CN112400272B - 制造材料层和用于旋转电机的材料层组织的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造材料层(1)的方法，该材料层具有在0.5μm和500μm之间的层厚度(d)，该方法具有以下步骤：将悬浮液通过模板施加到基本面上以获得坯体，该悬浮液具有至少一种粘合剂和多个固体颗粒；尤其借助于脱粘将粘合剂从坯体中排出；通过加热和/或借助于压缩、尤其借助于烧结来实现固体颗粒的持久的凝聚。本发明还涉及一种材料层(1)、一种用于制造用于旋转电机(15)的转子(11)的材料层组织(9)的方法、一种材料层组织(9)、一种旋转电机(15)的具有这种材料层组织(9)的转子(11)以及一种具有这种转子(11)的旋转电机(15)。

Description

制造材料层和用于旋转电机的材料层组织的方法

技术领域

本发明涉及用于制造材料层的方法，该材料层具有在0.5μm和500μm之间的层厚度。

背景技术

定子和转子属于旋转电机的磁回路。定子和转子表示旋转电机的产生功率的部件(也称为有源部件)并且至今为止被构造为叠片组。

专利申请WO 2013/126546 A1公开了一种用于形成定子或定子的一部分的合成物，该合成物包括能固化的弹性体、纤维、色散连接和煤烟。

专利申请EP 3 255 758 A1显示了一种用于磁阻电机的转子，该转子具有沿轴向交替布置的导体层和绝缘层，其中导体层具有引导磁通的导体区域，并且绝缘层是电绝缘的。该转子至少部分被增材制造。

目前的叠片组包括由成卷的大叠片裁出或冲压出的叠片，大叠片由软磁材料制成。叠片随后被组装成叠片组。

在通过辊子以常规方式制造大叠片的情况中，无法制造厚度小于100μm的叠片。此外，在由大叠片裁出或冲压出叠片时产生废料。

发明内容

因此，本发明所基于的目的是改进用于旋转电机的叠片的制造。

所述目的的解决方案通过根据本发明的方法、即用于制造具有在0.5μm和500μm之间的层厚度的材料层的方法来实现，其具有如下步骤：

-将悬浮液通过模板施加到基本面上以获得坯体，该悬浮液具有至少一种粘合剂和多个固体颗粒；

-尤其借助于脱粘(Entbinderung)将粘合剂从坯体中排出；

-通过加热和/或借助于压缩、尤其借助于烧结来实现固体颗粒的持久的凝聚。

所述目的的解决方案还通过根据本发明的材料层以及根据本发明的用于制造用于旋转电机的转子的材料层组织的方法来实现。

所述目的的解决方案还通过根据本发明的用于旋转电机的转子的材料层组织来实现，其中材料层组织具有多个相互叠加布置的材料层。所述目的的解决方案还通过一种旋转电机的具有这种材料层组织的转子来实现，所述目的的解决方案还通过一种旋转电机来实现。

材料层有利地实现常规转子叠片组的常规叠片的至今为止的功能并且执行叠片的任务。

有利地，材料层的轮廓基本上对应于叠片的轮廓。

有利地，材料层与叠片相比更薄地制造和/或能够更薄地制造。

材料层组织有利地实现转子叠片组的至今为止的功能并且执行转子叠片组的任务。

材料层为了创建材料层组织而彼此叠加地布置。优选地，材料层布置在材料层组织的转子轴线的方向上，换言之沿着转子轴线布置。

还能够考虑优选至少两个材料层相邻的其他布置。

材料层优选具有基本圆形的、基本上居中布置的材料留空部。材料层组织优选为了与轴连接而具有沿着旋转轴线的圆柱形材料留空部。

在尤其稳定的材料层实施方案中，材料层优选具有10μm和100μm之间的层厚度。

优选借助刮刀来涂覆悬浮液。

悬浮液具有至少一种尤其可通过脱粘排出的粘合剂和多个固体颗粒。

粘合剂优选是有机粘合剂。粘合剂优选实施为使得其在加热时完全地或几乎完全地分解成气态的组成部分。

固体颗粒优选作为粉末存在。固体颗粒优选包括至少一种能够导磁和/或导电的材料。

固体颗粒优选具有0.1μm和100μm之间的直径。

固体颗粒在一个特别的实施方式中优选具0.5μm和10μm之间的直径。固体颗粒的直径越小，能够制造越薄的材料层。例如，借助于具有直径为0.5μm的固体颗粒的悬浮液能够制造厚度为0.5μm的材料层。

