转子以及用于制造转子的方法与流程

1.本发明涉及一种转子、尤其是用于电流激励电机或者他励电机的转子以及一种用于制造转子的方法。


背景技术：

2.用于例如他励的同步电机的转子在运行中承受非常高的载荷。如此，这样的转子必须满足关于离心力和温度方面的高要求。因此，尤其是电流激励电机的被缠绕有铜线的转子往往需要绕组的机械稳定性。就此而言，de 10 2016 205 813 a1提出一种用于制造转子的方法，其中，将转子叠片组连同缠绕的转子绕组放置到铸模中并且在高压下用塑料材料对其进行注塑包封。虽然因此原则上能获得好的结果。然而，已证明的是，在这样的浇注料中会产生裂纹，所述裂纹可能并非没有问题。


技术实现要素：

3.因此，本发明的任务是提供一种转子以及一种用于制造转子的方法，其中，上述问题被消除并且提供一种承受得住极高载荷的转子。
4.该任务通过一种根据权利要求1所述的转子以及通过一种根据权利要求9所述的方法解决。另外的优点和特征由从属权利要求以及说明书和附图得出。
5.根据本发明，转子、尤其是用于电流激励电机(尤其是同步电机)的转子包括绕组，其中，在绕组上或在绕组处布置有由复合材料制成的支持元件，该复合材料包括基质材料和纤维材料。复合材料有利地包括至少两种物质或者说材料，当前尤其包括基质材料和纤维材料。除了上述这两种材料之外，如果需要的话，另外的成分可以是复合材料的组成部分。根据需求能通过适当设计复合材料来设计支持元件的刚度和强度。用这样的支持元件特别有利地实现非常小的转子重量。
6.根据一个优选的实施方式，转子包括多个堆叠成一个转子叠片组的转子叠片。转子叠片或者说转子叠片组具有沿周向方向分布的转子齿或者说构造在其间的(绕组)槽。根据一个实施方式，当前涉及一种如下的转子，所述转子被铜线缠绕以形成一个绕组或多个绕组。支持元件当前有利地直接贴靠在绕组上或者说贴靠在绕组的最外覆层或最外层上。复合材料有利地具有以下特性，即该复合材料在第一状态中是能变形的，使得其能适配于绕组的形状。该复合材料在干燥和/或固化过程之后才达到其最终强度，于是该复合材料形成坚固的支持元件，所述支持元件优选完全或至少基本上裹住绕组、尤其是不仅在槽的区域中而且在绕组头的区域中(也就是说在转子的端侧区域处)裹住绕组。
7.特别优选的是，绕组被纤维材料缠绕。
8.根据一个优选的实施方式，支持元件通过用具有基质材料的纤维材料缠绕绕组而形成。根据一个优选的实施方式，纤维材料作为优选柔性的、丝状的、绳状的或线状的纤维存在。这允许对绕组进行缠绕。因此可实现优化地贴靠到绕组上，支持元件因此精确地跟随绕组的形状并且能特别好地机械稳定绕组。如此，可产生几毫米至数毫米厚的纤维材料层，
这取决于转子的尺寸以及机械上的要求。典型的厚度/层厚处于1mm至10mm的范围中、优选处于2mm至6mm的范围中。
9.根据一个优选的实施方式，纤维材料是增强纤维、尤其是玻璃纤维、优选是(用基质材料)预浸渍的玻璃纤维。就此而言，例如使用e-玻璃纤维已被证明是特别有利的。有利地预浸渍的(增强)纤维能通过固化过程、例如在炉子中被固化以产生坚固的纤维塑料复合体。
10.根据一个实施方式，替代地或附加地在一个特别的方法步骤中添加基质材料。根据一个实施方式，支持元件具有第一区域和第二区域，其中，在第一区域中纤维材料增强基质材料，并且在第二区域中基质材料未被纤维材料增强。在此，第一区域优选是直接构造或布置在绕组上的区域。根据一个实施方式，该区域通过用原始的/未浸润的纤维材料缠绕而形成。随后，对第一区域进行注塑包封或浇注包封以产生/形成第二区域，其中在这种情况下也有利地用基质材料对第一区域进行浸润。替代地，第一区域也已经可用具有基质材料的、即例如已经用基质材料浸润的纤维材料来产生。
11.在上述注塑包封或浇注包封的过程中，可在第一区域上构成一形成第二区域的覆层或层。其厚度可以是数毫米、优选是1mm至15mm。第二区域的厚度通常大于第一区域的厚度。替代地，可这样进行注塑包封或浇注包封，使得(转子)槽完全被基质材料填充。
