CN113678354A - 用于电机定子的滴浸的浸渍装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于用在温度升高时固化的合成树脂(19)对电机的定子(2)进行滴浸的浸渍装置(1)，定子具有中空圆柱形定子芯(3)和至少一个绕组(4)，驱动轴(7)同轴地布置在定子(2)内部并且可由驱动电机(6)驱动，至少一个保持装置(8、9)布置在驱动轴上，定子(2)可以借助于保持装置可拆卸地连接到驱动轴(7)，其中，设置滴流装置(35)，合成树脂(19)可以借助于滴流装置被引导至定子(2)的绕组(4)的至少一个轴向端部上，其中，设置加热装置(36)，绕组(4)和定子芯(3)可借助于加热装置加热到滴流温度，并且加热装置(36)具有至少一个电磁感应器(14)，电磁感应器被布置成可与定子(2)同轴或轴向平行地移动。为了能够快速且最佳地设置定子(2)的期望温度并且保持该期望温度恒定，根据本发明，至少一个温度传感器(20、21、22、23、24；25；26)径向地布置在定子芯(3)内部，借助于该温度传感器，可以测量定子芯(3)和/或绕组(4)的径向内表面上的温度。

Description

用于电机定子的滴浸的浸渍装置
技术领域
本发明涉及一种在温度升高时利用固化的合成树脂滴浸电机的定子的浸渍装置，该定子具有中空圆柱形定子芯和至少一个绕组，驱动轴同轴地布置在定子内部并且可由驱动电机驱动，至少一个保持装置被布置在驱动轴上，定子可借助于该保持装置可拆卸地连接到驱动轴，其中设置滴流装置，合成树脂可借助于该滴流装置被引导至定子绕组的至少一个轴向端上，其中设置加热装置，绕组和定子芯可借助于该加热装置被加热到预定滴流温度，并且加热装置具有至少一个电磁感应器，该电磁感应器被布置成可与定子同轴或轴向平行地移动。
背景技术
众所周知，在电机的制造中，无论是电动机还是发电机都必须对定子和电枢的绕组进行固化。目前，这通常借助于所谓的滴流过程和有关的浸渍装置来完成。定子或电枢为此被加热，并且优选将其相对于浸渍装置的纵轴倾斜地夹持在浸渍装置中且围绕该纵轴旋转。然而，定子或电枢也可以水平定向。随后，优选在定子或电枢的较高轴向端部处，例如在绕组头部处，通过滴流施加在室温下最初为液体的合成树脂。合成树脂可以由一种或多种组分构成，例如基础合成树脂和硬化剂。
在仍为液态的合成树脂被施加到定子或电枢的绕组时的体积流率与所述绕组的特定吸收能力相匹配。在滴流之后，合成树脂渗入绕组线与叠片芯之间的空间中，并完全填充这些间隙。在随后将定子或电枢加热到合成树脂的固化温度时，合成树脂固化并变成热固性塑料，在该固化步骤之后，重新加热不再能够使该塑料变形。因此，与合成树脂接触的定子或电枢的部件被牢固地连接。热固性塑料满足对放置在固定或旋转电机上的所有机械和电气要求。
为了保证初始液态合成树脂最佳地渗入到定子或电枢中，在滴流操作开始之前至少将定子或电枢加热到所谓的滴流温度，并在滴流操作期间保持在该温度。滴流温度例如可以在70℃至90℃之间，这取决于所使用的合成树脂。在将预定量的初始仍然是液态的合成树脂引入到定子或电枢中之后，将其加热到高于设定温度的固化温度，该固化温度也取决于合成树脂，例如在120℃至160℃之间。然后将该固化温度保持预定的时间段，以允许合成树脂完全固化。最后，将定子或电枢冷却到室温，并准备进一步的制造操作以生产电机。
将定子或电枢加热到滴流温度和固化温度可以在合适的烘箱中进行。从专利文献DE 1 212 204 A和DE 19 19 642 A中已知借助于通过定子或电枢绕组的加热电流来加热定子或电枢。因为简单地使加热电流通过绕组会导致可实现的实际温度与期望目标温度的较大偏差，所以已经提出通过控制加热电流来确保实现和保持期望的温度。在这种情况下，使用了在绕组中欧姆电阻随温度升高而增加的知识，使得可以从欧姆电阻推导出绕组的温度。因此，在专利文献DE 1 212 204 A中已经提出，当达到实现滴流温度或固化温度所需的绕组电阻值时，断开通过定子或电枢的绕组传导的加热电流。加热电流仅在测量到绕组的预定的较低电阻值时才被再次接通，这相当于下降到下限温度以下。
