BR112013009379B1

BR112013009379B1 - produto preliminar de material isolante, material isolante e motor elétrico

Info

Publication number: BR112013009379B1
Application number: BR112013009379A
Authority: BR
Inventors: Bohnenberger Jörg; Nelges Jörg
Original assignee: Abb Ag
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2020-04-22
Also published as: EP2632973B1; US20130230708A1; EP2632973A1; BR112013009379A2; US10605400B2; WO2012055456A1; DE202010014889U1; BR112013009379B8

Abstract

produto preliminar de isolamento e material de isolamento. a presente invenção refere-se a um produto preliminar de material isolante (10) abrangendo um laminado espacial de uma camada nuclear com ao menos as seguintes camadas interligadas: velos de poliéster (12), folha de poliéster (14), velo de poliéster (16), sendo que os dois lados externos do laminado da camada nuclear possuem uma camada (12,20) de resina. a resina se encontra no estado - b e apresenta uma parcela de peso inferior a 5% de nitreto de boro. a invenção também se refere a um material isolante que foi produzido por um aquecimento temporário de um produto preliminar de material isolante de acordo com a invenção para uma temperatura de cozimento.

Description

(54) Tftulo: PRODUTO PRELIMINAR DE MATERIAL ISOLANTE, MATERIAL ISOLANTE E MOTOR ELÉTRICO (51) Int.CI.: C08J 5/24; B32B 5/26; B32B 27/36; H02K 3/30.

(30) Prioridade Unionista: 29/10/2010 DE 20 2010 014 889.8.

(73) Titular(es): ABB AG.

(72) Inventor(es): JÔRG NELGES; JÔRG BOHNENBERGER.

(86) Pedido PCT: PCT EP2011004414 de 01/09/2011 (87) Publicação PCT: WO 2012/055456 de 03/05/2012 (85) Data do Início da Fase Nacional: 17/04/2013 (57) Resumo: PRODUTO PRELIMINAR DE ISOLAMENTO E MATERIAL DE ISOLAMENTO. A presente invenção refere-se a um produto preliminar de material isolante (10) abrangendo um laminado espacial de uma camada nuclear com ao menos as seguintes camadas interligadas: velos de poliéster (12), folha de poliéster (14), velo de poliéster (16), sendo que os dois lados externos do laminado da camada nuclear possuem uma camada (12,20) de resina. A resina se encontra no estado - B e apresenta uma parcela de peso inferior a 5% de nitreto de boro. A invenção também se refere a um material isolante que foi produzido por um aquecimento temporário de um produto preliminar de material isolante de acordo com a invenção para uma temperatura de cozimento.

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Relatório Descrito da Patente de Invenção para PRODUTO PRELIMINAR DE MATERIAL ISOLANTE, MATERIAL ISOLANTE E MOTOR ELÉTRICO.

Descrição.

[001] A presente invenção refere-se a um produto preliminar de isolamento, abrangendo um laminado de uma camada de núcleo em forma de folha com pelo menos camadas subsequentes interligadas: não-tecido de poliéster, filme de poliéster, não-tecido de poliéster, sendo que os dois lados externos do laminado das camadas de núcleos possuem uma camada de resina. A invenção também abrange material de isolamento que foi produzido de um produto preliminar de isolamento de acordo com a invenção.

[002] Geralmente, é conhecido que no isolamento elétrico de condutores elétricos são empregados materiais de isolamento espaciais, por exemplo, com uma espessura de 0,1 mm até 2 mm. Este material é fornecido em rolos de largura adequada, por exemplo, poucos centímetros ou também de meio metro. Um condutor deste tipo pode, por exemplo, ser um segmento de enrolamento de estator de um motor ou também de um gerador, ou também uma barra Roebel de um gerador de potencial especialmente elevado, por exemplo, de alguns 100MVA. Mas também o enrolamento do estator de um motor menor com pouco potencial de KVA ou abaixo poderá desta maneira ser eletricamente isolado. No caso, o enrolamento do estator geralmente está disposto em ranhuras radiais internas do respectivo estator de cilindro oco o qual geralmente é constituído de camadas de chapa correspondentes, axialmente adjacentes. Assim sendo, é possível tanto introduzir o material de isolamento em forma de folha primeiramente nas ranhuras desejadas do estator e em seguida introduzir o segmento da linha a ser isolado como também inicialmente enrolar o segmento condutor respectivo para depois colocar nas ranhuras do estator.

