CN112425052A

CN112425052A - 用于压制绞合线的热处理的方法以及用于制造电动机的方法和用于制造机动车辆的方法

Info

Publication number: CN112425052A
Application number: CN201980047764.7A
Authority: CN
Inventors: 马丁·诗道克
Original assignee: Hannah Electric Drive Co Ltd
Current assignee: Jinzhou Halla Electrical Equipment Co Ltd
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2021-02-26
Also published as: EP3791463B1; DE102018211867A1; EP3791463A1; US20210305887A1; WO2020016278A1; US11984777B2

Abstract

本发明涉及一种用于压制绞合线(3)的热处理的方法，其中在按照常规装入到电动机(E)的部件中的状态下，进行压制绞合线的热处理；涉及一种用于制造电动机(E)的方法，该电动机包括至少一个具有至少一个压制绞合线(3)的部件，其中根据本发明，对压制绞合线进行了热处理；并且涉及一种用于制造包括电动机(E)的机动车辆(K)的方法，其中根据本发明制造电动机。

Description

用于压制绞合线的热处理的方法以及用于制造电动机的方法和用于制造机动车辆的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于压制绞合线(或成形绞合线)的热处理的方法、一种根据权利要求14的前序部分所述的用于制造电动机的方法以及一种根据权利要求15的前序部分所述的用于制造包括电动机的机动车辆的方法。

背景技术

压制绞合线是被压实且由此获得特定横截面形状(大多为矩形横截面形状)的绞合线，即扭绞或者非扭绞的金属线簇。金属线优选地指的是铜线或者由铜合金制成的金属线。金属线本身或者压制绞合线被绝缘材料(例如漆)包围。压制绞合线大多具有端部侧的电缆接头，其用作压制绞合线的电气接口和/或机械接口。

压制绞合线可以作为分割导体，用在电机(特别是定子)中。分割导体是被置入或者拉入例如定子槽中的导体部段。两个压制绞合线的突出端部随即可以直接连接成半线圈。

在制造压制绞合线的过程中，金属线变形，特别地冷变形。由于变形，会出现负面效果，诸如电导率降低，因为欧姆电阻会由于冷作硬化而升高。

在此，一种补救措施是在安装到电动机中之前进行压制绞合线的热处理，例如以再结晶退火的形式。由于冷变形而错乱的晶格结构可以通过退火而部分地或完全地再次恢复。这主要取决于退火温度和时长。在再结晶退火的过程中，完全重新形成晶体结构；这对于电导率而言是最佳的。

这样的方法例如根据EP 30 96 440 A已知。但是，该方法的缺点是工艺费用相对较高。压制绞合线被夹紧在一种支架中，并且通过电流对其进行加热。可以理解，用于应装备有这一压制绞合线的电动机的批量生产的这一过程是相当昂贵的。

发明内容

本发明由此出发，并且其目的在于，提出一种改进的用于制造电动机的方法，特别地提出一种使得更合理的压制绞合线热处理成为可能的方法。

根据本发明，该目的通过以下方式得以实现，即压制绞合线在按照常规装入到电动机的部件中的状态下经受热处理。换言之，压制绞合线在已经装入并且连接的状态下而不是在外部装置中经受热处理。由此无需单独的设备。进一步地，在压制绞合线的已装入状态下进行的热处理也是有利的，因为压制绞合线不再彼此独立，而是共同地在目标系统中经受热处理。就这一点而言，已装入的压制绞合线已经可以相互作用，由此可以更好地补偿压制绞合线彼此之间的相互影响。结果是形成了在单个分割导体之间差异较小的压制绞合线系统。系统的整体效率提高。定性且定量地降低温度热点。

特别地，根据从属权利要求的特征得出所提出的发明的其它有利设计方案。不同权利要求的主题或者说特征原则上可以任意彼此组合。

在方法的一种有利设计方案中，可以预设，在完成部件(特别是定子)后，在完成电动机后并且在将电动机安装到车辆中之前，和/或在包括电动机的车辆投入运行后或者说在此过程中，进行热处理。

