CN113748586A - 用于制造电磁部件的,特别是定子铁芯或者转子铁芯的板材,以及用于制造电磁部件的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于制造电磁部件,特别是定子铁芯或者转子铁芯的板材,其中板材涂装有可热活化的粘合剂的粘合剂涂层,其中粘合剂包含:60重量份的固态树脂形式的环氧树脂,0.5到15重量份的潜伏性固化剂,1到15重量份的潜伏性加速剂。除此之外,本发明还涉及一种用于制造电磁部件的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造电磁部件(特别是定子铁芯或者转子铁芯)的板材。除此之外,本发明还涉及一种用于制造电磁部件的方法,特别地是制造用于电机的,特别地用于电动机的定子铁芯或者转子铁芯的方法。
背景技术
长期以来,已知了不同方式的电机以及尤其是电动机的作用方式。不仅鉴于在个性化私人交通中越来越多地使用电动机的背景,还有关于关键词“电动汽车”常常会提起的,电动机越来越重要。每个电动机的重要组成部分都是定子和转子,其中术语“定子”指的是马达的固定部分,而术语“转子”指的是马达的移动部分。
提供电动机时的挑战是:在经济上合理的花费下,提高电动机的效能,例如所提供的单位体积功率和/或效率。
用于提供高效电动机的构思是将定子和/或转子或者定子和/或转子的零件制造成所谓的定子铁芯或者说转子铁芯。在此,所述构件作为叠片铁芯(也被称为薄片组)由单个所谓的薄片组成。术语“薄片”指的是例如借助于冲压从电工钢片或者电工钢带中取出的模制件。薄片组由多个薄薄的薄片构成,这些薄片相互堆叠并且局部地或者优选地完全地相对于彼此电绝缘。对于这样的目的,根据实践例如已知了所谓的电绝缘漆的使用,而这些电绝缘漆被归入所谓的绝缘等级。
这种叠片铁芯的制造始终包括制造薄片和使薄片相互连接的步骤。在此,优选地以某种方式进行连接,使得在连接后,薄片逐段地(优选地完全地)彼此电绝缘,即优选地,两个相邻的薄片相互间没有电流连接。
例如,可以通过冲压实现单个薄片的制造。可以通过多种已知的方法,将冲压出的薄片连接成叠片铁芯,例如通过螺接、通过安放夹具、通过焊接或者通过冲压叠装。但是,由于在建立连接的过程中产生的机械作用,所提及的这些本领域技术人员熟悉的制造方法中的每一种都伴随对于完工的叠片铁芯的在连接后占主导地位的电磁特性的不利影响。在根据现有技术建立连接的过程中,机械应力必然至少一定程度上是不可避免的,这些机械应力特别地会对磁特性和叠片铁芯内的磁力线走向产生不利影响,由此例如直接对于由此制得的电动机的效能产生不利影响。在若干连接方法(例如冲压叠装或者焊接)中出现的、两个或更多个薄片之间的电连接导致额外的损耗。
一种降低机械作用对于薄片的不利影响并且同时实现薄片间的良好绝缘的绝妙可能性是使用粘合剂作为连接手段。这些粘合剂系统也具有类似于电绝缘漆的绝缘特性。
对此,对于本领域技术人员而言已知的处理方法是使用所谓的烤漆。例如,在DE38 29 068 C1中描述了使用烤漆来粘合冲压出的电工钢片。一种使用烤漆的处理方法是:涂装板材,特别是涂装板材带;随后从板材中冲裁出单个薄片;相对于彼此定向地将单个薄片相对于彼此定位;并且随后在定义的时段内且在定义的温度下,对产生的板材堆叠体进行热处理。在许多情况下,在热处理过程中,相对于彼此压缩薄片,例如通过优选地以均匀的表面压力,朝向指向叠片铁芯内部的叠片铁芯轴向方向在端面侧上施力。典型的反应温度是150℃到250℃,典型的烤漆反应时长是30到150分钟,随后是冷却阶段,其中精确的参数自然取决于具体使用的烤漆和具体存在的几何形状,因为例如出现在构件中的核心温度会影响烤漆法的进程。一般而言,通过这一处理方法,可以实现定子铁芯和/或转子铁芯的优异的电磁特性。然而,由于耗时的工序,直接可以看出,烤漆的使用对于连续的大批量生产而言并非适合的或者至少并非最适合的。
发明内容
在所阐述的情况的背景下,本发明的目的是,为在机械化的生产环境中高效地制造叠片铁芯(即特别是定子铁芯或者转子铁芯)创造前提条件。
额外地,在期望进一步提高的效能的背景下,本发明的目的还在于,提供电磁能到机械能的转化得以改善的电磁部件和电机。
该目的通过一种用于制造电气部件的,特别是定子铁芯或者转子铁芯的板材得以实现。
术语“板材”一般指的是由金属材料制成的滚轧制品,并且除了薄板材或者厚板材外,特别地还可以指的是金属带、由软磁原料制成的金属带或者金属板、钢带或者电工钢带。可选地,可以使用其它板材制造方法。
板材涂装有可热活化的粘合剂的粘合剂涂层。粘合剂包含:
-关于其固态树脂形式的60重量份的环氧树脂,
-0.5到15重量份的潜伏性固化剂,
-1到15重量份的潜伏性加速剂。
优选地,粘合剂包含1到10重量份的潜伏性固化剂,特别优选地2到5重量份的潜伏性固化剂。
术语“潜伏性固化剂”指的是用于环氧树脂的固化,但是为了固化而必须特别地通过供应化学能和/或热能活化的物质。潜伏性固化剂例如作为以粉末状存在的固态物质添加到粘合剂中。
术语“潜伏性加速剂”指的是将通过潜伏性固化剂实现的环氧树脂的固化加速的物质。关于加速剂,定语“潜伏性”也指为了实现其功能该加速剂也必须事先通过化学能和/或热能活化。潜伏性加速剂例如作为以粉末状存在的固态物质添加到粘合剂中。
上文中给出的组合物是指作为固体存在的组分以给定的重量份组成粘合剂混合物的混合物,其在分散体和/或溶液中,通过适合的液体变成可以形成粘合剂涂层的粘合剂。包括给定组分的粘合剂在可用状态下,即以适合于涂装的形式,优选地作为上文中给出的组合物在分散介质中的分散体,特别地作为水性分散体存在。
