向冷卻器上焊接定子的方法以及焊接于定子支承的定子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文介紹了將電機定子焊接到冷卻器的方法以及電機定子。其中，該電機定子提高了電機散熱性能。此外，還披露了使用上述電機定子的電機。
[0002]這種情況下的電機應(yīng)理解為內(nèi)轉(zhuǎn)子電機或外轉(zhuǎn)子電機形式的電機。這種電機既可以是電動機，也可以是發(fā)電機。本文介紹的定子特別應(yīng)用于各種車床(turning machine,電機例如為同步及異步磁阻電機，永勵磁電機或類似電機)
[0003]因渦流或滯后效應(yīng)在定子的電工鋼片中產(chǎn)生熱量，以及因歐姆損耗在繞阻中產(chǎn)生熱量，是造成電機高功率損失的主要原因。由此產(chǎn)生的熱能必須被排放掉。在具有平均比功率大約為5kW/kg的定子鐵芯的高效電機中，即便這種電機為優(yōu)化設(shè)計，該電機的大約10%的功率10%作為熱量應(yīng)該被排放掉。這種電機只能以高效冷卻的方式操作，以便使定子鐵芯和/或繞阻中的溫度不至于超過所用材料的限制溫度。對于外轉(zhuǎn)子電機，舉例來說，建議在定子內(nèi)部實施冷卻。對于內(nèi)轉(zhuǎn)子電機，舉例來說，建議在定子外部實施冷卻。
【背景技術(shù)】
[0004]公開號為DE19651959A1的德國專利披露了一種內(nèi)轉(zhuǎn)子馬達，該馬達的定子外殼內(nèi)澆鑄有定子鐵芯堆棧。出于冷卻目的，在該定子鐵芯堆棧周圍設(shè)置有冷卻管線圈繞阻。其中，該繞阻的線圈與由定子外殼和定子鐵芯堆棧構(gòu)成的組件形成一體。冷卻管線圈可由具有橢圓形截面或扁平橢圓形截面的金屬管制成。
[0005]Compact Dynamics公司的公開號為WO 2002/075901 Al的專利申請披露了一種具有外殼的流體冷卻電機。在該電機中，定子和轉(zhuǎn)子設(shè)置有定子線圈和/或轉(zhuǎn)子線圈。該電機以熱傳導(dǎo)方式與冷卻裝置連接。該冷卻裝置設(shè)置在該電機的周圍，并與該電機的電子電源控制器連接。該電子電源控制器劃分為多個模塊，其中各模塊至少與定子線圈和轉(zhuǎn)子線圈中的一個電連接。這些模塊分布在該電機的周圍，向外或向內(nèi)成放射狀排列在該冷卻裝置上，并以熱傳導(dǎo)的方式與該冷卻裝置連接。該冷卻裝置由多條流體通道穿透，且在其內(nèi)外壁或內(nèi)壁上設(shè)置有與至少一個流體通道連接的開口。設(shè)置在這些模塊上的冷卻部件伸入該流體通道。
[0006]在這樣一種已知的系統(tǒng)中，定子部件(定子段或定子環(huán))通過導(dǎo)熱膠粘劑與冷卻器/定子支承結(jié)合在一起。該粘劑的導(dǎo)熱值限制排放掉的功率損失。由于該粘劑上存在溫度梯度，這樣會在定子與冷卻器/定子支承之間產(chǎn)生溫差。該溫差會引起不同的膨脹，由此會破壞該粘劑。對于粘劑的破壞會破壞熱傳導(dǎo)以及定子與冷卻器/定子支承之間的機械連接，由此引起系統(tǒng)故障。
[0007]公開號為DE 102005043313A1的德國專利披露了一種帶有液體冷卻定子的旋轉(zhuǎn)電機。公開號為DE 10145521A1的德國專利披露了一種帶有熱交換器的電機冷卻系統(tǒng)，該熱交換器將來自定子的熱量排放掉。公開號為DE 102006044785A1的德國專利披露了一種液體冷卻的電機，該電機采用一具有耐腐蝕冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻系統(tǒng)。公開號為DE19730865C2的德國專利介紹了一種用于冷卻電子元件或由陶瓷材料制成的電路板的散熱器。