在方法的另一有利设计方案中，可以预设，热处理指的是再结晶退火或者消除应力退火。

在方法的另一有利设计方案中，可以预设，电动机的部件指的是电动机的定子和/或转子。优选地，压制绞合线特别地作为分割导体装入到定子中。

在方法的另一有利设计方案中，可以预设，通过对压制绞合线施加电流，进行压制绞合线的加热，以进行热处理。引入用于压制绞合线热处理的热量的这一方式具有许多优点。举例而言，流经系统的电流精确地更强烈地加热电阻更高的部分。由此，精确地更长时间和/或以更高的温度作用于压制绞合线系统的缺陷处，并且由此更成功地进行热处理。通过电流馈电实现的热处理还具有以下优点，即热量产生于导体内部，而不必从外部穿透绝缘材料。因此，与退火炉相比，绝缘材料的加热程度更低。另外，通过电流馈电实现的退火温度是可自由选择的并且时间上变化很大。由此，可以运行不同的退火温度曲线，而不必在此过程中维持具有不同温度范围的昂贵的温度通道，例如在包括退火线的生产线中。此外，每个发动机绕组都可被单独电流馈电并且由此进行热处理：两个不同的发动机可以在同一“热处理台”上经历两个不同的热处理曲线——例如，可以通过实验测定有利的退火曲线。热处理曲线在此是指特定的时间-温度曲线或者说电流-时间曲线。

在方法的另一有利设计方案中，可以预设，压制绞合线装备有绝缘材料，其中在低于、等于或者高于绝缘材料的长期耐热性的温度下，进行热处理。只要在没有绝缘体的情况下对金属线或者绞合线进行热处理，或者说金属线或者绞合线仅具有少量热敏感的绝缘材料，就可以在较宽的范围内选择热处理温度。然而，如果应对绝缘的压制绞合线或者说其绝缘的金属线进行热处理，则会在“最佳”热处理温度与保持绝缘体之间产生目标冲突。出于这一原因，通常不对绝缘的导体或者绞合线进行热处理，或者仅在极低的温度下(远低于再结晶温度)对其进行热处理。更长的热处理时长可以部分地补偿较低的温度，但是在生产线上仅有限地具有经济意义。低于绝缘材料的耐受温度的热处理过程保护绝缘材料，但是需要更长的热处理过程。替代地，也可以在高于绝缘材料的耐热性的温度下进行热处理。通过这一操作步骤，有意识地利用绝缘材料对于短期耐热性的耐受性，从而在高于绝缘材料的耐久的长期耐热性的条件下进行热处理。在专业实施的情况下，这不一定导致绝缘材料的破坏，但是会导致明显更短的热处理时长，从而可以进一步合理化制造过程。当然，也可以考虑在对应于绝缘材料的最高长期耐受温度的温度下进行热处理。

已经证明了，150-250℃的温度，特别是170±10℃的温度对于热处理而言是特别有利的。在绝缘材料的持久耐热性附近的这种温度下，可以在长时间段内进行热处理，而不必担心由于高热量输入而导致材料过早退化。

对于单次热处理的时长，30至300分钟的时间段已被证明是更有利的。该时间段长到足以在所有压制绞合线上出现均匀的温度分布，从而可以减少压制绞合线金属线中的晶格缺陷。此外，热处理时间越长，预测热处理效果的置信区间就越大。因此，在总作用时长相同的条件下，与更频繁但更短的热处理时长相比，可以更精确地预测故障概率。

在所提出的方法的另一有利设计方案中，可以预设，压制绞合线上累积的热处理时长不超过压制绞合线的运行时间的10％。由此，能够可控地将热处理对于绝缘材料的温度相关的老化影响保持得较小。特别地，可以预测故障概率和其它风险。

在方法的另一有利设计方案中，可以预设，在完成电动机后并且在安装到车辆中之前，实现压制绞合线上的热处理，并且在过高的温度下，即在高于绝缘材料的长期耐受温度的温度下，进行压制绞合线上的热处理。这种制造变化方案的优势在于，可导致系统过早出现故障，从而避免将容易出错的产品安装到最终产品中。优选地，可以与其它质量测试平行地实施生产线内(即在完成部件后，或者在完成电动机后并且在安装到车辆中之前)的压制绞合线的热处理，使得不会或者几乎不会由于压制绞合线的热处理而延长制造过程的时长。为此，优选地在出厂验收过程中进行发动机系统的试运行。

在方法的另一有利设计方案中，可以预设，在车辆投入运行后或者说在此过程中，实现压制绞合线上的热处理，并且通过调节或者关断发动机冷却和/或通过特别地由于有针对性地施用的漏电流而造成的空载，产生压制绞合线的加热，其中漏电流产生热量，但不产生任何扭矩。前述可能性的特征在于，由于使用了已经存在的元件，诸如发动机冷却或者说发动机管理，能够以简单的方式方法在电动机中或者说在车辆中进行。最终，这些措施也可以由机动车辆的终端用户进行或者说启动。然而，当然也可以考虑例如基于电阻测量或者预编程的时间区间，自动启动热处理。

为了使生产过程合理化，可以预设，将热处理拆分成亚区间，并且在车辆首次投入运行之前实施第一部分，并且在车辆投入运行之后实施所有其它时间区间。由此，可以在没有持续的效率损失的情况下，减少发动机生产中的循环时间。