12.根据一个优选的实施方式，转子包括槽盖或槽楔，各所述槽盖或槽楔分别布置在两个转子齿之间，并且各所述槽盖或槽楔在径向方向上封闭转子齿之间的空间，即(绕组)槽。根据一个实施方式，在注塑包封或浇注包封的过程中，槽被基质材料填满直至槽盖或槽楔。根据一个实施方式，槽盖或槽楔具有分离元件，所述分离元件被设计为将槽分成两个腔室。这尤其能为注塑包封/浇注包封带来优点。
13.有利的是，纤维材料构成为丝状的、绳状的或线状的，并且纤维材料沿绕组的导体元件或与绕组的导体元件平行地取向。根据一个优选的实施方式，导体元件是铜线、优选是具有圆横截面的铜线。
14.根据一个实施方式，基质材料是绝缘材料。基质材料尤其被设计为提供电绝缘的特性。
15.支持元件有利地形成连续的、裹住绕组的覆层。该覆层有利地完全包裹所述绕组。尤其是，绕组不仅在绕组槽的区域中而且在绕组头的区域中被尽可能地完全包裹并且因此被可靠地固定。在优选的实施方式中，“覆层”的厚度大约处在1mm至10mm、尤其大约处在2mm至8mm并且优选处在3mm至6mm。
16.根据一个实施方式，包括支持元件的转子是用浇注料注塑包封或浇注包封的。因此，除了基质材料之外，用另外的浇注料来进行加工可以是有利的。
17.用于注塑包封/浇注包封的优选方法例如是注塑成型亦或浇注方法，如(真空)压力凝胶化。用于基质材料和浇注料的材料优选是热塑性塑料和热固性塑料。
18.通过经由支持元件使浇注料与绕组解耦，能有效地减少或甚至防止在运行中在浇注料之内形成裂纹。
19.如果支持元件仅包括所述第一区域或一个第一区域，则用浇注料进行注塑包封或浇注包封是尤其有效的。
20.支持元件还提供了与上述用浇注料进行注塑包封或浇注包封有关的优点，即不是
所有的空腔都必须用浇注料填满。支持元件对位于其下方的绕组进行遮隔。因此，在那里完全还可能存在没有被或者说无须被浇注料填满的空腔。因此能实现重量优化的转子。
21.根据一个实施方式，在支持元件上至少局部地布置有包裹元件。根据一个实施方式，这样的包裹元件构成为封闭片，所述封闭片设置用于产生所期望的或必要的表面质量或者说表面特性。根据一个实施方式，由此例如能有针对性地优化用浇注料进行的注塑包封或浇注包封，其方式例如是将这样的包裹元件设计为使浇注料在注塑包封或浇注包封过程中转向等。
22.本发明也涉及一种用于制造转子的方法，该方法包括以下步骤：
[0023]-对转子体进行卷绕以形成绕组；
[0024]-用纤维材料缠绕绕组以形成支持元件，其中，支持元件具有或包括纤维材料和基质材料；
[0025]-在用纤维材料缠绕期间或之后施加基质材料。
[0026]
用纤维材料进行缠绕尤其带来以下优点，即已产生的绕组还能被进一步地压缩。
[0027]
根据一个优选的实施方式，用带有基质材料的纤维材料进行缠绕。有利的是使用已经用基质材料浸润的增强纤维、如玻璃纤维。
[0028]
在第一步骤中有利地采取所有必要的步骤，以便能用优选的铜线卷绕包括多个转子叠片的转子体(也参照上述的转子叠片组)。在第二步骤中用所期望数量的转子绕组卷绕转子叠片组。在下一装配步骤中用优选预浸渍的e-玻璃纤维卷绕铜绕组的最后一层。作为可选择的步骤，可将封闭片(参照上述的包裹元件)布置在玻璃纤维覆层上，以便产生所期望的或必需的表面质量。
[0029]
根据一个实施方式，所述方法包括以下步骤：
[0030]-将基质材料施加到已缠绕的纤维材料、尤其是原始的纤维材料上。
[0031]
尤其当要产生包括第一区域和第二区域的支持元件时，这种办法是有利的。在这一点上要提及的是，所提及的与转子有关的优点适用于该方法，并且反之亦然。
[0032]
有利的是，所述方法另外包括以下步骤：
[0033]-对转子进行处理以形成连续的支持层或支持覆层。
[0034]
为此，根据一个实施方式，将已被完全缠绕的转子定位在适当的处理装置(如炉子)中，以便例如预浸渍的增强纤维/玻璃纤维能例如通过加热固化成一个构件。
