘已被预先修圆并且现在用软磁性的绝缘材料涂覆，使得绕组线的分开的绝缘层不因缠绕在该至少一个边缘处而被损坏。
在根据本发明的方法的另一个实施方式中，选择漆料作为软磁性的绝缘材料，该漆料由与软磁性的颗粒混合的液态组分构成，其中在涂覆该至少一个凹槽之后将该液态组分固化。
在根据本发明的方法的再另一实施方式中，该液态组分选自以下清单的化学物质组：瓷漆或瓷釉、聚酰亚胺、聚酰胺、环氧化物。
在根据本发明的方法的另一个实施方式中，选择漆料作为软磁性的绝缘材料，该漆料由软磁性的颗粒和树脂类的颗粒的颗粒混合物构成，其中在涂覆后执行固化工艺。可以选择例如基于环氧化物的颗粒作为树脂类的颗粒。涂覆可以借助于静电充电来实施。
在根据本发明的方法的再另一实施方式中，选择加热作为固化工艺。加热可以借助于在烘箱中烘烤进行。然而还可以设想的是，借助于激光促使颗粒混合物熔融。
在软磁性的绝缘材料中的聚合物基质可以由具有远远高于电机运行温度的玻璃化转变温度的热塑料构成。优选地，该玻璃化转变温度至少处于温度级别H。为了固化，使热塑料超过其玻璃化转变温度。
软磁性的绝缘材料可以有利地由热固性塑料构成，该热固性塑料不是完全聚合的并且在涂覆在定子的至少一个凹槽中后完全硬化。还可以设想的是使用弹性体。
在根据本发明的方法的另一实施方式中，选择具有亚铁磁性特性的软磁性颗粒用于软磁性的绝缘材料。这样的软磁性颗粒可以例如由铁氧体如氧化铁构成。有利的是，这样的软磁性颗粒在没有导电性的同时仍提供相对高的导磁性。替代性地，拥有更低导磁性的顺磁体也是可以设想的。
在根据本发明的方法的仍另一实施方式中，选择具有铁磁性特性的软磁性颗粒用于软磁性的绝缘材料。这样的软磁性颗粒可以例如由单质铁磁体(铁，镍，钴)构成。因为铁磁体大多导电，由之构成的颗粒用自身的绝缘层包围，然后这些颗粒与漆料的液态组分或作为颗粒混合物与例如环氧化物颗粒混合，并且最后用于涂覆该至少一个凹槽。可设想的是，这些铁磁性的颗粒构成为足够小，使得它们可以超顺磁性地起作用并且因此在电机的常见运行温度下保持受限于至多形成韦斯域(Weiβschen Bezirk)。
在根据本发明的方法的另一实施方式中，向用于涂覆的软磁性的绝缘材料中混入具有良好导热性的颗粒。这样的具有良好导热性的颗粒提高了绝缘材料的导热性并且尤其对于导出凹槽中由绕组产生的热量是有利的。具有良好导热性的颗粒例如是氧化锌(ZnO)、二氧化钛(IV)(TiO2)或五氧化二钽(V)(Ta2O5)。
此外，要求保护一种具有凹槽底部绝缘层的定子，其中该定子是电机的一部分并且由铁磁性的材料构成。该定子具有至少一个用于接收绕组线的凹槽。在该至少一个凹槽的表面上布置有凹槽底部绝缘层，该凹槽底部绝缘层通过根据本发明方法的实施方式构成或已构成。
在根据本发明的定子的构型中，电机的定子具有多个彼此上下堆叠的、分别具有至少一个凹槽的定子区段。每个定子区段的至少一个凹槽在组合成定子之前已根据本发明方法的实施方式设有凹槽底部绝缘层。
在根据本发明的定子的另一个构型中，定子具有多个彼此上下堆叠的、分别具有至少一个凹槽的定子区段。在所有的定子区段组合成定子之后，根据本发明方法的实施方式使该至少一个凹槽设有凹槽底部绝缘层。
本发明的其他优点和构型从说明书和附图得出。
不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的特征不仅能够在相应给出的组合中使用，而且还可以在其他组合中或者单独地使用。
附图说明
将概括并一般性地描述附图，相同的部件与相同的附图标记相关联。
图1示意性地示出来自现有技术的带有绝缘纸的定子的零件。
图2示意性地示出根据本发明方法的一个实施方式用绝缘材料涂覆的定子区段。
具体实施方式
在图1中，示意性地示出来自现有技术100的带有绝缘纸104的电机定子的零件110、120、130。在上部的定子半体110中或在下部的定子半体120中或定子区段130的相应的槽102根据现有技术设计为针对相应的绕组线122例如提供有绝缘纸104并且与绝缘纸卷140分离。