在方法的另一有利设计方案中，可以预设，定期地(特别是按季度地或者每年地)重复热处理。由此可以确保，压制绞合线中可能存在的冷作硬化不会导致压制绞合线的效率持续恶化，其中例如会由于外部输入的振动产生冷作硬化。

在方法的另一有利设计方案中，可以预设，使用压实度高于80％的压制绞合线。由于压实度高，因此，压制绞合线的单个金属线之间的热传导比压实度较低的情况下更高。由此，在压制绞合线横截面上出现更均质的温度分布，从而可以运行更高的退火温度。特别地，可以将内部的单个金属线或者说压制绞合线芯的金属线几乎加热到最高到单个金属线绝缘体燃烧的允许的最高温度，但在此过程中不会超过最外层金属线的单个金属线绝缘体的允许的最高温度。总体而言，由此可以缩短退火时间。本发明的另一目的在于，提出一种改进的用于制造电动机的方法，其中电动机包括至少一个具有至少一个压制绞合线的部件，特别地提出一种使得更合理的压制绞合线热处理成为可能的方法。

根据本发明，该目的通过具有权利要求14的表征特征的方法得以实现。通过应用用于压制绞合线的热处理的方法来制造电动机，可以使得由热处理方法产生的优点对于电动机的制造同样可用。

本发明的另一目的在于，提出一种改进的用于制造包括电动机的机动车辆的方法，特别地提出一种使得电动机中的更合理的压制绞合线热处理成为可能的方法。

根据本发明，该目的通过具有权利要求15的表征特征的方法得以实现。通过应用用于压制绞合线的热处理的方法来制造车辆或者说车辆的电动机，可以使得由热处理方法产生的优点对于电动机的制造或者说车辆的制造同样可用。

附图说明

根据以下参考附图对优选实施方案进行的描述，本发明的其它特征和优点将变得清晰明了。图中示意性地示出：

图1以侧视图示出了为了根据本发明的热处理而预设的压制绞合线；

图2以前视图示出了为了根据本发明的热处理而预设的压制绞合线；

图3以侧面剖视图示出了电动机的定子，其中包括压制绞合线和绕组端部；

图4以前视图示出了电动机的定子，其中包括压制绞合线和连接接片；

图5以侧面剖视图示出了包括装备有压制绞合线的定子的电动机；

图6示出了包括装备有压制绞合线的电动机的机动车辆。

具体实施方式

首先参考图1。

压制绞合线3主要包括多个金属线311，特别是铜线或者由铜合金制成的金属线。金属线311通常彼此扭绞成金属线束31，并且还对扭绞的金属线束31进行压实，特别地将其压缩成矩形横截面。而且，单个金属线优选地配备有绝缘体，通常为漆，并且金属线束优选地配备有绝缘体32。压制绞合线大多具有端部侧套管33，其用作压制绞合线的电气接口并且特别地用作其机械接口。

电动机E(特别是异步电动机)主要包括定子1和转子2作为主部件。优选地，电动机的部件(优选定子，然而也可以考虑转子)装备有至少一个压制绞合线3。所使用的压制绞合线优选地被设计为杆状分割导体。压制绞合线优选地以本领域技术人员已知的方式方法安装到部件中。压制绞合线例如可以借助于连接接片4彼此相连。包括一个或者说多个压制绞合线的部件与其它部件一同组装成电动机E。电动机又被安装到车辆K中，优选地安装到机动车辆中。

可以在不同的生产阶段中实现热处理，特别是：

a)在完成部件后，特别是完成定子后，

b)在完成电动机后并且在将电动机安装到车辆中之前，和/或

c)在包括电动机的车辆投入运行后或者说在此过程中。

热处理优选地指的是再结晶退火或者消除应力退火。再结晶退火应理解为：在冷成形后，在再结晶范围内的温度下没有相变的退火。消除应力退火应理解为：在冷变形后，在低于再结晶温度的温度下没有相变的退火。

优选地，通过对压制绞合线进行电流馈电，即通过将电流施加到待加热的压制绞合线上，实现用于压制绞合线热处理的热量的引入。(带有曲折线的符号表示热量输入。)在此过程中，可以选择性地加热单个压制绞合线，特别地，可以有针对性地为压制绞合线的单个回路施加电流，以进行热处理。

热处理工艺的质量主要取决于温度和时间等因素。关于温度，值得注意的是，压制绞合线3设置有绝缘材料32，其自一定温度起会受损，从而使得热处理的时间受到重视。最高允许温度原则上受绝缘材料限制。