由于所提供的板材包括由可热活化的粘合剂制成的粘合剂涂层,因此,涂装有粘合剂的板材用作半成品,其用于电磁部件(特别是定子铁芯或者转子铁芯)的能以灵活的方式调整的制造方法。由于必须首先对粘合剂进行热活化,因此,可以在例如通过冲压将薄片从板材中移出后,在期望的时间点或者说在期望的方法步骤中进行粘合功能。在活化后的短时段内,必须在活化后(可选地,优选地,也在压床中和/或在下游压制工艺中的部分或者全表面的压力下)聚集薄片,使得其在化学硬化反应过程中相互粘合。只有这样,才能产生无缺陷的、不脱层的并且几何上精确的、机械上稳定的铁芯。
通过根据本发明的粘合剂组合物,板材具有例如0.5到1秒的短活化时间的表面和仅若干秒的短硬化时间。这些特性伴随相对较高的耐热性和相对较高的绝缘性和老化能力。
存在于根据本发明使用的粘合剂中的环氧树脂包含一种或更多种环氧树脂组分,其包括多于一种环氧基团,其中优选地,至少一种环氧树脂具有高于50℃的软化点。
环氧树脂可以是脂族、脂环族或者芳香族环氧树脂。脂族环氧树脂含有携带脂族基和至少两个环氧树脂基的组分。
脂族环氧树脂的实例可以是其丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、二环氧二甲基戊烷、二环氧丁烷、二甘醇二缩水甘油醚。
脂环族环氧树脂例如是3-环己烯基甲基-3-二环氧环己基羧酸酯、3,4-环氧环己基烷基-3’,4’-环氧环己烷羧酸酯、3,4-环氧-6-甲基环己基甲基-3’,4’-环氧邻甲基环己烷羧酸酯、二环氧乙烯基环己烷、二(3,4-环氧环己基甲基)己二酸酯、二环氧二环戊二烯、1,2-环氧-6-(2,3-环氧丙氧基)六氢化-4,7-桥亚甲基茚满。
芳香族环氧树脂例如是双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、苯酚-酚醛环氧树脂、甲酚-酚醛环氧树脂、联苯环氧树脂、双苯酚环氧树脂、4,4’-联苯环氧树脂、二环氧二乙烯基苯、2-缩水甘油基苯基缩水甘油醚、四缩水甘油基亚甲基双苯胺。
在本发明的一种优选设计方案中,环氧树脂是双酚A环氧树脂。
作为潜伏性固化剂,使用一种优选地在80℃到200℃的范围内的温度下与粘合剂的环氧树脂进行固化反应的物质或者多种这样的物质的混合物。
固化剂可以包含双氰胺、氮丙啶衍生物、三嗪衍生物、咪唑啉、咪唑、邻甲苯双胍、环状脒、有机六氟锑酸盐化合物或者六氟磷酸盐化合物或者BF3-胺络合物。可以单独地或者组合地使用这些化合物。
实例是2-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-苯基咪唑、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑鎓偏苯三甲酸盐、1-氰乙基-2-苯基咪唑鎓-偏苯三甲酸盐、2,4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基均三嗪、2,4-二氨基-6-[2’-十一烷基咪唑基-(1’)]-乙基均三嗪、2,4-二氨基-6-[2’-乙基-4’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-均-2,4-二氨基-6-[2”甲基咪唑基-(1’)]-乙基均三嗪、2-苯基咪唑、2-苯基-4,5-二羟甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟甲基咪唑、2,3-二氢-1H-吡咯并[1,2-a]苯并咪唑、(1-十二烷基-2-甲基-3-苄基)咪唑鎓氯化物、2-甲基咪唑啉、2-苯基咪唑啉、2,4-二氨基-6-乙烯基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-乙烯基-1,3,5-三嗪异氰酸加合物、2,4-二氨基-6-甲基丙烯酰氧乙基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-甲基丙烯酰氧乙基-1,3,5-三嗪异氰酸加合物、1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-甲基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-壬基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-苯基-1,3,5-三嗪、2,4-二甲氧基-6-甲基-1,3,5-三嗪、2,4-二甲氧基-6-苯基-1,3,5-三嗪、2-氨基-4,6-二甲基-1,3,5-三嗪、2-氨基-4-二甲氨基-6-甲基-1,3,5-三嗪、2-氨基-4-乙氧基-6-甲基-1,3,5-三嗪、2-氨基-4-乙基-6-甲氧基-1,3,5-三嗪、2-氨基-4-甲氧基-6-甲基-1,3,5-三嗪、2-氨基-4-甲基-6-苯基-1,3,5-三嗪、2-氯-4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪、2-乙氨基-4-甲氧基-6-甲基-1,3,5-三嗪、1-邻甲苯基双胍。
在本发明的一种优选设计方案中,加速剂包含脲衍生物和/或咪唑。
另外,根据本发明的粘合剂组合物还可以包含其它成分。
在本发明的一种优选设计方案中,固化剂包含双氰胺、咪唑、BF3-胺络合物或者其组合。
在一种设计方案中,粘合剂可以包含1到10重量份的潜伏性加速剂,优选1到5重量份的潜伏性加速剂,特别优选2到5重量份的潜伏性加速剂,格外优选2到4重量份的潜伏性加速剂。