[0035]
所述处理既可包括加热转子又可包括冷却转子。所述处理可被设定为例如将最初是固体的基质材料转化为液态的状态，以便能产生连续的支持元件。替代地，基质材料在缠绕时是软的，使得在缠绕时就能产生连续的覆层，所述覆层例如仅须被固化即可。为此，例如通过加热或冷却的处理也可以是必要的。所述处理也可理解为对环境压力的适配或理解为对大气的适配(或者说理解为对大气组成的适配)。
[0036]
根据一个优选的实施方式，所述方法包括以下步骤：
[0037]-在用纤维材料缠绕时压缩绕组。
[0038]
优选是增强纤维(例如是玻璃纤维)的纤维材料由于其抗拉强度高而能实现特别高效地稳定绕组，尤其是通过上述的压缩。绕组本身在缠绕过程期间在预应力下被卷绕。用纤维材料进行缠绕不仅能维持和稳定所述预应力而且还能提高该预应力。
[0039]
在这一点上要提及的是，纤维材料优选如所提及的那样作为丝状的、绳状的或线
状的材料存在。替代地，纤维材料也可作为例如是带状的或条状的材料存在。根据一个实施方式，也可将织物或稀松布条用于所述缠绕，使得纤维不仅具有沿导体元件、尤其是铜线的取向，而且具有斜向和/或横向于此的取向。这还可能能够进一步优化支持元件的机械特性。
附图说明
[0040]
另外的优点和特征参照附图由下文中的转子的实施方式得出。
[0041]
在附图中：
[0042]
图1示出用于阐明支持元件功能的转子的示意性剖视图；
[0043]
图2示出由图1已知的简图，其中，支持元件在这里形成连续的覆层。
具体实施方式
[0044]
图1以示意性的视图示出穿过转子10的横截面，其中，该转子沿转子轴线r延伸。勾画有两个彼此相邻的转子齿12，这两个转子齿形成位于它们之间的绕组槽或转子槽。示意性地示出，左转子齿12被缠绕有绕组20，所述绕组包括多个用于制造并形成绕组20的导体元件、例如铜线。在绕组20上构造/布置有支持元件(st
ü
tzelement)40。支持元件40优选通过用纤维材料42缠绕绕组20来产生。有利的是，该纤维材料已配备或浸润有基质材料44。这当前是通过以下方式来勾画的，即纤维材料42当前被基质材料44包裹。右转子齿12并未配备有绕组或支持元件，这仅是为了使图示更加清楚。用纤维材料42(连同基质材料44)缠绕绕组20能有利地实现压缩绕组20，从而能显著提高在运行中的机械稳定性。优选是丝状的纤维材料42以理想的方式适配于绕组20的外轮廓，从而也能实现绕组20的特别好的稳定性。如在图1中所勾画的那样，转子可在布置支持元件40之后被附加地用浇注物质包围、尤其是例如被注射、喷洒、注塑包封或浇注包封。对此有利的是，浇注料不必为了稳定而渗入到绕组20本身中。有利的是，能在绕组之内保留空腔、空隙或间隙等，这能使得重量显著减轻。图1以示意性的视图示出支持元件40，所述支持元件还不是已完成的。尤其是还未形成连续的覆层，对此参见图2。
[0045]
图2示出基本上由图1已知的简图。当前，支持元件40现在构造为连续的纤维塑料复合体。为此，被提供到纤维材料42上的基质材料44是彼此融合的。如果基质材料44从一开始就不是固体的，则这在缠绕过程中就已经能自动实现。替代地，可通过加热转子10实现彼此融合。热量可从外部、例如通过加热装置被供应，或者也可以说从内部、通过在绕组20中产生的电流被供应。根据一个替代的实施方式，基质材料也可全部或至少局部地填充两个转子齿12之间的空间。根据一个实施方式，上述“空间”在径向方向上通过槽锁止楔被封闭。另外替代地，如已提及的那样，支持元件40可如其在图2中或在图1中所勾画的那样被浇注料注塑包封或浇注包封，其中，上述空间在这里也有利地完全被用浇注料来填满。
[0046]
附图标记列表
[0047]
10转子
[0048]
12转子齿
[0049]
20绕组
[0050]
22导体元件、铜线
[0051]
40支持元件
[0052]
42纤维材料
[0053]
44基质材料
[0054]
r转子轴线