粉末能够包括仅一种材料的固体颗粒或者至少两种不同的材料的粉末混合物。

粉末能够在强度、磁特性、电特性和导热方面进行适配。

通过加热和/或借助于压缩、尤其借助于烧结来连接固体颗粒。

烧结优选是尤其与所使用的材料相关的热学加工。例如，温度或温度带与材料的合金化、其他状态和期望的结果(在烧结后)相关。

模板优选是用于传递期望的形状和/或轮廓和/或图案和/或凹陷部等的样本。模板能够任意频繁地使用。

借助于模板能够精确地形成材料层的期望的形状。因此不产生废料。也能够为材料层使用两个或更多个模板。

模板能被快速且有利地(尤其比冲压工具更快地)修改。

还能由模板形成细丝的形状。具有细丝形状的材料层对于旋转电机的轻质结构、冷却和磁驱控是尤其有利的。

在本发明的另一个有利的实施方式中，在至少一个层侧部处将绝缘材料施加到材料层上。

优选地，绝缘材料是陶瓷、尤其是无磁性的氧化物陶瓷，例如是氧化锆或氧化铝。

所施加的绝缘材料优选用于电绝缘。

当至少两个或更多个材料层尤其为了创建材料层组织而彼此叠加时，施加的绝缘材料优选用于使材料层相对于至少一个另外的材料层电绝缘。

有利施加的绝缘材料因此防止电流的从一个材料层到另一个材料层的引导。

在本发明的另一个有利的实施方式中，在两个层侧部处将绝缘材料施加到材料层上。

如果在仅一个层侧部处将绝缘材料施加到材料层上，则材料层更薄。如果在两个层侧部处将绝缘材料施加到材料层上，则材料层被更好地绝缘。

在本发明的另一个有利的实施方式中，将漆、特别是烤漆施加到材料层上。然而，漆和绝缘材料也能够是两种不同的材料。

有利施加的烤漆实现了材料层尤其相对于材料层组织中相邻的另一个材料层的尤其良好的电绝缘。

此外，材料层尤其能够利用烤漆借助一个或多个相邻的材料层加固。

因为材料层被以平面连接，有利施加的烤漆实现材料层组织的高的强度和刚性。这也减小了振动和噪声。

在本发明的另一个有利的实施方式中，固体颗粒包括由能导电和/或能导磁的材料构成的颗粒、特别是金属颗粒。

优选地，导电材料是银、铜、金、铝、钨、铁和/或钢和/或它们的合金。然而，也可以考虑其他导电材料。

导磁材料优选是铁磁材料。

在本发明的另一个有利的实施方式中，固体颗粒包括由软磁材料构成的颗粒。

例如，软磁性材料是铁、镍、钴和/或其合金。然而，也可以考虑其他导磁的材料，尤其是铁磁的材料。

在本发明的另一个有利的实施方式中，悬浮液是假塑性的(strukturviskos)。

这具有的优点是：悬浮液在优选借助于刮刀涂覆到基本面上以产生坯体期间粘度较低，并且能够通过模板最佳地传递期望的形状。如果涂覆结束，则坯体保持期望的形状。

本发明还涉及一种以已描述的方式制造的材料层，其中该材料层具有在0.5μm和500μm之间、特别是在10μm和100μm之间的层厚度，其中材料层具有软磁材料，其中材料层在至少一个层侧部处具有绝缘材料。