在另一优选实施方案中,预设了,粘合剂还包括0.2到8重量份,优选0.2到4重量份的吸收添加剂。根据该延伸构思可以预设的吸收添加剂选自灯黑(焰黑)的组和/或水溶性颜料的组。
术语“吸收添加剂”指的是一种吸收热辐射的物质。吸收热辐射的物质特别地具有以下优点,即实现更高效地运用方法,其中借助于电磁辐射,特别地借助于用IR波长范围内(优选地在NIR波长范围内)的光线进行照射,实现粘合剂的热活化。
优选地,粘合剂包含一种或更多种本领域技术人员已知的绝缘添加剂,其中术语“绝缘添加剂”指的是为了提高粘合剂的电阻而专门提供的添加剂。绝缘添加剂能够以1到10重量份,优选1到5重量份的用量包含在胶粘剂中。
包含在粘合剂中的潜伏性加速剂优选地由至少50wt.%,更优选地至少90wt.%脲衍生物构成,更优选地完全由其构成。
特别优选地,脲衍生物是N,N-二甲基脲或者N,N‘-二甲基脲或者优选地包括两个脲基团作为官能团的双官能团脲衍生物,具体地,特别优选地是4,4’-亚甲基双(苯基二甲基脲),或者上文中所述的多个的混合物。
包含在粘合剂中的潜伏性加速剂优选地由至少50wt.%,更优选地至少90wt.%,更优选地至少98wt.%的4,4’-亚甲基双(苯基二甲基脲)构成,格外优选地完全由其构成。
在一种替代方案中,根据本发明使用一种脲衍生物,其中至少一个、优选两个、特别优选三个氢原子彼此独立地被各自方面而言可以被取代的烷基基团和/或苯基基团替代。优选地,烷基基团是甲基、乙基、丙基或者丁基,优选是甲基;苯基基团是苯基或者优选地在位置4中进行低取代的上述烷基中的一种、同样优选地是上述烷基中的一种的冷却1。在另一替代方案中,在本发明的意义上,双官能团脲衍生物作为上文中描述的衍生物,其包括两个官能团。其基团的点是决定性地确定物质特性并且特别地决定性地确定化合物的反应行为的原子团,特别地针对官能团进行反应。进一步地,根据本发明要使用的脲衍生物是不含卤素的。在一种替代方案中,根据本发明要使用的脲衍生物包括两个作为官能团的脲衍生物。有利地,由此可以在没有作为交联剂的二氰胺的存在下,使环氧树脂固化。
在一种替代方案中,作为脲衍生物,也使用非对称取代的脲,或者只使用非对称取代的脲。
在另一替代方案中,使用前述两种、三种或更多种的混合物。
作为脲衍生物,还可以预设一种物质
其中R是氢或者根据
n=0或1,优选是1,
X=O或S,优选是O,
R1、R2和R3分别是氢、卤素、硝基、取代或者非取代的烷基、烷氧基、芳香基或者芳氧基,
R4是烷基、烯基、环烷基、环烯基、可选地由卤素取代的芳烷基、羟基或者氰基,优选甲基、乙基、丙基、丁基,特别优选甲基,R5是诸如R4或者烷氧基,R5可选地与R4形成杂环,
或者N,N-二甲基-N’-(3,4-二氯苯基)脲,或者N,N-二甲基-N’-(3-氯-4-甲基-苯基)脲,或者N,N-二甲基-N’-(3-氯-4-甲氧基苯基)脲,或者N,N-二甲基-N’(3-氯-4-乙基苯基)脲,或者N,N-二甲基-N’-(4-甲基-3-硝基苯基)脲,或者N-(N’-3,4-二氯苯基氨甲酰基)吗啉,或者N,N-二甲基-N’(3-氯-4-甲基苯基)硫代脲;
优选地,脲衍生物是4,4’-亚甲基双(苯基二甲基脲);
或者是前述两种、三种或更多种的混合物。这种混合物优选地包含至少10%、25%,优选50%、60%、70%、80%或者90%的4,4’-亚甲基双(苯基二甲基脲)。该脲衍生物的优点得自发明人发现的GB 1293142 A,这种衍生物可以突出地用于制造电磁部件。
脲衍生物也可以是多个前述脲衍生物的混合物。
脲衍生物的平均粒度(算术平均值)优选地处于1微米到30微米之间。
可以预设,粘合剂涂层单面地或者双面地涂覆到板材上。如果双面涂覆粘合剂涂层,那么涂层的厚度可以相同,但是也可以预设不同的厚度。
可以借助于已知的方法,特别地借助于卷材涂料(辊对辊),实现粘合剂到板材上的涂覆。
作为优选的粘合剂涂层厚度,即在单面粘合剂时一侧上的涂层厚度或者说双面粘合剂涂层时两侧上的粘合剂涂层相加的总厚度处于1微米到20微米之间,优选地处于2到10微米之间。特别优选地,总厚度处于4到8微米之间。
单面进行的板材粘合剂涂装伴随仪器上更简单的制造,而板材的双面粘合剂涂层又伴随以下优点,即在相互定位由板材制得的单个薄片的过程中,粘合剂表面被定位在粘合剂表面上,由此实现改善的粘附和由此更高的电磁部件机械稳定性,这已经在试验中表现出来并且会继续在下文中进行阐明。
特别优选地,第一板材表面的第一子涂层和第二厚度的第二板材表面的第二子涂层相互适应,使得第一厚度至少是第二厚度的1.5倍,优选地是其2倍。在这种配置中,第一厚度确保出色的绝缘,使得粘合剂间隙的风险几乎消失,而二者中更薄的涂层,即以第二厚度涂抹的第二子涂层主要有利于产生出色的粘附。
格外优选地,双面涂层的两个涂层的总厚度处于4到6微米之间。通过根据本发明或者根据本发明的改进方案使用的粘合剂,由于其高反应性,这种低涂层厚度是有可能的,如所产生的实施例所证明的。已知的烤漆粘合剂通常要求高于6微米的涂层厚度(例如每侧5μm的双面烤漆)。这引起以下优点,即基于根据本发明的板材或者其改进方案,可以制造部件,特别是定子或者转子,其具有比借助于烤漆法制造的部件显著更高的铁充填系数。优点是包括该部件的电机的效能更高。但是,可以预设总共1到20微米之间,优选2到8微米之间的粘合剂涂层。
在另一替代方案中,在板材与粘合剂层之间布置有绝缘漆层,和/或在与粘合剂层相对的一侧上只布置有绝缘漆。