然而，这些已知的用于浸渍电机的定子或电枢的方法和装置的缺点在于，温度控制是借助于通过绕组的加热电流来进行的，并且将该电流馈送到旋转的定子或电枢在技术上是复杂的。另外，在这两个专利文献中提出的方法和装置存在的缺点是加热电流控制仅基于加热电流流过的绕组的温度而关闭。这至少在绕组周围的其它部件尚未达到绕组的温度的那些时期是不利的。然而，由于合成树脂不仅在绕组的相邻导线或导线部分之间接触，而且还与定子或电枢的其它部件接触，因此合成树脂的温度不是精确已知的。因此，至少必须基于经验延长加热阶段，直到达到滴流温度为止，并且可以假定由电阻测量确定的绕组温度也存在于定子或电枢的所有其它部件中。只有这样，才可以以期望的过程可靠性在定子或电枢中开始合成树脂的滴流。因为在固化过程开始时也存在与定子或电枢的部件和合成树脂的温度有关的这种不确定性，所以该过程也必须不利地延长一段安全时期。最后，合成树脂的加热仅通过绕组与树脂之间的热传递间接发生是不利的。这意味着达到滴流温度和固化温度需要相当长的时间。
所描述的定子或电枢浸渍的时间段导致生产时间的昂贵延长和用于加热到并保持滴流和固化温度的能量成本的增加。
在来自copperING GmbH的专利文献DE 10 2017 001 939 A1中提出了一种通用浸渍装置，其中，使用电磁感应器来加热定子。该感应器同轴地围绕定子，并被布置成可在其两个轴向端部之间来回移动。定子连同其绕组可以借助于感应器被完全并且在非常短的时间内加热到预定的滴流温度，并且然后也可以保持该温度。在这种已知的浸渍装置中，根据定子的温度来调节感应器的活动，定子的温度借助于在其径向外表面上的温度传感器非接触地测量。
因为中空圆柱形定子在其径向外表面上的温度测量仅提供了关于其径向内表面上的温度的间接信息，所以本发明的目的是进一步研发从专利文献DE 10 2017 001 939A1中已知的浸渍装置，使得利用该浸渍装置，对于感应器的操作控制来说重要的温度可以在定子的径向内表面上被测量，并且被馈送到相关的控制装置。在此出现的困难是，定子在滴浸过程期间绕其纵轴旋转。
发明内容
该问题的解决方案通过具有权利要求1的特征的浸渍装置来实现。进一步研发浸渍装置的优势在从属权利要求中被限定。
因此，本发明涉及一种利用在温度升高时固化的合成树脂对电机的定子进行滴浸的浸渍装置，该定子具有中空圆柱形定子芯和至少一个绕组，驱动轴同轴地布置在定子内部并且可由驱动电机驱动，至少一个保持装置布置在驱动轴上，定子可借助于该保持装置可拆卸地连接到驱动轴，其中，设置滴流装置，合成树脂可借助于该滴流装置被引导至定子的绕组的至少一个轴向端部上，其中，设置加热装置，绕组和定子芯可借助于该加热装置加热到预定滴流温度，并且加热装置具有至少一个电磁感应器，该电磁感应器布置成可与定子同轴或轴向平行地移动。
为了解决该问题，在该浸渍装置中提供了至少一个温度传感器，该至少一个温度传感器被径向地布置在定子芯的内部，借助于该传感器，可以测量定子芯和/或绕组的径向内表面上的温度。通过将至少一个温度传感器径向地布置在定子内部，可以比在其径向外表面的区域中更精确地测量其温度，使得可以比以前更好地控制感应加热和保温定子。
因此，本发明基于以下知识：定子的径向内表面上的温度可以有利地利用直接附接在那里或紧邻其附近的温度传感器来测量。
根据本发明的浸渍装置的优选的进一步发展，提供了至少一个温度传感器，该温度传感器被布置在驱动轴上，借助于该传感器，可以测量定子芯和/或绕组的径向内表面上的温度。驱动轴为至少一个温度传感器的布置提供足够的安装空间。另外，配备有至少一个温度传感器的这种驱动轴被轴向地推入相关的定子中，以便抓住并保持该驱动轴，并且随后与附接于其的温度传感器一起再次被移除。因此，不需要将一个或多个温度传感器附接到待浸渍的每个单独定子的径向内周表面。