在本发明的另一个有利的实施方式中，材料层在两个层侧部处具有绝缘材料。

在本发明的另一个有利的实施方式中，材料层具有漆、尤其是烤漆。

在本发明的另一个有利的实施方式中，材料层能够借助至少一个另外的材料层被加固。

在本发明的另一个有利的实施方式中，材料层具有基本上居中布置的材料留空部。

材料留空部优选地基本是圆形的。材料留空部实现与轴的连接。

本发明还涉及一种用于制造用于旋转电机的材料层组织的方法，该方法具有以下步骤：

-增材制造第一材料层，其中第一材料层包括至少一个材料片层，

-将绝缘材料施加到第一材料层上，

-增材制造至少一个另外的材料层，其中，至少一个另外的材料层包括至少一个材料片层，

-将绝缘材料施加到至少一个另外的材料层上，

-将第一材料层和至少一个另外的材料层接合在一起，

-使材料层相互加固。

材料层包括至少一个材料片层，也就是包括仅一个固体颗粒片层。由此，材料层尤其薄。然而，为了保获得稳定的材料层，两个或更多个材料片层的叠加是有利的。

在一个优选的实施方式中，施加的绝缘材料是漆，尤其是烤漆。烤漆的施加是容易成功的，并且两个或更多个材料层能通过烘烤相互加固。

绝缘材料、特别是烤漆和材料层优选材料配合地连接。

在一个可选的实施方式中，绝缘材料是陶瓷。

此外，可以考虑水玻璃和其他玻璃作为绝缘材料。

其他绝缘材料也是可行的。

如果借助刮刀将包含陶瓷固体颗粒和可排除的粘合剂的陶瓷悬浮液涂覆到材料层上，则尤其良好地成功进行陶瓷绝缘材料的施加。陶瓷固体颗粒优选作为陶瓷粉末存在。

陶瓷固体颗粒能够具有氧化镁、二氧化钛、碳化硅、氮化硅、碳化硼、氮化硼和/或氮化铝。其他材料也是可以考虑的。

但是，优选的是氧化物陶瓷，特别是氧化锆和/或氧化铝。

陶瓷固体颗粒优选基本上具有0.1μm至2μm的直径。

陶瓷固体颗粒的直径越小，就可以制造越薄的绝缘材料层。例如，借助于直径为0.5μm的固体颗粒的悬浮液和直径为1μm的陶瓷固体颗粒的悬浮液，可以制造厚度为1.5μm的单侧绝缘的材料层或厚度为2.5μm的双侧绝缘的材料层。

在特别薄的材料层的实施方案中，材料层具有1μm的层厚度。

陶瓷固体颗粒形成至少一个材料层。但是，也可以有两个或更多个材料层。

陶瓷粉末可以包括仅一种材料的陶瓷固体颗粒或包括至少两种不同陶瓷材料的陶瓷粉末混合物。

陶瓷固体颗粒通过加热和/或借助于压缩、尤其借助于烧结持久地连接。陶瓷固体颗粒优选通过加热和/或借助于压缩、尤其借助于烧结与其他固体颗粒持久地连接。该持久的连接优选是材料配合的连接。

在本发明的另一个有利的实施方式中，借助于层厚度为0.5μm至500μm的多个材料层来制造材料层组织。

该材料层组织适用于旋转电机的转子，其中材料层组织具有沿材料层组织的转子轴线的方向设置的多个材料层。

旋转电机的转子具有这种材料层组织。

本发明还涉及一种具有这种转子的旋转电机。

该旋转电机包括转子，转子具有多个相互叠加布置的材料层。优选地，材料层分别相互电绝缘地构造。布置平面为此有利地平行于磁通量的方向地设置。

由于材料层仅具有非常小的层厚度，所以显著减小涡流损失。因为涡流能够仅在材料层的层厚度之内形成，由此在材料层薄的情况下显著地减小涡流强度。

各个材料层之间的绝缘防止了涡流能够叠加成大的高损失的涡流。

本发明优选用于旋转电机。然而，本发明也能够在其他能量变换器、例如变压器中使用。

本发明还可用于旋转电机的定子。在此，优选多个相互叠加布置的材料层取代常规的定子叠片组。

本发明尤其良好地适用于如下的马达，该马达在重量低的情况下需要高的性能，尤其用在飞机、直升机和E级方程式赛车中。

附图说明

下面根据附图中所示的实施例更详细地描述和阐述本发明。附图示出：

图1示出用于制造具有在0.5μm和500μm之间的层厚度的材料层的根据本发明的方法，

图2示出材料层，

图3示出材料层的侧视图，

图4示出用于制造用于旋转电机的转子的材料层组织的方法，

图5示出旋转电机的转子，并且

图6示出旋转电机的侧视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的用于制造具有在0.5μm至500μm之间的层厚度的材料层的方法。