特别优选地,板材被设计为非晶粒取向的电工钢带,也被称为所谓的NO-电工钢带,或者从这种电工钢带中分离出来,其中除了Fe和不可避免的杂质外,非晶粒取向的电工钢带还包含以下元素(所有数据均以wt.%为单位):
0.1到3.50的Si,
0.01到1.60的Al,
0.07到0.65的Mn,
可选地,最高0.25的P。
应当理解,所有合金组分和杂质的总和互补至100wt.%。
特别优选地,遵守下文中的条件(所有数据均以wt.%为单位):
2.3到3.40的Si,
0.3到1.1的Al,
0.07到0.250的Mn,
可选地,最高0.030的P,其余为Fe和不可避免的杂质。
应当理解,所有合金组分和杂质的总和互补至100wt.%。
优选地,根据DIN EN 60404-2测定,非晶粒取向的电工钢带或者非晶粒取向的板材在P1.0/50Hz下具有0.7到7W/kg的范围内的特定磁滞损耗,并且在P1.5/50Hz下具有1.8到15W/kg的范围内的特定磁滞损耗,和/或在J2500下具有1.45T到1.71T的范围内的极化强度,并且在J5000下具有1.6T到1.8T的范围内的极化强度。
在一种优选实施方案中,根据DIN EN 60404-2测定,非晶粒取向的电工钢带或者非晶粒取向的板材在P1.0/50Hz下具有0.8到3.5W/kg的范围内的特定磁滞损耗,并且在P1.5/50Hz下具有1.9到8.0W/kg的范围内的特定磁滞损耗,和/或在J2500下具有1.47到1.71T的范围内的极化强度,并且在J5000下具有1.58到1.80T的范围内的极化强度。
在另一优选实施方案中,根据DIN EN 60404-2测定,非晶粒取向的电工钢带或者非晶粒取向的板材在P1.0/50Hz下具有1.0到1.5W/kg的范围内的特定磁滞损耗,并且在P1.5/50Hz下具有2.2到3.3W/kg的范围内的特定磁滞损耗,和/或在J2500下具有1.47到1.57T的范围内的极化强度,并且在J5000下具有1.58到1.65T的范围内的极化强度。
优选地,根据DIN EN 60404-2测定,非晶粒取向的电工钢带或者非晶粒取向的板材在P1.0/400Hz下具有8到120W/kg的范围内的特定磁滞损耗;在P1.5/400Hz下具有18到360W/kg的范围内的特定磁滞损耗;和/或在J2500下具有1.45T到1.75T的范围内的极化强度,在J5000下具有1.45T到1.85T的范围内的极化强度,并且在J10000下具有1.50到1.95T的范围内的极化强度。
在另一优选实施方案中,根据DIN EN 60404-2测定,原料在P1.0/400Hz下具有10到25W/kg的范围内的特定磁滞损耗;在P1.5/400Hz下具有25到49W/kg的范围内的特定磁滞损耗;和/或在J2500下具有1.45T到1.75T的范围内的极化强度,在J5000下具有1.45T到1.85T的范围内的极化强度,并且在J10000下具有1.50到1.95T的范围内的极化强度。
优选地,非晶粒取向的电工钢带或者非晶粒取向的板材根据DIN EN ISO 6892-1测量,标况下在纵向方向上具有190到610MPa的屈服强度、310到740MPa的最大抗拉强度和6到48%的A80最低断裂延伸率,以及100-250的Hv5硬度。
在一种特别优选的实施方案中,原料根据DIN EN ISO 6892-1测量,室温下在纵向方向上具有310到600MPa的屈服强度、400到640MPa的最大抗拉强度和7到32%的A80断裂延伸率,以及130-250的Hv5硬度。
优选地,材料在P1.0/400Hz下具有5到17%的范围内的各向异性。
替代地,可以预设由具有以下合金组分的软磁原料制成的板材:
Fe,除了Fe和不能避免的杂质外,还由以下元素构成(所有数据均以wt.%为单位):
0.1到4.0的Si,
0.01到2.60的Al,
0.07到3.0的Mn,
可选地,最高0.5的P,
可选地,最高0.015的B,
可选地,最高0.2的Sb,
可选地,最高0.01的Zn,
可选地,最高5的Cr,
可选地,最高5的Ni,
可选地,最高0.25的V,
可选地,最高0.5的Sn,
可选地,最高0.01的As,
可选地,最高0.3的Nb,
可选地,最高0.5的W,
可选地,最高0.85的Zr,
可选地,最高0.2的Mo,
可选地,最高1.0的Cu,
可选地,最高0.5的Ti,
可选地,最高0.5的C,
可选地,最高0.01的Ce。
适合地且优选地,使用厚度处于0.05到2.5mm之间的板材,特别是电工钢带,其中优选0.1到1.0mm之间的厚度。特别优选地,使用0.15到0.4mm之间的厚度。
替代地,板材可以是由板材层(例如由其中一个上文中描述的电工钢带)组成的多层复合体(三明治结构),并且由一个或更多个另外的层组成,例如包括声学阻尼功能层(例如bondal E)。此外,板材也可以单面或者双面涂装有声学阻尼功能层(例如Halb-bondalE),使得所描述的粘合剂系统直接连接到声学阻尼功能层上(例如化学基础丙烯酸酯)。根据技术,已知的是环氧树脂系统具有良好的相容性。
替代地,板材可以在一侧上具有声学阻尼功能层,而在相对的板材侧上具有根据本发明要使用的粘合剂层。
试验表明:提供根据本发明的板材或者其改进方案中的一种以出色的方式允许以最高的粘合剂反应性执行的板材薄片的接合,其另外的优点在于,可以提供适合的方法,通过这些方法,也有可能在具有高单位时间件数的线性生产方法中制造叠片铁芯。会继续在下文中作为实施例提及提到的这些试验。