如果在定子的轴向中心区域中的温度传感器和在不同情况下在定子的轴向端部或在该轴向端部处形成的绕组头部的区域中的温度传感器被布置在驱动轴上，则这是特别有利的。借助于这三个温度传感器，可以确定轴向加热轮廓，这允许控制装置识别在定子的哪些轴向区域需要以牺牲其它轴向区域为代价来加强其加热。为此，控制装置将改变感应器的轴向来回运动和/或通过该感应器的电流强度，以便实现定子的均匀且快速的加热。
根据替代的实施例，可以提供，布置在驱动轴上的至少一个保持装置具有至少两个可径向展开的臂，并且在这些臂中的至少一个臂的径向外端部处布置温度传感器，当臂完全径向展开时，该温度传感器与定子芯或绕组的径向内表面接触。通过温度传感器的这种接触，可以实现定子或定子芯在其内周表面上的温度的特别精确的测量。
除了在定子的径向内表面上进行温度测量之外，在定子的径向外表面上也布置至少一个温度传感器也可以是有用的，该温度传感器的测量值可以有利地用于控制轴向运动和通过感应器传导的电流。
关于相关的温度传感器，优选地设置成，它们一体地连接到具有电磁传输器的电子器件，借助于该电磁传输器，温度传感器的测量值可以作为传输信号无线地传输到定子外部的接收装置。这有利地避免了经由电线和驱动轴和/或定子上的滑动触点向温度传感器、其电子器件和传输器供电。
在该实施例的进一步发展中提供了，用于所传输的信号的接收装置具有电子器件或连接到电子器件，该电子器件通过信号技术连接到控制装置，该控制装置连接到加热装置的至少一个电磁感应器以用于其供电，并且在这种情况下，控制装置可以产生电流并且将其传导到至少一个电磁感应器，该电流的电流强度取决于由至少一个温度传感器测量的温度。
最后，优选地提供，至少一个温度传感器及其电子器件以及传输器被设计为作为传感器单元是能量自给自足的，在不同情况下在传感器单元中都存在线圈，在该线圈中可以通过移动经过的至少一个感应器感应出电压，用于将功率耦合到该传感器单元中。因此，通过电磁耦合到传感器单元中来获得该传感器单元的操作所必需的功率。
附图说明
为了更好地理解本发明，附图中示出了实施例。在该图中，单个附图示出了具有本发明特征的浸渍装置的示意图，在该示意图中，定子以示意性的中心纵向截面被示出，该定子被电磁感应器同轴地围绕。
具体实施方式
因此，该图示出了用于中空圆柱形定子2的浸渍装置1。在浸渍装置1中待处理的定子2在完成其最终处理之后成为电机(例如电动机或发电机)的部件。定子2例如具有常规的结构，该传统结构具有环形布置的定子段，这些定子段中的每一个定子段都具有框架，一个接一个布置的叠片紧固到该框架。框架和定子叠片一起形成定子芯3。由导线或导体棒组成的定子绕组4布置在相邻的定子段之间，这些绕组的线端部在轴向端上的绕组头部5的区域中从定子芯3被引出。此外，在定子2中布置有绝缘材料(未示出)，要彼此电分离的部件借助于该绝缘材料彼此隔开。
定子2被容纳在浸渍装置1中，可辨别地相对于其几何纵轴线以相对于水平方向的倾斜角度倾斜，其中，该倾斜角度可以在例如0°至20°之间。
定子2可旋转地安装在浸渍装置1中，并且可由电驱动电机6根据旋转方向箭头33围绕其纵轴旋转。为此，驱动电机6的电机轴经由一装置(未示出)连接到驱动轴7。该驱动轴7承载两个彼此轴向间隔开的保持装置8、9，每个保持装置都具有三个或四个臂10、11、12，该臂可径向向外展开和径向向内缩回。双箭头34表示臂的展开方向。臂10、11、12中的每一个都在外部上沿径向具有接触元件13，在驱动轴7已经沿轴向被插入到定子2的圆柱形空腔中之后，该接触元件可以抵靠在定子芯3的径向内周表面上。因此，定子2借助于驱动轴7被保持且被轴向固定，并且定子可以借助于该驱动轴7和驱动电机6围绕其纵向轴线进行旋转运动。
驱动电机6经由控制线39连接到浸渍装置1的控制装置27。该控制装置27控制驱动电机6的速度，并且在一些情况下为其供电。
定子2在相对较短的轴向段上被用作加热装置36的感应器14环形地围绕，该感应器被设计为电线圈。感应器6由螺旋弯管构成，冷却剂可以通过该螺旋弯管被引导。然而，感应器14也可以是板材，并且例如具有基本上为扁平杆状的横截面几何形状。在图中示出的实施例中，可以清楚地看出，感应器14的轴向长度比定子2的轴向长度短。