对于稳定的材料层而言，层厚度优选在10μm至100μm之间。

在方法步骤S1中，将具有至少一种粘合剂和多个固体颗粒的悬浮液通过模板施加到基本面上以获得坯体。在此，施加优选表示：借助刮刀将悬浮液施加到基本面上。

在方法步骤S2中，尤其借助于脱粘排出粘合剂。

在方法步骤S3中，通过加热和/或借助于压缩、尤其借助于烧结来实现固体颗粒的持久的凝聚。

在方法步骤S4中，将绝缘材料施加到层侧部处。在此，施加优选表示：借助于刮刀将绝缘材料施加到层侧部处，或者借助于涂抹工具刷涂层侧部，或者将层侧部浸入到包含绝缘材料的容器中。

绝缘材料优选是漆，特别是烤漆。

但是，也可以考虑其他绝缘材料。例如，可以借助于具有至少一种粘合剂和多个陶瓷固体颗粒的陶瓷悬浮液将绝缘材料施加到层侧部处并且尤其借助于脱粘排出粘合剂。

此外，存在如下可行性：在未示出的方法步骤S4a中施加绝缘材料，并且在未示出的方法步骤S4b中附加地施加漆、特别是烘漆。

如果两个层侧部应设有绝缘材料和/或漆(用b？和j表示)，则这在方法步骤S41中完成。

如果仅一个层侧部设有绝缘材料和/或漆(借助于b？和n表示)，在该方法中，在方法步骤S5中完成材料层。

图2示出材料层1。

材料层1具有层厚度d。材料层优选是一件式的。

每个材料层1优选在至少一个层侧部处具有绝缘材料。该图示出如下实施方案，根据该实施方案每个材料层1在两个层侧部处具有绝缘材料。绝缘材料在图中是漆，尤其是烤漆。这对应于优选的实施方案。

绝缘材料和材料层优选材料配合地连接。

材料层1在上部的层侧部处具有绝缘厚度d2的漆2并且在下部的层侧部处具有绝缘厚度d3的漆3。

也可行的是：材料层1具有其他类型的绝缘材料并且还具有漆。也可行的是：材料层1在一个层侧部处具有其他类型的绝缘材料并且在另一个层侧部处具有漆。也可行的是：材料层1具有由其他类型的绝缘材料和漆构成的混合形式。

该图还示出居中布置的材料留空部5(用于稍后连接轴，参见图5)。

旋转轴线R引导穿过材料留空部5的中点。

所描述的附图标记也适用于如下附图，只要其存在于所述实施例中，并且出于概览的理由而不重新阐述。

图3示出材料层1的侧视图。

该图示出材料层1的最薄的实施方案，因为由固体颗粒构成的仅一个片层形成材料层1。换句话说：固体颗粒是小球，小球彼此并排并且优选地通过图1中描述的烧结彼此连接。

在图中，层厚度d对应于固体颗粒的直径。

该图同样示出在上部的层侧部处的绝缘材料2的仅一个片层和在下部的层侧部处的绝缘材料3的仅一个片层。绝缘厚度d2和绝缘厚度d3在该图中对应于陶瓷固体颗粒或漆固体颗粒的直径。

然而，两个或更多个固体颗粒也可以彼此叠加地形成材料层1。两个或更多个陶瓷固体颗粒也能够彼此叠加地形成绝缘部。两个或更多个漆固体颗粒也能够彼此叠加地形成绝缘部涂。

图4示出用于制造用于旋转电机的转子的材料层组织的方法。

在方法步骤S10中，增材制造第一材料层，其中第一材料层包括至少一个材料片层。

在方法步骤S11中，随后将绝缘材料施加到第一材料层上。绝缘材料在此优选是漆、特别是烤漆。但是，绝缘材料也可以是陶瓷或其他材料。

在方法步骤S12中，增材制造至少一个另外的材料层，其中至少一个另外的材料层包括至少一个材料片层。

在方法步骤S13中，随后将绝缘材料施加到至少一个另外的材料层上。

在方法步骤S14中，将第一材料层和至少一个另外的材料层接合在一起。

在方法步骤S15中，材料层相互加固。如果在方法步骤S11或S13中将烤漆施加到材料层，则通过烘烤将材料层相互加固。

在此，烘烤表示：材料层优选借助于压力和热量粘合。烤漆通过压力和热量变软，材料层彼此粘合并且硬化。这相对于如熔焊、冲压叠置和铆接的其他连接可行性具有如下优点：材料层不具有损坏材料的接触部位。此外，不干扰磁通量并且不形成材料应力和材料变形。