通过根据本发明提供的板材,有可能以特别有利的方式制造用于电动机的叠片铁芯,因为即根据开发人员的认知,第一次提供为了进一步处理而准备的原材料,其能以高经济性既在线上方法(即在连续加工方法中)使用,也能在离线方法中(即针对烤漆粘合的方法)使用。
除了该特别有利的特性组合外,还令人惊奇地表明了,根据本发明提供的板材还是长期稳定的。这特别地意味着,特别是结合用于线上制造叠片铁芯的可能性,根据本发明提供的板材具备集成到汽车行业的典型生产方法中的基本条件,因为长期稳定性一方面允许在更长的时段内,至少长达若干周内进行存储,此外,由于温度稳定性,还使得及时交付意义上的加工成为可能,这典型地也在盛夏中,在未调温的载货汽车中实现,并且在此,必须在更长的时段内,经受至少40℃的温度。
根据本发明提供的板材的另一优点是:其是机械上稳定的,也即特别地,相较于开头提及的烤漆法中目前使用的粘合剂,粘合剂在压缩过程中保持形状稳定。
而且,如下文中阐明的实施例证明的,粘附是温度稳定的。不同于传统的烤漆系统,没有或者只大幅减弱地进行压缩过程中的粘合剂系统的所谓的挤压。
通过有针对性地组合用于用在电动汽车中的板材(在一种改进方案中为专门选出的板材)与具体挑出的粘合剂组合物,提供迄今为止未知的特性组合,即能够以大工业规模不仅为汽车行业提供叠片铁芯和电磁部件的可能性。由此,为熟悉实施本发明的本领域技术人员提供迄今为止未知的灵活性。
例如对于电磁、机械和热学的电机设计,另一种板材选择的可能性,薄片设计中的更高的结构自由度,产生可能的优点,以及关于可能的构件公差和介质导向和/或热量导向产生优点。其它优点产生于部件制造和电机制造(例如在处理紧凑型且坚固的构件时)以及机械加工。对于包括其中一种根据本发明的板材或者其改进方案其中一种的电机而言,其它优点是:更高的功率和效率、更低的必要结构空间、更好的几何特性(例如可特别地以恒定的表面压力,借助于朝向止挡部的再压缩实现,优点是更好的电磁部件尺寸精密性)以及根据设计的声学优点。
本发明的另一方面涉及一种用于制造电磁部件的方法。作为电磁部件,可以特别地预设用于电机的,优选地用于电动机的叠片铁芯。叠片铁芯优选地要么是定子铁芯,要么是转子铁芯,即指的是定子或定子的一部分,或者说指的是转子或转子的一部分。
该方法包括以下步骤:
A)在第一步中提供根据本发明的板材或者其改进方案。板材例如可以是电工钢带或者是从板材带中分离出来的板坯。
B)将板材运输到线上设施中。线上设施至少包括以下站:冲压工具、用于发出红外线辐射的器具以及挤出冲头。
术语“线上设施”指的是,以预先确定的顺序布置多个加工站,即至少上文中提及的那些加工站,并且自动化地且顺序地在预先确定的站中加工引入到线上设施中的板材,例如电工钢带。
冲压工具是从板材中冲裁出薄片,优选地同时冲裁出多于一个(诸如四个)薄片的工具。在步骤C)中实现用冲压工具进行的薄片冲压,并且优选地使得在分别冲裁的薄片与原本要运输到线上设施中的板材之间保持存在多个连接接片,例如三个连接接片,这样使得冲裁出的薄片仍是板材的一件式组成部分。这用于使得将薄片连同板材(特别是板材带)一同进一步运输通过线上设施成为可能。
在上文的语境中,术语“薄片”指的是通过从板材中分离而获得的模制件,特别是通过冲裁获得的模制件。
在一种优选的替代方案中,通过传统的叠装工艺,例如冲压叠装,制造电磁部件(优选转子铁芯),并且用上文中描述的根据本发明的方法,制造另一电磁部件,优选用于与传统地制得的定子铁芯相同的电机的定子铁芯。这例如可以在组合式方法中实现或者顺序地实现。优选地,可以在叠装之前,进行去应力退火或者再结晶退火,可选地,还可以额外地进行涂装步骤、活化步骤和/或检查步骤。关于这一点,活化步骤指的是所使用的粘合剂的活化。
用于发出红外线辐射的器具可以特别地被设计为NIR发射器,即被设计用于发出NIR波长光谱中的电磁辐射,即波长处于780nm到3μm之间的电磁辐射的发光器具。
在一种优选的方法运用中,在NIR波长范围内实现模制件的照射,其中优选地,使用0.8微米到1.2微米之间的波长,并且特别优选地,在波长处于0.85微米到0.9微米之间的NIR辐射下达到发光功率的最大值。
只在对于粘合可用的(活性的)涂装面积的范围内实现活化(照射)。用遮挡片屏蔽剩余面积,以便只活化所需的范围(图示补充)。通过单个薄片的过度活化,实现已达到的结构高度下的单个叠片铁芯的分离,使得其不再具有任何活性并且由此不再发生粘合。
此外,如所提起的,线上设施具有挤出冲头。该挤出冲头是一种冲头,其中通过垂直于板材表面的作用力,该冲头通过切割一个或者说更多个接片,将尚通过一个或更多个接片与板材(特别是板材带)相连的薄片顺序地与板材分离,并且优选地,在同一过程步骤中,将薄片输送到布置在板材下方的容纳装置中,在容纳装置中收集薄片。
通过冲压工具,在线上设施内发生从步骤A)中提供的板材中冲压电气部件,特别是被设计为定子薄片或者转子薄片的模制件,其中优选地,一个或更多个(特别是三个)接片具有足以继续运输模制件的与板材的连接。
D)此后,借助于用于发出红外线辐射的器具,实现用红外线辐射照射步骤C)中形成的模制件的粘合剂涂层,以便实现粘合剂涂层的活化。换言之,在板材中并且特别地在粘合剂中引起足以活化的温度,例如通过在5到10千瓦之间的发射功率下,在0.5到1秒之间的时段进行照射,这对于粘合剂中的100℃到250℃之间的活化温度而言是足够的。
通过挤出冲头,实现模制件的挤出,并且优选地在同一运动中,将模制件引入到其中有定位区域的容纳装置中。定位区域有利于相对于已经位于定位区域中的模制件,位置定向和/或角定向地定位分别落入到此处的模制件,从而最终获得彼此定向且配备有已活化的粘合剂的模制件的堆叠体。