[0008]公開號為DE 102004026490A1披露了一種通過熱噴涂方式將焊料涂覆在基礎(chǔ)材料上的方法。而公開號為DE 1627541A的德國專利披露了一種使帶有弧形焊接面的工件之間的焊接縫變得均勻的方法。還有一種由公開號為DE 1627470A披露的方法，該方法用于將巴比特合金瓦焊接到基礎(chǔ)材料的孔中。
[0009]公開號為DE 102008047076A1的德國專利介紹了一種帶有焊料沉積物的焊接元件，其中該焊接元件設(shè)置有熱交換器。公開號為DE202005004807U1的德國專利介紹了一種表層涂覆硬焊料的鋁材元件。而公開號為DE 3536296C1的德國專利介紹了一種凸輪軸，其中該凸輪軸具有一被焊入凸輪孔中的軸。
_0] 潛在的問題
[0011]連接材料的導(dǎo)熱值會隨著電機定子的冷卻而有待增加。此外，不同元件之間的熱連接和機械連接的穩(wěn)定性有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

_2] 解決方案
[0013]對于解決方案，本發(fā)明提供了一種將電機的定子焊接到冷卻器上的方法。首先，將所述定子的至少一部分和/或所述冷卻器的至少一部分涂覆一層焊料。然后，將所述定子與所述冷卻器組合在一起，從而使所述焊料介于所述定子與所述冷卻器之間。最后，將所述冷卻器加熱到所述焊料的熔化溫度，以便在所述定子與所述冷卻器之間形成焊接。
[0014]在這種情況下，所述冷卻器還用作支承。
[0015]作為進一步的解決方案，本發(fā)明還提供了一種電機定子。該電機定子包括定子支承和介于該定子與該定子支承之間的焊接連接。
[0016]在這種情況下，所述定子支承還用作冷卻器。
[0017]上述解決方案可在定子與冷卻器/支承之間實現(xiàn)非常良好的熱接觸。此外，焊料可以維持元件之間熱連接和機械連接的持久性。由于在定子與冷卻系統(tǒng)間形成了穩(wěn)定的熱連接，因此可消除非常高的功率損耗。由此可以提高電機的電機功率。
[0018]綜上，上述解決方案促進了可能達到最佳的用于定子散熱的冷卻器熱連接。由于冷卻器還可用作支承，這樣可通過非常牢固的焊接將作用于定子上的所有力傳遞至冷卻器/定子支承。
_9] 本發(fā)明方法及定子的特征和結(jié)構(gòu)
[0020]轉(zhuǎn)子/定子支承可包含鋼。定子可包含片狀模復(fù)合材料(sheet mouldingcomposite, SMC)。
[0021]在上述方法中，所述焊料包括錫，并且/或上述焊接可包含所述定子上的錫。因此，無需使用烈性的助熔劑，進而可避免因助熔劑所造成的定子損壞。
[0022]使用作為膏劑或箔而應(yīng)用于元件上的已知焊料添加材料，在裝配元件時，有時會擦去膏劑和/或不穩(wěn)定的釬焊箔。這樣，對于帶有粘劑/箔的定子表面的涂覆的控制困難造成的結(jié)果為:在加熱步驟中在定子與冷卻器之間形成了缺陷的熱連接。在工作過程中，這種缺陷會引起電機的過熱運行，甚至引起繞阻的短路。
[0023]為了避免出現(xiàn)上述問題，通過將向定子和/或冷卻器電鍍錫來實施涂覆步驟。然后，這些元件在“干狀態(tài)”下結(jié)合在一起，進而在為加熱步驟進行準備的過程中確保了焊料的均勻分布。
[0024]可以想到，本文中的實施例僅設(shè)置了一層錫。具體來說，只有定子具有一個錫層，其中冷卻器不具有錫層，反之亦然。
[0025]此外，定子或冷卻器周面上的錫層無需完整無損。錫層可以包括凹陷，或舉例來說，錫層可僅在某點或某個位置上涂覆于定子和/或冷卻器。
