DE102015013248A1

DE102015013248A1 - Verfahren zur Herstellung eines auf einem Wicklungsträger einer Elektromaschine ablegbaren Wickeldrahtes

Info

Publication number: DE102015013248A1
Application number: DE102015013248.2A
Authority: DE
Inventors: Jörg Schmidt; Erdal Acikgöz
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2017-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines auf einen Wicklungsträger (15), insbesondere Stator oder Rotor, einer Elektromaschine ablegbaren Wickeldrahts (3), der in einem Beschichtungsprozess mit einer elektrisch isolierenden Schicht (1) überzogen wird. Erfindungsgemäß ist der Beschichtungsprozess ein Parylen-Beschichtungsprozess, bei dem ein Parylen im Vakuum durch Kondensation aus der Gasphase als ein Polymerfilm (1) auf den Wickeldraht (3) appliziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines auf einen Wicklungsträger, insbesondere Stator oder Rotor, einer Elektromaschine ablegbaren Wickeldrahtes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, einen Wickeldraht nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8, eine Beschichtungsvorrichtung zur Beschichtung des Wickeldrahtes nach dem Patentanspruch 9 sowie eine Elektromaschine nach dem Patentanspruch 11.
Der Stator oder Rotor einer Elektromaschine ist in gängiger Praxis mittels eines Einziehwerkzeuges nach einem vorgegebenen Wickelschema mit einem Wicklungsdraht bewickelt, der phasenzugeordnete Spulenwicklungen bildet.
Der Wickeldraht ist meist ein Kupferdraht, der in einem gattungsgemäßen Beschichtungsverfahren in einem aufwendigen Prozess mit einem elektrisch isolierendem Lack überzogen wird. Hierfür wird der noch unbeschichtete Wickeldraht durch ein Lackbad gezogen und anschließend in einem Ofen ausgehärtet. Dieser Vorgang ist mehrfach zu wiederholen, um eine homogene, porenfreie Isolierschicht zu gewährleisten. Dies führt zu einer großen Lackschichtdicke sowie einem großen Wickeldraht-Durchmesser.
Je nach Wickeldraht-Durchmesser kann die Lackschicht einen signifikanten Teil Querschnittes des Kupferlackdrahtes einnehmen. Für den Einsatz in einer Elektromaschine für den Elektroantrieb eines Kraftfahrzeuges ist die Leistungsdichte dieser Elektromaschine von hoher Bedeutung. Diese kann erhöht werden, wenn zum Beispiel die Anzahl von Wicklungen, das heißt die aktiven Wickeldrähte in jeder Wicklungsnut des Stators oder des Rotors, erhöht werden kann. Diese Anzahl ist jedoch begrenzt durch den Nut-Querschnitt des Wicklungsträgers und durch die Homogenität der Wicklung bzw. der Drahtlagen sowie deren Querschnitt.
Allgemein ist ein Parylen-Beschichtungsprozess bekannt, bei dem mittels einer chemischen Gasphasenabscheidung ein Parylen-Polymerfilm auf einem Substrat gebildet werden kann. Zur Durchführung des Parylen-Beschichtungsprozesses wird zunächst in einem Verdampfungsschritt eine Parylen-Ausgangskomponente (Parylen-Dimer) unter Vakuum sowie unter Bildung eines dimerischen Gases erhitzt und so in die Gasphase überführt. Die dimerische Gasphase wird in einem folgenden Pyrolyseschritt thermo-chemisch in ihre monomere Form gespalten. Anschließend erfolgt ein Beschichtungsschritt, in dem die monomere Gasphase unter Raumtemperatur in einer Abscheidungskammer als ein Polymerfilm auf ein Substrat abgeschieden werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Elektromaschine bereitzustellen, deren Leistungsdichte in einfacher Weise erhöht werden kann.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1, 8, 9 oder 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass der erforderliche Wickeldraht-Querschnitt in den Spulenwicklungen der Elektromaschine aufgrund der Lackschichtdicke einen insgesamt großen Querschnitt einnimmt. Vor diesem Hintergrund wird erfindungsgemäß die Isolierschicht des Wickeldrahtes nicht mehr durch eine herkömmliche Lackbeschichtung bereitgestellt, sondern vielmehr durch einen Parylen-Polymerfilm. Dieser weist bei deutlich reduziertem Schichtauftrag im Vergleich zum Lack sogar eine bessere Isolationsfestigkeit auf. Versuche haben gezeigt, dass der Polymerfilm bevorzugt mit einer Schichtdicke im Bereich von 5 bis 15 μm, insbesondere 10 μm, aufgetragen werden kann.