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2/8 [003] Todavia, é desvantajoso nos materiais de isolamento convencionais que estes apresentam uma condutibilidade térmica relativamente deficiente. Isto tem por consequência que um calor perdido que é formado no enrolamento do estator não pode ser suficientemente eliminado para o estator, o enrolamento do estator durante operação aquece correspondentemente e apresenta uma resistência elétrica aumentada diante de uma temperatura do condutor baixa. Portanto, a sessão transversal do condutor de um enrolamento de estator terá de ser correspondentemente aumentado em sua construção, o que torna necessário novamente maior emprego de material, por exemplo, em cobre.

[004] Partindo deste estado da técnica constitui objetivo da invenção oferecer um produto preliminar de material isolante em forma de folha, ou seja, um material isolante que apresenta uma condutibilidade térmica especialmente elevada.

[005] Esta tarefa será solucionada por um produto preliminar de material de isolamento e por um material de isolamento da espécie inicialmente mencionada. O material preliminar de isolamento se caracteriza pelo fato de que a resina está em um estado-B e apresenta uma parcela de peso mínimo de 5% de nitreto de boro.

[006] O nitreto de boro é um material cristalino, elétrico isolante, com elevada capacidade de condutibilidade térmica e dureza sendo que de acordo com a invenção, partículas adequadas geralmente se situam em forma discoidal com um diâmetro a partir de cerca de 1 pm ou também até 30 pm e acima. No caso de diâmetros menores, as partículas, todavia são conformadas mais semelhantes a esferas. Estas podem ser misturas de uma maneira especialmente vantajosa em uma resina liquida a qual depois terá de ser aplicada sobre o laminado da camada de núcleo. Um diâmetro de partícula típico adequado pode, por exemplo, ser de ^m até 5pm. De acordo com a espessura da ca

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3/8 mada desejada de resina a ser aplicada, podem também ser uteis perfeitamente diâmetros de partícula do nitreto de boro de 10 pm ou mais altas, e o diâmetro das partículas, todavia, não deverá ultrapassar de modo significativo a espessura de camada visada, por exemplo, por um fator maior do que dois a três.

[007] Estado- B de uma resina quer dizer que o processo de endurecimento da resina já começou, porém, de forma não intencionada, foi em seguida interrompido, de maneira que a resina se encontra no estado da polimerização incompleta. Estado- B de uma resina, todavia, também pode significar que esta passou devido a um aquecimento correspondente para uma temperatura de fusão, por exemplo, de 80°C e resfriamento subsequente, alcançado o estado sólido, sem que tivesse já sido iniciada a reação química específica da polimerização. Em um estado desta natureza, a resina poderá ser novamente fundida a uma temperatura correspondente, sendo que a efetiva polimerização se verifica a uma temperatura acima da temperatura de fusão, por exemplo, com uma temperatura aglutinante na faixa de 120°C até 140°C.

[008] No revestimento em estado líquido - A, a resina será aplicada, por exemplo, através de um laminador com estrutura superficial correspondente sobre os lados externos do laminado da camada de núcleo, sendo que esta depois será atravessada por um forno em um processo de secagem subsequente, o qual apresenta uma temperatura tão elevada que a resina converge para o estado- B, porém uma polimerização é essencialmente evitada. A resina penetrou juntamente com as partículas de nitreto de boro que se encontra em seu interior, já pelo menos parcialmente, terá penetrado nas camadas de nãotecido de poliéster, de maneira que neste sentido também se apresenta uma condutibilidade térmica aprimorada.

[009] De acordo com a invenção, a resina do produto preliminar

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4/8 de isolamento se encontra no estado- B, portanto, ela mecanicamente ainda é mais flexível e pode de uma maneira especialmente simples se aplicada ao redor de um condutor elétrico a ser isolado, ou seja, em uma ranhura de estator de um motor ou de um gerador, quando este estiver sendo produzido. Neste estado, todavia, uma capacidade isolante elétrica plena ainda não terá sido alcançada. Neste ponto, deve se mencionar expressamente que o produto preliminar de isolamento, como é compreendido no contexto dessa invenção, naturalmente apresenta já isoladamente devido ao filme de poliéster, propriedades isolantes elétricas, porém será efetivamente empregado somente como material isolante e solicitado em sentido operacional com uma tensão, quando a camada de resina estiver aglutinada. Para tanto o produto preliminar de material isolante terá de ser aquecido juntamente, por exemplo, como estator e com um ou vários enrolamentos de estator respectivos para uma temperatura de calcinada, por exemplo, de 120°C até 140°C, de maneira que a resina mesclada com o nitreto de boro torna a se liquefazer, ajuntando-se assim no seu formato as particularidades de adequação, por exemplo, em uma ranhura do estator ou também continua a penetrar juntamente com as partículas de nitreto de boro no não-tecido de poliéster, quando é polimerizado e endurecido. Os materiais isolantes desta forma produzidos apresentam vantajosamente uma condutibilidade térmica aumentada especialmente com relação às camadas de não-tecido de poliéster/resina acopladas.