技术特征：
1.转子(10)、尤其是用于电流激励电机的转子，该转子包括绕组(20)，其中，在绕组(20)上或在绕组处布置有由复合材料制成的支持元件(40)，该复合材料包括基质材料(44)和纤维材料(42)。2.根据权利要求1所述的转子(1)，其中，所述绕组(20)被纤维材料(42)缠绕。3.根据权利要求1或2所述的转子(10)，其中，所述纤维材料(42)构成为丝状的，并且所述纤维材料是沿绕组(20)的导体元件或平行于绕组的导体元件取向的。4.根据上述权利要求之一所述的转子(10)，其中，所述纤维材料(42)是增强纤维、尤其是预浸渍的玻璃纤维。5.根据上述权利要求之一所述的转子(10)，其中，所述支持元件(40)具有第一区域和第二区域，在第一区域中纤维材料(42)增强基质材料(44)，并且在第二区域中基质材料(44)未用纤维材料(42)进行增强。6.根据上述权利要求之一所述的转子(10)，其中，所述基质材料(44)是绝缘材料。7.根据上述权利要求之一所述的转子(10)，其中，所述支持元件(40)被浇注料注塑包封或浇注包封。8.根据上述权利要求之一所述的转子(10)，其中，在所述支持元件(40)上至少局部地布置有包裹元件。9.用于制造转子(10)的方法，该方法包括以下步骤：-对转子体进行卷绕以形成绕组(20)；-用纤维材料(42)缠绕绕组(20)以形成支持元件(40)，其中，支持元件(40)具有纤维材料(42)和基质材料(44)；-在用纤维材料(42)进行缠绕期间或之后施加基质材料(44)。10.根据权利要求9所述的方法，该方法包括以下步骤：-用带有基质材料(44)的纤维材料(42)缠绕绕组。11.根据权利要求9或10所述的方法，该方法包括以下步骤：-将基质材料(44)施加到已缠绕的纤维材料(42)、尤其是原始的纤维材料上。12.根据权利要求9至11之一所述的方法，该方法包括以下步骤：-在用纤维材料(42)进行缠绕时压缩绕组(20)。

技术总结
本发明涉及一种转子、尤其是用于电流激励电机的转子，包括绕组，其中，在绕组上或在绕组处布置有由复合材料制成的支持元件，该复合材料包括基质材料和纤维材料。料包括基质材料和纤维材料。料包括基质材料和纤维材料。


技术研发人员：R
受保护的技术使用者：宝马股份公司
技术研发日：2022.04.11
技术公布日：2023/10/6