定位区域可以例如是圆柱形的管,其位于模制件的输送平面下方,使得模制件在挤出后,已经由于重力而掉落至已经存在的模制件堆叠体。模制件的定向通过定位区域实现,其例如被设计为有外壳横截面的圆柱形空心管,该外壳横截面基本上对应于模制件的横截面并且与之在预设的定位中对齐。
以符合期望的数量,重复步骤C)至E),直至有期望数量的模制件在定位区域中并且形成模制件堆叠体。特别优选地,冲压工具和挤出冲头是同一压机的组成部分,其优点是:冲压过程和挤出过程高度同步。
特别优选地,用于发出红外线辐射的器具被布置在冲压工具与挤出冲头之间,并且包括:至少一个在冲压方向上指向第一板材表面的上部发光器具;至少一个位于板材该侧对面的下部发光器具,其中冲压工具位于该侧上并且下部发光器具逆着冲压方向;或者既包括至少一个上部发光器具,也包括至少一个下部发光器具。不必强制性地以直角实现发光器具在薄片表面上的定向,而是也能够以另一角度进行定向。
特别地,在存在上部发光器具和下部发光器具的情况下,有可能以特别适合的方式,既在第一板材侧上,也在相对的第二板材侧上,活化粘合剂,其有利结果是:可以期待板材相互间的出色粘附。
根据该方法的一种特别优选的改进方案,在以期望的模制件数量定位最后一个模制件后,实现所获得的叠片铁芯的后续压制。通过朝向叠片铁芯的轴向方向,以均匀的表面压力,在端面侧上,朝向轴向方向进行叠片铁芯的挤压,实施压制步骤。通过挤压,实现了特别好地产生单个模制件之间的粘连,并且该粘连由此有助于叠片铁芯的耐久性。优选地在压机外,在下游的压制站中,进行后续的压制步骤。然而,替代地,还可以通过冲压工具中的挤出冲头的(优选部分或全表面的)压力,实现压制步骤。
优选的是,以至少80/分钟,优选至少100/分钟,特别优选至少120/分钟和/或最高1000/分钟,优选地最高300/分钟,特别优选最高220/分钟的冲程次数,执行步骤C)至E)。也即,在定位区域中,在一分钟内,引入对应于冲程次数的模制件数量。
一种替代的方法运用预设了,在提供一个或更多个板材(优选是电工钢带)后,在步骤B)中,在冲压工具中发生来自步骤A)中提供的板材的一定数量的模制件的冲压;此后进行模制件的相互重叠的位置定向和/或角定向的定位;并且在例如可以被设计为烘炉的单独的站中模压这些模制件,并且其在预先确定的时段内被加热至预先确定的温度或者预先确定的温度范围内的温度。该处理方法刚好类似于根据开头阐述的烤漆法已知的处理方法,但是不同之处在于所使用的原材料,而该原材料具体是其中一种开头所述的材料。只有通过开头所述类型的材料,才有可能一方面能够实现长时间的仓储,并且同时能够以单位时间内一定数量的完工的叠片铁芯,实现叠片铁芯的提供,使得其结果是,可以期待将该方法很好地用在大批量生产中。
优选地,预先确定的时段为10分钟到60分钟之间,特别优选地为10分钟到40分钟之间。靠着根据本发明使用的开头所述类型的板材,该时段完全足以获得完工的叠片铁芯。特别优选地,预先确定的温度为100℃到200℃之间,特别是100℃到150℃之间。在实验室试验中,可以例如以预先确定的120℃的温度和预先确定的30分钟的时段,成功地制造样品。通过该实施例,还表现出根据本发明的方法相对于传统烤漆法的多个优点中的一个,传统烤漆法中更高的温度和更长的时段都是常见的,例如在60分钟的时段内,190℃下退火。原因是:成功地提供板材,其所包括的粘合剂的反应性相对于目前使用的粘合剂得以显著提高。对实践中必要的粘合参数(时间/压力和温度)的较大的影响具体取决于当前的几何形状,因为例如出现在构件中的核心温度对粘合方法的进程有影响。
可以预设,在用于制造叠片铁芯的方法结束后,清洁其边缘,以便清除叠片铁芯边缘或者叠片铁芯侧面上可能的胶粘剂残余。可以化学地和/或机械地实现清洁。
为了提高粘合剂层的强度,可以预设,在粘合剂涂层中布置无机的和/或有机的纤维。
具体实施方式
实施例
用于根据本发明的板材的实施例及其用于根据本发明的方法的有利性能得自所进行的试验。
制造了以下样品:
来自电工钢带M800-50A(根据EN 10027-1)的板坯,其原料特性数值为1.0816(根据EN 10027-2),厚度为0.5mm,长度×宽度为200×150mm。
制造了样品0、1、2和3。样品0、1和2是对照样品,其涂装有并非根据本发明的粘合剂。
样品3是根据本发明的样品。
所制造的样品是上文所述类型的板坯,其根据以下参数,通过涂布辊,涂装有粘合剂:
层厚
样品0:第一表面:6μm,第二表面:0μm,
样品1:第一表面:6μm,第二表面:0μm,
样品2:第一表面:4μm,第二表面:2μm,
样品3:第一表面:4μm,第二表面:2μm。
为每种样品类型制造多个样本。为了测试长期稳定性,相同样品两两制造出18个三明治结构。
每次通过板压机,以200mm×200mm的板面,以3N/mm2的表面压力粘合相同类型的两个样品,其中在烘炉中,通过加热至120℃并且在120℃保持30分钟,实现胶粘剂的活化。随后,将8个样品放置到烘炉中并且在此在40℃下进行存放。每过去一周,就取出一个样品,并且进行剪切值测试(根据DIN EN 1465)。除此之外,每周进行一次室温下存放的样品的剪切值测试。测试的结果显示在图1a和图1b中。
根据结果可以看出,在室温下,根据本发明使用的组合物的剪切值优于参考样品,即样品0、样品1和样品2的剪切值。在六周后测试的样品0具有明显降低的剪切值,在8周后,样品0的剪切值为0。
在参考样品样品0中,40℃下的存放最晚在一周后引起为0的剪切值,因此该样品在40℃下不具有任何存储稳定性。在两周后,样品1和样品2具有几乎未变化的高于7.0N/mm2的良好剪切值,但是自存放三周起,开始显著退化。