[0010] Conforme uma modalidade especialmente preferida da invenção, a parcela do peso do nitreto de boro na resina se encontra em uma faixa de 10% até 20%. Aqui, por um lado, o efeito da melhor condutibilidade térmica aprimorada é bastante acentuado, por exemplo, apresentando um fator de 3 a 5 comparado com uma camada de resina sem adição de nitreto de boro, sendo que no outro lado, a polimeri

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5/8 zação da resina pelas partículas de nitreto de boro, preferencialmente de diâmetro menor, não é prejudicada sequencialmente.

[0011] Em uma maneira especialmente preferida, também o material do filme de poliéster do laminado da camada de núcleo apresenta uma adição com uma parcela de peso de pelo menos 1% de nitreto de boro, por exemplo, 2% até 5%. Esta, todavia, é menor do que a adição de nitreto de boro na resina, por que um prejuízo para resistência mecânica do laminado pelas partículas de nitreto de boro semelhantes a discos deverá ser evitado. Em caso de necessidade, para o material do laminado também, podem ser acrescentadas partículas de nitreto de boro, que apresentam um diâmetro ainda um pouco menor do que das partículas de nitreto de boro da resina, a fim de alcançar desta maneira uma parcela majorada em nitreto de boro para uma condutibilidade térmica aprimorada com menor possível prejuízo para a resistência do laminado.

[0012] De modo correspondente à outra modalidade do material preliminar isolante de acordo com a invenção, as camadas do laminado da camada de núcleo estão interligadas através de uma cola que apresenta uma parcela de peso de pelo menos 1% de nitreto de boro, por exemplo, 2% até 5% e até mesmo 20%. O emprego de uma cola é inevitável para produção de uma conexão mecânica entre as camadas do laminado, sendo que a camada da cola também fundamenta um prejuízo da condutibilidade térmica do laminado. A ação térmica do nitreto de boro corresponde ao efeito já acima mencionado, sendo que novamente é indicado expressamente que a cola, na laminação, também juntamente com as partículas de nitreto de boro, pelo menos parcialmente, penetra no não-tecido de poliéster, aumentando a sua condutibilidade térmica vantajosamente também pelo seu lado interno.

[0013] Segundo uma modalidade preferida do material preliminar de material isolante da invenção, o filme de poliéster apresenta uma

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6/8 espessura na faixa de 25 pm até 350 pm, de modo especialmente preferido 100 pm. Os não-tecidos de poliéster apresentam correspondente à outra variante de execução, uma espessura na faixa de 25 pm até 130 pm, especialmente preferido 50 pm. Estas representam sobre o ponto de vista de técnica de produção, espessuras de camadas de bom domínio que, além disso, garantem no composto uma resistência isolante suficientemente elevada, por exemplo, na faixa de 3kV até 35kV.

[0014] Preferencialmente, a espessura das camadas de resina aplicadas é apresentada na faixa de 8 pm até 50 pm, sendo que na aplicação a resina ainda se encontra em estado - A liquefeito e atravessa já pelo menos parcialmente os não-tecidos de poliéster. A espessura da camada de resina será direcionada em tal sentido em que esta pode penetrar no não-tecido do poliéster e, por outro lado, o volume de resina que ainda deve estar presente nas superfícies como camada de resina pura. Por exemplo, com uma ranhura em um pacote de chapa de um estator, no qual é introduzido um material preliminar de isolamento, uma espessura da camada de resina na faixa de espessura de camada superior poderá ser perfeitamente vantajosa por que a resina então na sua liquefação, com uma temperatura de cozimento de 120° até 140° poderá depois penetrar, por exemplo, também nas fendas do pacote de chapa formadas por camadas de chapa adjacentes.

[0015] De uma maneira preferida, a resina do material preliminar isolante é uma resina epóxi e, de forma especialmente preferida, a resina epóxi LG9968 do fabricante Hexion. Este provou ser especialmente adequado com relação as suas propriedades térmicas e mecânicas em conexão com um acréscimo de nitreto de boro. Mostrou ser também adequado o nitreto do boro da empresa Momentive.

[0016] O problema de acordo com a invenção também será solu

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7/8 cionado por um material isolante que surgiu pelo aquecimento temporário de um programa preliminar de material isolante de acordo com a invenção para uma temperatura de cozimento, por exemplo, de 120°C até 140°C, conforme já acima descrito.