所示的方法也适合于旋转电机的定子。

图5示出旋转电机的转子11。

转子11具有材料层组织9。在该图中，材料层组织包括多个沿着旋转轴线相互叠加布置的材料层1。材料层组织9与轴7连接。

材料层1在图中借助至少一个另外的材料层加固。该图示出多个相互加固的材料层1。

加固尤其良好地通过烤漆成功实现，因为烤漆能够以简单的方式施加。材料层1的尤其后续的烘烤建立稳定且稳健的连接。

图6示出旋转电机15的侧视图。

机器15具有转子11，转子包括轴7和材料层组织9。转子11可以在定子12中根据旋转轴线R旋转。

Claims (21)

1.一种用于制造材料层(1)的方法，所述材料层具有在0.5μm与500μm之间的层厚度(d)，所述方法具有以下步骤：

-将悬浮液通过模板施加到基本面上以获得坯体，所述悬浮液具有至少一种粘合剂和多个固体颗粒；

-将所述粘合剂从所述坯体中排出；

-通过加热和/或借助于压缩来实现所述固体颗粒的持久的凝聚。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述粘合剂从所述坯体中排出是借助于脱粘的方式。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，实现所述固体颗粒的持久的凝聚是借助于烧结的方式。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在至少一个层侧部处将绝缘材料(2、3)施加到所述材料层(1)上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在两个层侧部处将绝缘材料(2、3)施加到所述材料层上。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，将漆施加到所述材料层(1)上。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述漆是烤漆。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述固体颗粒包括由能导电和/或能导磁的材料构成的颗粒。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述固体颗粒包括金属颗粒。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述固体颗粒包括由软磁材料构成的颗粒。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述悬浮液是假塑性的。

12.一种材料层(1)，所述材料层是由根据权利要求1至7中任一项所述的方法制造的，

-其中，所述材料层(1)具有在0.5μm与500μm之间的层厚度(d)，

-其中，所述材料层(1)具有软磁材料，

-其中，所述材料层(1)在至少一个层侧部处具有绝缘材料(2、3)。

13.根据权利要求12所述的材料层(1)，其中，所述材料层(1)具有在10μm与100μm之间的层厚度(d)。

14.根据权利要求12所述的材料层(1)，其中，所述材料层(1)在两个层侧部处具有绝缘材料(2、3)。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的材料层(1)，其中，所述材料层(1)具有漆。

16.根据权利要求15所述的材料层(1)，其中，所述漆是烤漆。

17.根据权利要求12至14中任一项所述的材料层(1)，其中，所述材料层(1)能够借助至少一个另外的材料层(1)被加固。

18.根据权利要求12至14中任一项所述的材料层(1)，其中，所述材料层(1)具有基本上居中布置的材料留空部(5)。

19.一种用于制造用于旋转电机(15)的转子(11)的材料层组织(9)的方法，所述方法具有以下步骤：

-增材制造第一材料层(1)，所述第一材料层是根据权利要求8至12中任一项中的材料层，其中，所述第一材料层(1)包括至少一个材料片层，

-将绝缘材料(2、3)施加到所述第一材料层(1)上，

-增材制造至少一个另外的材料层，其中，所述至少一个另外的材料层包括至少一个材料片层，

-将绝缘材料(2、3)施加到所述至少一个另外的材料层上，

-将所述第一材料层(1)和所述至少一个另外的材料层接合在一起，

-使材料层相互加固。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，借助于多个具有在0.5μm至500μm的层厚度(d)的材料层制造材料层组织(9)。

21.一种用于旋转电机(15)的转子(11)的材料层组织(9)，其中，所述材料层组织(9)具有多个相互叠加布置的、根据权利要求12至18中任一项所述的材料层(1)。

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