感应器14经由两根电线28、29连接到作为频率转换器操作的电压源，该电压源包含在控制装置27中并且可以产生期望频率的交流电压。当感应器14工作时，交流电流过感应器，并且在该过程中产生交变磁场，该交变磁场在定子2的所有导电部件中产生涡流，该涡流同时加热这些部件。定子2的相邻电绝缘材料也通过热辐射或热传导而被加热。
感应器14被布置成使得其可以借助于致动器37与定子2同轴地位移。为了控制致动器37，该致动器经由控制线40连接到控制装置27。感应器14可以借助于致动器37在第一轴向端部位置与第二轴向端部位置之间来回移动。感应器14的这些移动方向由双箭头15表示。
因为感应器14具有比定子2更短的轴向长度并且通过致动器37在两个轴向端部位置之间来回移动，所以可以实现定子2的所有部件的很大程度上均匀的加热。当感应器14在定子2的第一轴向端部部分的热处理之后已经沿第二轴向端部部分的方向离开该位置时，定子2的第一端部部分处存在于其内部的热量可以在那里被传递到所有部件上，使得定子2的非导电部件也与导电部件一起被相对均匀地加热。这也防止了定子2的金属部件例如被过快和过多地加热，过快和过多加热的结果是定子2的非金属部件(诸如用于电绝缘的材料)将被损坏。同样的情况也发生在定子2的第二轴向端部部分处和轴向布置在它们之间的定子区域中。
如该单个附图进一步示出，浸渍装置1还包括滴流装置35，该滴流装置具有用于合成树脂19的容器16，合成树脂19在室温下为液体。泵17通过管线将合成树脂19泵送到滴流喷嘴18，合成树脂19经由该滴流喷嘴以相对低的体积流量到达定子2的绕组头部5。由泵17输送的体积流量足够大，使得到达绕组头部5的合成树脂19正好与可以被定子2吸收以填充其与绕组有关的空腔的合成树脂19的量一样多。在合成树脂19在升高的温度下进行固化期间，合成树脂19凝固以形成热固性塑料。
根据本发明，该浸渍装置1还具有多个温度传感器，在图中示出了其中一些温度传感器作为彼此的替代。除了一个温度传感器之外，所有的温度传感器的共同之处在于，它们在定子2内部径向地布置在驱动轴7上或布置在其保持装置8、9的臂10、11、12上。一个例外是温度传感器38，其布置在定子2的径向外表面上并且另外测量定子的外部温度。然而，如果需要，可以省去径向布置在外部的该温度传感器38。
如图所示，根据第一实施例，总共五个温度传感器20、21、22、23、24附接到驱动轴7的外表面。温度传感器的温度敏感表面指向定子2或定子芯4的径向内周表面。根据对此的替代变型，两个温度传感器25、26布置在两个保持装置8、9的臂12中的一个的径向外端部上。在两个保持装置8、9的臂12的该径向外端部处，这些保持装置具有前述的接触元件13，该接触元件被特别设计用于无损坏地应用到定子2或定子芯3的内周表面。两个温度传感器25、26附接到这些接触元件13，使得它们与定子2或其绕组5物理接触。
用于该浸渍装置1中的所有温度传感器20、21、22、23、24、25、26、38各自在结构上、优选整体地与传感器电子器件(未单独示出)和传感器单元41中的电磁传输器组合。由相关温度传感器测量的温度值由指定的传感器电子器件预处理并被传输到传感器单元41的相关传输器。然后，相应的传输器将该温度信息作为电磁传输信号31传输到接收装置30，该接收装置将电磁接收的温度测量值在其电子器件32中转换成数字值，并将其以有序的方式转发到控制装置27。然后，控制装置27根据这些测量的温度值以及其在定子2上的轴向分布使用这些温度值来控制致动器37，以便使感应器14进行目标轴向运动，而且产生适于在定子2上可能达到的最快且最均匀的温度分布的感应器电流。
这里描述的浸渍装置1的特殊特征在于传感器单元41(也就是说温度传感器、那里的电子器件和那里的传输器)的电力供应通过电磁耦合来执行。为此，传感器单元41各自具有线圈，在该线圈中可以通过移动经过的至少一个感应器14感应出电压。由此耦合到相关传感器单元41中的电力直接用于测量和传输操作，或者，如果需要，临时存储在小电池中，该小电池也可以是相关传感器单元41的一部分。

Claims (8)