[0026]在一可行實施例中，當(dāng)定子與冷卻器組合在一起時，定子錫層與冷卻器錫層一起形成了單一的連續(xù)焊料層，由此定子錫層與冷卻器錫層彼此可相互補充。然而，這些錫層的構(gòu)成還可具有對稱或不對稱的凹陷或間隙。
[0027]定子支承或冷卻器由至少一條流體通道穿過。所述至少一條流體通道或大致與冷卻器/定子支承的中心縱軸線同軸，或以螺旋狀形式或呈螺旋地穿過冷卻器/定子支承。
[0028]在本文中，冷卻器的流體通道與定子的定子繞阻成一一對應(yīng)的比例設(shè)置。作為另一種選擇，流體通道與定子繞阻的數(shù)量比能夠以任意形式變化。流體通道和/或定子繞阻可分別有規(guī)律或無規(guī)律、對稱或非對稱地設(shè)置在電機旋轉(zhuǎn)軸線的周圍。此外，流體通道和定子繞阻可沿對準旋轉(zhuǎn)軸線的直線設(shè)置，或與之彼此交錯設(shè)置。在本文中，流體通道和定子繞阻的任何共線及交錯的組合都是能夠想到的。
[0029]在加熱步驟中，憑借流過所述流體通道的導(dǎo)熱介質(zhì)來加熱所述冷卻器。由此，僅有焊料區(qū)域被加熱到熔化溫度以上，從而憑借定子材料的熱阻使諸如定子繞阻等熱敏元件幾乎不會被加熱。這樣在加熱步驟中，不會損壞熱敏元件。此外，同必須將整個模塊加熱至熔化溫度的方法相比，本發(fā)明方法需要的焊接能量要低得多。
[0030]作為另一種選擇，上述加熱步驟在于:首先，將高沸點液體灌注入所述至少一條流體通道。然后，將所述冷卻器遠離所述定子的一側(cè)感應(yīng)加熱，直至所述高沸點液體蒸發(fā)。最后，冷凝所述流體通道內(nèi)的所述高沸點液體，以便將所述焊料加熱至其熔化溫度。憑借上述高沸點液體的高相變能量，可以快速且均勻地加熱焊料區(qū)域。
[0031]關(guān)于上述結(jié)構(gòu)，所述流體通道的內(nèi)部壓力受限于泄壓閥，從而使因介質(zhì)蒸發(fā)而上升的壓力能夠保持穩(wěn)定，直至冷卻器被完全加熱。由此可確保不會產(chǎn)生極其高的內(nèi)部壓力。
[0032]對于內(nèi)轉(zhuǎn)子電機，在涂覆步驟中，為所述定子的外周面的至少一部分和/或所述冷卻器的內(nèi)周面的至少一部分涂覆一層焊料。
[0033]對于外轉(zhuǎn)子電機，在涂覆步驟中，為所述冷卻器的外周面的至少一部分和/或所述定子的內(nèi)周面的至少一部分涂覆一層焊料。
[0034]一種電機，其裝配有上述定子或具有上述結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0035]在下文中，參照下列附圖進一步介紹本發(fā)明方法及本發(fā)明定子的更多細節(jié)、特征、優(yōu)點及效果。
[0036]圖1A為定子端面的軸向示意圖；
[0037]圖1B為冷卻器/定子支承的端面的軸向示意圖；
[0038]圖2為帶有定子和冷卻器/定子支承的裝配模塊的軸向示意圖；以及
[0039]圖3為帶有完成的焊接的圖2所示模塊的示意圖。
【具體實施方式】
[0040]如圖1A所示，示出的定子10(此處為直流電機的定子)的內(nèi)周設(shè)置有多個定子繞阻12的卷繞槽。各定子繞阻12包圍著不同的磁極鐵芯16。各磁極鐵芯16在其指向旋轉(zhuǎn)軸線R的一端設(shè)置有極靴14。毗鄰卷繞槽的開口用于收納圍繞旋轉(zhuǎn)軸線F旋轉(zhuǎn)的內(nèi)轉(zhuǎn)子(未圖示)。
[0041]在本實施例中，定子10包括定子鐵芯。該定子鐵芯具有多個堆疊層。該堆疊層由所謂的定子堆棧、定子環(huán)或定子段在磁通方向?qū)盈B而成，因此垂直于渦流方向。該堆疊層優(yōu)選包括二維的纖維復(fù)合材料工件。舉例來說，該工件包括片狀模復(fù)