Der Wickeldraht mit dem darauf applizierten Parylen-Polymerfilm wird in einem Parlyen-Beschichtungsprozess hergestellt, bei dem das Parylen im Vakuum durch Kondensation aus der Gasphase als Polymerfilm auf den Wickeldraht appliziert wird. In dem Parylen-Beschichtungsprozess wird zunächst in einem Verdampfungsschritt eine Parylen-Ausgangskomponente (Parylen-Dimer) unter Vakuum sowie unter Bildung eines dimerischen Gases erhitzt und in die Gasphase überführt. Anschließend wird die dimerische Gasphase in einem Pyrolyseschritt thermo-chemisch in seine monomere Form aufgespalten. Dann folgt ein Beschichtungsschritt, in dem das monomere Gas unter Raumtemperatur in einer Abscheidungskammer als Polymerfilm auf den Wickeldraht abgeschieden wird.
Im Hinblick auf einen homogenen porenfreien Schichtauftrag ist es von Bedeutung, dass der Wickeldraht in der Abscheidungskammer während des Beschichtungsprozesses nicht unverändert positioniert ist, sondern vielmehr lageverändert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform kann zur Lageänderung der Wickeldraht über Umlenkrollen mäanderförmig durch die Abscheidungskammer geführt werden. Hierfür kann der noch unbeschichtete Wickeldraht auf einer Spenderspule aufgewickelt bereitgestellt werden. Der Wickeldraht kann während des Beschichtungsprozesses von der Spenderspule abgespult und über die Umlenkrollen zu einer Abnahmespule geleitet und dort aufgewickelt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn sowohl die Spenderspule als auch die Abnahmespule zusammen mit den Umlenkrollen innerhalb der Abscheidungskammer angeordnet sind.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 in einer Schnittansicht den Querschnitt eines mit einem Parylen-Polymerfilm beschichteten Wickeldrahts;
2 ein Blockschaltdiagramm, dass die Prozessschritte eines Parylen-Beschichtungsprozesses veranschaulicht;
3 eine Abscheidungskammer, in der der Wickeldraht mit dem Parylen-Polymerfilm beschichtet wird; und
4 in einer Teilschnittansicht eine Elektromaschine.
In der 1 ist in einer Schnittdarstellung ein mit einem Parylen-Polymerfilm 1 überzogener Wickeldraht 3 gezeigt.
Der Parylen-Polymerfilm 1 wird in einem nachfolgend anhand der 2 und 3 veranschaulichten Parylen-Beschichtungsprozess appliziert, der gemäß der 2 in einem Verdampfungsschritt, einem Pyrolyseschritt und einem Beschichtungsschritt aufgeteilt ist. Im Verdampfungsschritt wird eine Parylen-Ausgangskomponente (Parylen-Dimer) unter Vakuum sowie unter Bildung eines dimerischen Gases erhitzt und in die Gasphase überführt. Im Pyrolyseschritt wird das dimerische Gas in einem thermo-chemischen Spaltprozess in seine monomere Form gespalten. Die monomere Gasphase wird dann im Beschichtungsschritt unter Raumtemperatur in einer, in der 3 angedeuteten Abscheidungskammer 5 als ein Polymerfilm 1 auf den Wickeldraht 3 abgeschieden.
In der Abscheidungskammer 5 gemäß der 3 wird der Wickeldraht 3 mit dem Parylen-Polymerfilm 1 beschichtet. In der Abscheidungskammer 5 sind sowohl eine Spenderspule 7 als auch eine Abnahmespule 9 und zwischengeschaltete Umlenkrollen 11 positioniert, mit deren Hilfe der Wickeldraht mäanderförmig durch die Abscheidungskammer 5 führbar ist.
Zur Durchführung des Beschichtungsschrittes wird zunächst mittels der Spenderspule 7 der noch unbeschichtete Wickeldraht 3 bereitgestellt. Im Beschichtungsprozess wird der noch unbeschichtete Wickeldraht von der Spenderspule 7 abgespult und über die Umlenkrollen 11 mäanderförmig durch die Abscheidungskammer 5 bis zur Abnahmespule 9 geleitet und dort aufgewickelt. Durch die mäanderförmige Drahtführung ist eine homogene sowie porenfreie Beschichtung des Wickeldrahtes 3 gewährleistet.