1.一种利用合成树脂(19)对电机的定子(2)进行滴浸的浸渍装置(1)，所述合成树脂(19)在温度升高时固化，所述定子(2)具有中空圆柱形定子芯(3)和至少一个绕组(4)，驱动轴(7)同轴地布置在所述定子(2)内部并且能够由驱动电机(6)驱动，至少一个保持装置(8、9)被布置在所述驱动轴(7)上，所述定子(2)能够借助于所述保持装置(8、9)可拆卸地连接到所述驱动轴(7)，
其中，设置有滴流装置(35)，所述合成树脂(19)能够借助于所述滴流装置(35)被引导到所述定子(2)的所述绕组(4)的至少一个轴向端部上，
其中，设置有加热装置(36)，所述绕组(4)和所述定子芯(3)能够借助于所述加热装置(36)被加热到预定滴流温度，并且所述加热装置(36)具有至少一个电磁感应器(14)，所述电磁感应器(14)被布置成能够与所述定子(2)同轴或轴向平行地移动，
其特征在于，至少一个温度传感器(20、21、22、23、24；25；26)径向地布置在所述定子芯(3)的内部，借助于所述传感器(20、21、22、23、24；25；26)，能够测量所述定子芯(3)和/或所述绕组(4)的径向内表面上的温度。
2.根据权利要求1所述的浸渍装置，其特征在于，所述至少一个温度传感器(20、21、22、23、24)布置在所述驱动轴(7)上，借助于所述温度传感器(20、21、22、23、24)，能够测量所述定子芯(3)和/或所述绕组(4)的所述径向内表面上的温度。
3.根据权利要求2所述的浸渍装置，其特征在于，在所述定子(2)的轴向中心的区域中的温度传感器(21)，和在不同情况下在所述定子(2)的轴向端部的或形成在那里的所述绕组头部(5)的区域中的温度传感器(20、21)被布置在驱动轴(7)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的浸渍装置，其特征在于，布置在所述驱动轴(7)上的所述至少一个保持装置(8、9)具有至少两个能够径向展开的臂(10、11、12)，并且温度传感器(25、26)布置在这些臂(10、11、12)中的至少一个的径向外端部处，当所述臂(10、11、12)完全展开时，所述臂与所述定子芯(3)或所述绕组(4)的所述径向内表面物理接触。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的浸渍装置，其特征在于，至少一个温度传感器(38)另外布置在所述定子(2)的径向外表面上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的浸渍装置，其特征在于，相关的温度传感器(20、21、22、23、24；25、26；38)一体地连接到电子器件和电磁传输器，所述温度传感器(20、21、22、23、24；25、26；38)的测量值能够作为传输信号(31)通过所述传输器无线地传输到在所述定子(2)外部的接收装置(30)。
7.根据权利要求6所述的浸渍装置，其特征在于，所述接收装置(30)具有电子器件(32)或连接到电子器件(32)，所述电子器件(32)与控制装置(27)信号连接，并且具有所述加热装置(36)的所述至少一个电磁感应器(6)的所述控制装置(27)连接到其电源，所述控制装置(27)能够产生这样的电流并将其传导至所述至少一个感应器(6)，所述电流的电流强度取决于由所述至少一个温度传感器(20、21、22、23、24；25、26；38)所测量的温度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的浸渍装置，其特征在于，所述至少一个温度传感器(20、21、22、23、24；25、26；38)及其电子器件和传输器被设计成作为传感器单元(41)是能量自给自足的，在每种情况下，在所述传感器单元(41)中都存在线圈，用于将功率耦合到所述传感器单元(41)中，在所述传感器单元中，能够通过移动经过的所述至少一个感应器(14)感应出电压。
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