在所有情况下,包括双面涂装的表面的样品2的剪切值高于包括单面涂装的表面的样品1的剪切值。
特别地,可以看出,样品3具有最佳的存储稳定性,其良好的剪切值在40℃下存放时,在4周后几乎无变化。作为唯一的样品,可以获得板坯三明治结构,其也在40℃下的四周存放后具有未改变的良好剪切值。在申请时,试验仍在持续。
除此之外,还在完成的三明治结构上进行了试验,其中这些三明治结构被加热至测试温度,此后在短时间保持后,同样在热量下经受剪切值检验。
结果表明,样品2和样品3都能在一定的时段内经受住最高200℃的高温,而不会丧失其机械稳定性。然而,特别地表明了,样品3的剪切值显著高于对照样品2的剪切值。
作为参考,样品0经受了温度测试,表明了,在加热至150℃后,获得了大约0.90N/mm2的剪切值。由此,以样品3为基础,表明了,相对于已知的板材,根据本发明的板材适合于制造温度稳定性更高的叠片铁芯。
适合于用于制造用于电动机的叠片铁芯的方法的第一实施方案的实例显示在图2b中。提供了已经涂装有塑料的板材,更确切地说,作为非晶粒取向的电工钢带1被提供。其被运输到线上设施中。在第一站中,一定数量的挤出冲头4确保挤出被设计为转子薄片或者定子薄片的模制件2。在下游站中,借助于被设计为NIR发射器的用于发出红外线辐射的器具5,照射模制件,通过由此引起的加热,模制件的粘合剂涂层被活化。随后,用挤出冲头6,挤出模制件,并且在定位区域中,位置定向和/或角定向地将其收集成堆叠体3。最后,在压制站中,用压制冲头7实现压制,直至粘合剂硬化并且可以取出完成的叠片铁芯。
图2b中可见一种生产方法,其类似于已知的烤漆法。图2b的方法与图2a的方法的不同之处特别地在于,在粘合剂涂层的活化之前实现模制件2的挤出和堆叠体3的形成。最后,才在烘炉8中实现胶粘剂的活化,例如在100℃到200℃之间的温度下,同时借助于冲头7压制样品。
Claims (32)
1.一种用于制造电磁部件,特别是定子铁芯或者转子铁芯的板材,
其中所述板材涂装有能热活化的粘合剂的粘合剂涂层,
其中所述粘合剂包含:
60重量份的固态树脂形式的环氧树脂,
0.5到15重量份的潜伏性固化剂,
1到15重量份的潜伏性加速剂。
2.根据权利要求1所述的板材,其特征在于,所述粘合剂包含:
1到10重量份的潜伏性固化剂,优选2到5重量份的潜伏性固化剂。
3.根据前述权利要求中任一项所述的板材,其特征在于,环氧树脂是双酚A环氧树脂。
4.根据前述权利要求中任一项所述的板材,其特征在于,所述潜伏性固化剂包含双氰胺、咪唑、BF3-胺络合物或者其组合。
5.根据前述权利要求中任一项所述的板材,其特征在于,所述粘合剂包含:
1到10重量份的潜伏性加速剂,优选1到5重量份的潜伏性加速剂,特别优选2到5重量份的潜伏性加速剂。
6.根据前述权利要求中任一项所述的板材,其特征在于,所述粘合剂还包含0.2到8重量份的吸收添加剂,所述吸收添加剂选自灯黑的组和/或水溶性颜料的组。
7.根据前述权利要求中任一项所述的板材,其特征在于,所述潜伏性加速剂包含脲衍生物。
8.根据权利要求7所述的板材,其特征在于,所述脲衍生物是N,N-二甲基脲或者N,N‘-二甲基脲或者优选地包括两个脲基团作为官能团的双官能团脲衍生物,具体地,特别优选地是4,4’-亚甲基双(苯基二甲基脲),或者上文中所述的多个的混合物。
9.根据权利要求7或者权利要求8所述的板材,其特征在于,作为脲衍生物,也使用非对称取代的脲,或者只使用非对称取代的脲。
10.根据前述权利要求中任一项所述的板材,其特征在于,所述脲衍生物是以下物质
其中R是氢或者根据
n=0或1,优选是1,
X=O或S,优选是O,
R1、R2和R3分别是氢、卤素、硝基、取代或者非取代的烷基、烷氧基、芳香基或者芳氧基,
R4是烷基、烯基、环烷基、环烯基、可选地由卤素取代的芳烷基、羟基或者氰,优选甲基、乙基、丙基、丁基,特别优选甲基,
R5是如同R4一样或者烷氧基,R5可选地与R4形成杂环,
或者N,N-二甲基-N’-(3,4-二氯苯基)脲,或者N,N-二甲基-N’-(3-氯-4-甲基-苯基)脲,或者N,N-二甲基-N’-(3-氯-4-甲氧基苯基)脲,或者N,N-二甲基-N’(3-氯-4-乙基苯基)脲,或者N,N-二甲基-N’-(4-甲基-3-硝基苯基)脲,或者N-(N'-3,4-二氯苯基氨甲酰基)吗啉,或者N,N-二甲基-N’(3-氯-4-甲基苯基)硫-脲,
优选地,脲衍生物是4,4’-亚甲基双(苯基二甲基脲);
或者是前述两种、三种或更多种的混合物。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的板材,其特征在于,所述脲衍生物的颗粒的平均粒度处于1μm到30μm之间。
12.根据前述权利要求中任一项所述的板材,其特征在于,所述粘合剂涂层单面地或者双面地涂覆到所述板材上并且其总厚度处于1μm到20μm之间,优选地处于2μm到8μm之间,特别优选地处于4μm到6μm之间。
13.根据权利要求12所述的板材,其特征在于,所述粘合剂涂层由第一厚度的第一板材表面的第一子涂层和第二厚度的第二板材表面的第二子涂层构成,其中优选地,所述第一厚度至少是所述第二厚度的1.5倍,特别优选地是其2倍。
14.根据前述权利要求中任一项所述的板材,其特征在于,在板材与粘合剂层之间布置有绝缘漆层,和/或在与所述粘合剂层相对的一侧上只布置有绝缘漆。
15.根据前述权利要求中任一项所述的板材,其特征在于,所述板材是电工钢带,特别地是非晶粒取向的电工钢带,或者从非晶粒取向的电工钢带中分离出来。