绝缘材料的耐热性通常根据DIN EN 60085分为几个等级。电动机中常见的是F级(最高155℃)和H级(最高180℃)。高于此温度上的运行不会导致绝缘体立即失效，但是绝缘性能会(暂时)下降，并且使用寿命或者耐老化性会(永久性)降低。特别地，在对绝缘材料的温度相关的老化行为有充分精确的认识的情况下，考虑到产品要求，这在一定程度上是可以接受的。

因此，在一种实施变化方案中，在高于绝缘等级的温度下进行退火，其中在使用寿命内累积的退火时长不超过使用时间的10％。力争150-250℃的温度，特别是170±10℃的温度。热处理的典型时间区间在30到300分钟之间。

根据在哪一生产阶段进行热处理，可以产生特别的优点。

因此，例如可以预设，在完成电动机后并且在安装到车辆中之前实现热处理，并且在过高的温度下进行热处理。在此，过高的温度指的是高于绝缘等级允许的温度的温度。这种激进的制造变化方案的优势在于，可导致系统过早出现故障，从而避免将容易出错的产品安装到最终产品中。

优选地，与其它质量测试平行地实施生产线内(即在完成部件后，或者在完成电动机后并且在安装到车辆中之前)的压制绞合线的热处理，使得不会或者几乎不会由于压制绞合线的热处理而延长生产过程的时长。为此，优选地在出厂验收过程中进行发动机系统的试运行。

如已经提到的，也可以在车辆投入运行后或者说在此过程中，实现压制绞合线上的热处理。这优选地通过主动的温度管理来实现。为了即便在低的发动机使用的时间区间中也能保持较高的温度，主动的温度管理可以包括以下措施：a)有意识地使发动机冷却低载运行或者甚至关断，b)通过例如由于有针对性地施用的漏电流而造成的空载产生发动机热量，其中这些漏电流产生热量，但不产生扭矩。优选地，定期(例如按季度或者每年地)重复退火过程，以发现电导率的与老化相关的下降。根据应用情况，有利地选择电流馈电，使得正好出现扭矩或者正好不出现扭矩(例如直流电流在异步机器中不产生任何扭矩)。所提出的方法特别适合于压实度高于80％的压制绞合线。压实度指的是金属线面(铜线及包围其的绝缘漆)相对于压制绞合线(不包括主绝缘体)的最小覆盖物的比例。

结合方法描述的特征和细节当然也适用于装置，反之亦然，从而关于本公开，始终相互参考或者说可以参考单个发明方面。

附图标记列表

在附图中使用了以下附图标记：

K 机动车辆

E 电动机

1 定子

2 转子

3 压制绞合线

4 连接接片

31 金属线束

32 绝缘体

33 套管

311 金属线。

Claims

1.一种用于压制绞合线(3)的热处理的方法，其特征在于，在按照常规装入到电动机(E)的部件中的状态下，进行所述压制绞合线的热处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

a)在完成所述部件后，

b)在完成所述电动机后并且在将所述电动机安装到车辆中之前，和/或

c)在包括所述电动机的所述车辆投入运行后或者说在此过程中，进行所述热处理。

3.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，热处理指的是再结晶退火或者消除应力退火。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述电动机(E)的部件指的是所述电动机的定子(1)和/或转子(2)。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，通过对所述压制绞合线施加电流，进行所述压制绞合线(3)的加热，以进行所述热处理。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述压制绞合线(3)装备有绝缘材料(32)，其中在低于、等于或者高于所述绝缘材料的耐热性的温度下，进行所述热处理。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，在150-250℃的温度下，特别地在170±10℃的温度下，进行所述热处理。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，在30至300分钟的时间段内，进行单个热处理。

9.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，累积的热处理时长不超过所述压制绞合线的运行时间的10％。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，在完成所述电动机(E)后并且在安装到车辆(K)中之前，实现所述压制绞合线(3)上的热处理，并且在高于所述绝缘材料的长期耐热性的温度下，进行所述压制绞合线(3)上的热处理。

11.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，在所述车辆投入运行后或者说在此过程中，实现所述压制绞合线(3)上的热处理，并且通过调节或者关断发动机冷却和/或通过特别地由于有针对性地施用的漏电流而造成的空载，产生所述压制绞合线的加热，其中所述漏电流产生热量，但不产生任何扭矩。

12.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，定期地，特别是按季度地或者每年地，重复所述热处理。

13.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，使用压实度高于80％的压制绞合线(3)。

14.一种用于制造电动机(E)的方法，所述电动机包括至少一个具有至少一个压制绞合线(3)的部件，其特征在于根据前述权利要求中至少一项所述的用于压制绞合线(3)的热处理的方法。

15.一种用于制造包括电动机(E)的机动车辆(K)的方法，其特征在于根据权利要求14所述的用于制造电动机的方法。