In der 4 ist in einer Teilschnittdarstellung als Wicklungsträger ein Stator 15 mit umfangsverteilten Längsnuten 17 gezeigt. In den Längsnuten 17 des Stators 15 sind Wicklungsdrähte 3 unter Bildung von phasenzugeordneten Spulenwicklungen abgelegt.
Der Parylen-Polymerfilm 1 kann im Vergleich zu einer herkömmlichen Lackschicht bei zumindest gleichbleibender Isolationsfestigkeit mit deutlich reduzierter Schichtdicke auf den Wickeldraht 3 aufgetragen werden. Demzufolge kann der Gesamt-Drahtquerschnitt eines mit dem Parylen-Polymerfilm 1 beschichteten Wickeldrahtes 3 beträchtlich reduziert werden, und zwar im Vergleich zu einem Gesamt-Drahtquerschnitt eines mit herkömmlichem Lack beschichteten Wickeldrahtes 3. Auf diese Weise kann die Anzahl der Spulenwicklungen in den Längsnuten 17 deutlich erhöht werden, wodurch die Leistungsdichte der Elektromaschine gesteigert ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines auf einen Wicklungsträger (15), insbesondere Stator oder Rotor, einer Elektromaschine ablegbaren Wickeldrahts (3), der in einem Beschichtungsprozess mit einer elektrisch isolierenden Schicht (1) überzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsprozess ein Parylen-Beschichtungsprozess ist, bei dem ein Parylen im Vakuum durch Kondensation aus der Gasphase als ein Polymerfilm (1) auf den Wickeldraht (3) appliziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Parylen-Beschichtungsprozess einen Verdampfungsschritt, in dem eine Parylen-Ausgangskomponente (Parylen-Dimer) unter Vakuum sowie unter Bildung eines dimerischen Gases erhitzt und in die Gasphase überführt wird, einen Pyrolyseschritt, in dem das dimerische Gas in einem thermo-chemischen Spaltprozess in seine monomere Form gespalten wird, und einen Beschichtungsschritt aufweist, in dem das monomere Gas, insbesondere unter Raumtemperatur, in einer Abscheidungskammer (5) als Polymerfilm (1) auf den Wickeldraht (3) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Parylen-Isolierschicht (1) in einem Bereich von 5 bis 15 μm, insbesondere bei 10 μm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickeldraht (3) während der Parylen-Beschichtung lageverändert wird, um einen homogenen, porenfreien Polymerfilm (1) auf dem Wickeldraht (3) zu erzielen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lageveränderung der Wickeldraht (3) im Beschichtungsschritt über Umlenkrollen (11) mäanderförmig durch die Abscheidungskammer (5) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Beschichtungsschritts der noch unbeschichtete Wickeldraht (3) mittels einer Spenderspule (7) bereitgestellt wird, dass der Wickeldraht (3) im Beschichtungsprozess von der Spenderspule (7) abgespult und über die Umlenkrollen zu einer Abnahmespule (9) geleitet und dort aufgewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spenderspule (7) und/oder die Abnahmespule (9) innerhalb der Abscheidungskammer (5) angeordnet sind.
Wickeldraht, der in einem Verfahren nach einem der vorhandenen Ansprüche hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Wickeldraht-Beschichtung ein Parylen-Polymerfilm (1) ist.
Beschichtungsvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Verdampfereinheit, in der eine Parylen-Ausgangskomponente unter Vakuum sowie unter Bildung eines dimerischen Gases erhitzt und in ein dimerisches Gas überführt wird, mit einer Pyrolyseeinheit, in der das dimerische Gas in einem thermo-chemischen Spaltprozess in seine monomere Form gespalten wird, und mit einer Abscheidungskammer (5), in der das monomere Gas als ein Polymerfilm (1) auf dem Wickeldraht (3) abgeschieden wird.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abscheidungskammer (5) Umlenkrollen (11) vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Wickeldraht (3) während des Beschichtungsprozesses durch die Abscheidungskammer (5) führbar ist.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheidungskammer (5) zumindest eine Spenderspule (7) und zumindest eine Abnahmespule (9) zugeordnet ist, wobei der Wickeldraht (3) im Beschichtungsprozess von der Spenderspule (7) abgewickelt und über die Umlenkrollen (11) zur Abnahmespule (9) geführt und dort aufgewickelt wird.
Elektromaschine mit einem Wicklungsträger (15) auf dem ein Wickeldraht (3) unter Bildung von phasenzugeordneten Spulenwicklungen abgelegt ist, wobei der Wickeldraht (3) mit einer elektrisch isolierenden Schicht (1) überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht ein Parylen-Polymerfilm (1) ist.