16.根据权利要求15所述的板材,除了Fe和不能避免的杂质外,所述板材还由以下构成(所有数据均以wt.%为单位):
0.1到3.50的Si,
0.01到1.60的Al,
0.07到0.65的Mn,
可选地最高0.25的P;优选地,除了Fe和不能避免的杂质外,所述板材还由以下构成(所有数据均以wt.%为单位):
2.3到3.40的Si,
0.3到1.1的Al,
0.07到0.250的Mn,
可选地,最高0.030的P。
17.根据前述权利要求中任一项所述的板材,其特征在于,所述板材是软磁金属原料,例如
除了Fe和不能避免的杂质外,还由以下构成(所有数据均以wt.%为单位):
0.1到4.0的Si,
0.01到2.60的Al,
0.07到3.0的Mn,
可选地,最高0.5的P,
可选地,最高0.015的B,
可选地,最高0.2的Sb,
可选地,最高0.01的Zn,
可选地,最高5的Cr,
可选地,最高5的Ni,
可选地,最高0.25的V,
可选地,最高0.5的Sn,
可选地,最高0.01的As,
可选地,最高0.3的Nb,
可选地,最高0.5的W,
可选地,最高0.85的Zr,
可选地,最高0.2的Mo,
可选地,最高1.0的Cu,
可选地,最高0.5的Ti,
可选地,最高0.5的C,
可选地,最高0.01的Ce。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的板材,
其连同粘合剂涂层的厚度处于0.05mm到2.5mm之间,优选地处于0.15mm到0.4mm之间。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的板材,其中所述板材是三明治结构或者单面或双面地涂装有声学阻尼功能层的板材。
20.一种用于制造用于电机的电磁部件,特别是叠片铁芯的方法,其中所述叠片铁芯优选地要么是定子铁芯,要么是转子铁芯,所述方法包括以下步骤:
A)提供一个或更多个根据权利要求1至19中任一项所述的配备有粘合剂涂层的板材,
B)将所述板材运输到线上设施中,所述线上设施包括:冲压工具、用于发出红外线辐射的器具以及挤出冲头,
C)用所述冲压工具,从步骤A中提供的所述板材中冲压出被设计为定子薄片或者被设计为转子薄片的模制件,
D)借助于用于发出红外线辐射的所述器具,用红外线辐射照射步骤C中形成的所述模制件的粘合剂涂层,以活化所述模制件的粘合剂涂层,
D)用所述挤出冲头,挤出所述模制件,
E)将所述模制件位置定向和/或角定向地定位在定位区域内,
F)重复步骤C)至步骤E),直至在所述定位区域内达到期望的模制件数量。
21.根据权利要求20所述的方法,其特征在于,在线上工艺中进行所述部件的制造,其中所述冲压工具和所述挤出冲头是同一压机的组成部分。
22.根据权利要求20或者权利要求21所述的方法,其特征在于,用于发出红外线辐射的所述器具被布置在所述冲压工具与所述挤出冲头之间并且包括:
-至少一个上部发光器具,所述上部发光器具在冲压方向上指向第一模制件表面,或者
-至少一个下部发光器具,所述下部发光器具逆着冲压方向,指向存在于所述冲压工具对面的第二模制件表面,或者
-既包括至少一个上部发光器具,也包括至少一个下部发光器具。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法,其特征在于,在定位期望的所述模制件数量中的最后一个所述模制件后,借助于所述步骤F下游的压制步骤,通过端面侧上均匀的表面压力,挤压获得的所述部件。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法,其特征在于,用至少80/min的冲程次数,优选120/min到300/min之间的冲程次数,执行步骤C至E。
25.一种用于制造用于电机的电磁部件,特别是叠片铁芯的方法,其中所述叠片铁芯优选地要么是定子铁芯,要么是转子铁芯,所述方法包括以下步骤:
A)提供一个或更多个根据权利要求1至19中任一项所述的配备有粘合剂涂层的板材,
B)用冲压工具,从步骤A中提供的所述板材中冲压出一定数量的薄片,特别是被设计为定子薄片或者被设计为转子薄片的模制件,
C)位置定向和/或角定向地相互重叠定位所述模制件,
D)模压相互重叠定位的所述模制件,
E)在预先确定的温度下,在预先确定的时段内,加热相互重叠定位的所述模制件,
F)可选地,在定位期望的所述模制件数量中的最后一个所述模制件后,借助于步骤E下游的压制步骤,通过端面侧上均匀的表面压力,在垂直于模制件表面的方向上,挤压所获得的部件。
26.根据权利要求25所述的方法,其中预先确定的所述时段处于10分钟到60分钟之间,优选地处于10到40分钟之间。
27.根据权利要求25或者权利要求26所述的方法,其中预先确定的所述温度处于100℃到200℃之间,优选地处于100℃到150℃之间。
28.一种用于电机的电气部件或者叠片铁芯,根据权利要求20至27中任一项所述的方法制得。
29.根据权利要求28所述的叠片铁芯,所述叠片铁芯被设计为定子或者转子。
30.一种电机,特别是电动机,包括根据权利要求29所述的定子和/或转子。
31.根据权利要求30所述的电机,所述电机被设计为用于载人汽车、载货汽车、机动双轮车、小型电动汽车、飞机或者无人机的电动机。
32.一种电机,包括根据权利要求28所述的电气部件。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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