在图2中，示意性地示出根据本发明方法的一个实施方式200用绝缘材料涂覆的定子区段210、220。所示出的两个定子区段210、220在组合成电机的定子之前，在相应的凹槽204中和在相应的侧面202处涂覆有根据本发明设置的软磁性的绝缘材料。软磁性的绝缘材料的聚合物基质可以例如基于用于粉末涂层的3M 5230N环氧化物而构成。然而，这可能仅适用于不超过级别F的电机，在此加热到大约130℃与155℃之间的范围。替代性地，使用SolEpoxy DK15EG-05也是可以设想的。然后根据本发明，将软磁性的颗粒与之共混并且将构成凹槽204的定子区段210、220用这种软磁性的绝缘材料涂覆并且例如通过烘烤密封。在此，也可以选择性地涂覆侧面202。然而还可以设想的是，相应的凹槽204的涂覆只有在定子区段、即定子区段210或定子区段220的上下堆叠之后才进行，其中在不涂覆侧面202的情况下，相应的定子区段210、220可以有利地以更小的彼此间隔安装。

Claims (11)

1.一种用于生产在定子(110，120，130，210，220)中的凹槽底部绝缘层的方法，其中该定子(110，120，130，210，220)是电机的一部分并且由铁磁性的材料构成，其中该定子(110，120，130，210，220)设有至少一个凹槽(102，204)，以便在该至少一个凹槽(102，204)中布置绕组线(122)，其中该至少一个凹槽(102，204)涂覆有软磁性的绝缘材料，并且在该凹槽(102，204)的底端处的、被修圆的至少一个边缘被涂覆有该软磁性的绝缘材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中选择漆料作为该软磁性的绝缘材料，该漆料由与软磁性的颗粒混合的液态组分构成，其中在涂覆该至少一个凹槽之后将该液态组分固化。
3.根据权利要求2所述的方法，其中该液态组分选自以下清单的化学物质组：瓷漆、聚酰亚胺、聚酰胺、环氧化物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中选择漆料作为该软磁性的绝缘材料，该漆料由软磁性的颗粒和树脂类的颗粒的颗粒混合物构成，其中在涂覆后执行固化工艺。
5.根据权利要求4所述的方法，其中选择加热作为固化工艺。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中选择具有亚铁磁性特性的软磁性颗粒用于该软磁性的绝缘材料。
7.根据权利要求1至5之一所述的方法，其中选择具有铁磁性特性的软磁性颗粒用于该软磁性的绝缘材料。
8.根据权利要求1至5之一所述的方法，其中向用于涂覆的该软磁性的绝缘材料中混入具有良好导热性的颗粒。
9.一种具有凹槽底部绝缘层的定子(110，120，130，210，220)，其中该定子(110，120，130，210，220)是电机的一部分并且由铁磁性的材料构成，其中该定子(110，120，130，210，220)具有至少一个用于接收绕组线(122)的凹槽(102，204)并且在该定子中用根据权利要求1至8之一所述的方法实施或已实施该凹槽底部绝缘层。
10.根据权利要求9所述的定子(110，120，130，210，220)，其中该定子(110，120，130，210，220)具有多个彼此上下堆叠的、分别具有至少一个凹槽(102，204)的定子区段(130，210，220)，其中每个定子区段(130，210，220)的该至少一个凹槽(102，204)在组合成该定子之前已根据权利要求1至8之一所述方法设有该凹槽底部绝缘层。
11.根据权利要求9所述的定子(110，120，130，210，220)，其中该定子(110，120，130，210，220)具有多个彼此上下堆叠的、分别具有至少一个凹槽(102，204)的定子区段(130，210，220)，其中在组合成该定子之后，该至少一个凹槽(102，204)已根据权利要求1至8之一所述方法设有该凹槽底部绝缘层。
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