[0017] As vantagens de um material isolante de acordo com a invenção se resolvem com motor elétrico ou gerador com um estator de cilindro oco que se estende ao longo de uma linha e que na sua parede interna radial apresenta várias fendas de estator, preponderantemente dispostas em paralelo para com a linha, nas quais seguimentos de um condutor de um enrolamento de estator elétrico estão previstos do motor elétrico, sendo que pelo menos por segmentos o condutor está envolto por um material isolante de acordo com a invenção. Aqui, a derivação de calor aprimorada do enrolamento do estator para o estator tem sequência de tal maneira que a sessão transversal do enrolamento do estator pode ser reduzida.

[0018] Baseado nos exemplos de execução mostrados nos desenhos, a invenção, outras formas de realização e outras vantagens devem ser descritas mais detalhadamente.

[0019] As figuras mostram:

[0020] Figura 1 - formação de camada exemplificada de um produto preliminar de material isolante.

[0021] A figura 1 apresenta uma formação de camada exemplificada de um produto preliminar de material isolante 10 com uma sequência consoante a invenção das camadas individuais com os respectivos números de referência:

12: 15 pm de uma resina no estado - B, por exemplo, Hexion Epenol 9968 - LG

14: 50 pm não-tecido de poliéster

16: 100 pm filme de poliéster com acréscimo de material de cerca de 10% de nitreto de boro

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18: 50 pm de não-tecido de poliéster

20: 15 pm de uma resina em estado- B, por exemplo, Hexion Epenol 9968 - LG.

[0022] Após um respectivo procedimento de aquecimento, por exemplo, para 140°C, as camadas de resina 12, 20 terão sido então pelo menos parcialmente aspiradas dentro dos compartimentos ocos dos não-tecidos de poliéster limítrofe 14, 18 e com este formam um material isolante sólido, sendo que a resina estará completamente polimerizada. O laminado da camada de núcleo apresenta entre o filme de poliéster 16 e os dois não-tecidos de poliéster 14, 18 adjacentes nos dois lados, uma camada respectiva de uma cola que em uma parcela está misturada com nitreto de boro, por exemplo, com uma parcela de 5 - 10% de peso. Esta é uma quantidade que ainda não reduz de forma prejudicial o efeito aderente. No caso deve se observar, todavia, que deverá ser preferencialmente selecionado tamanho de partículas menor do nitreto de boro, por exemplo, de 1 pm até 5 pm, por que precisamente as partículas maiores por exemplo, de 10 pm de diâmetro e maiores podem reduzir o efeito aderente de forma superproporcional. Relação numérica de componentes

- formação de camada exemplificada de um material preliminar isolante

- primeira camada individual de resina no estado- B

- primeira camada individual de não-tecido de poliéster.

- camada de filme de poliéster

- segunda camada individual de não-tecido de poliéster

- segunda camada individual de resina no estado-B

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Produto preliminar de material isolante (10), compreendendo um laminado da camada de núcleo em forma de folha com pelo menos as seguintes camadas interligadas

- não-tecido de poliéster (14),

- filme de poliéster (16),

- não-tecido de poliéster (18), sendo que os dois lados externos do laminado da camada de núcleo são previstos com uma camada (12, 20) de resina, caracterizado pelo fato de que a resina se encontra no estado- B e apresenta uma parcela de peso de nitreto de boro em uma faixa de 10% a 20%, o filme de poliéster (16) apresenta uma espessura na faixa de 25 pm até 350 pm, os não-tecidos de poliéster (14, 18) apresentam uma espessura na faixa de 25 pm até 130 pm, e as camadas (14, 16, 18) do laminado da camada de núcleo estão unidas com uma cola que apresenta uma parcela de peso de pelo menos 1% de nitreto de boro.
2. Produto preliminar de material isolante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material do filme de poliéster (16) do laminado da camada de núcleo apresenta um acréscimo com uma parcela de peso de pelo menos 1% de nitreto de boro.
3. Produto preliminar de material isolante de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as camadas de resina (12, 20) apresentam uma espessura na faixa de 8 pm até 50 pm.
4. Produto preliminar de material isolante de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato

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2/2 de que a resina é uma resina epóxi.
5. Material isolante, caracterizado pelo fato de que foi produzido pelo aquecimento temporário de um produto preliminar de material isolante, como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, tendo sido aquecido para uma temperatura de cozimento.
6. Motor elétrico com um estator cilíndrico oco que se estende ao longo de uma linha e que, na sua parede radial interna, apresenta uma pluralidade de fendas de estator que estão dispostas preponderantemente em paralelo com a linha, e nas quais estão dispostos segmentos de um condutor de um enrolamento de estator elétrico do motor elétrico, caracterizado pelo fato de que o condutor, pelo menos em segmentos, é envolto por um material isolante, como definido na reivindicação 5.

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