CN1014758B - 不浸漆定子的潜水式电泵电动机 - Google Patents

Abstract

一种充油，高温，潜水式电泵电机，它包括一个不浸漆的定子结构，该定子结构具有用涂有对水解稳定的、抗油、抗磨的暴露在电机油中的绝缘物的导体做成的定子绕组，其绝缘物是在PEEK，PEK及PBI组成的簇中选择的。该定子绕组的端部弯曲部分固定在刚性的、对水解稳定的、抗油的电绝缘块件上，以支持定子绕组的重量及固定其端部弯曲部分。

Description

本发明涉及潜水式电泵电动机，尤其是涉及具有改进的高温充油电动机。

多年来潜水式泵单元使用在从井道中抽油或抽水的场合。有代表性的潜水式泵单元是诸如在以下美国专利中公开的1951919;1970484;2001649;2336887;2251816;2270666;2315917;3672795及4275319，所有这些专利均已转让给本发明的受让者。典型地，一个潜水泵单元包括一个电动机及一个离心泵，它们用管道或缆绳同轴地悬置在井道中。该电机注入了一种油，用以润滑转动部件、绝缘电部件、冷却电机及将周围井道的液流与该电机的内部隔离开来。一个容油的防护罩用来调节由电机运行与不运行产生的油的热胀冷缩。

潜水式电泵电机是昂贵的。当它们在运行中出故障时，泵单元必须从井道中拉出，这是一个耗资的过程。相应地在泵电机中需使用复杂的绝缘系统以消除电击穿。例如一种由本发明受让者出售的潜水式电机的定子绝缘系统中包括：在定子的两对置端侧的绝缘套筒及绝缘叠片，用于定子绕组的绝缘槽套管，磁场导线上多层绝缘，绕组端部弯曲部分（end    turns）的绝缘带，连接该端部弯曲部分的绝缘套，以及对整个定子结构内部浸入的绝缘漆。在美国专利4275319（见前述）中公开的改进后的绝缘系统大大地增加了先有技术绝缘系统到达失效的平均时间。然而在高温井道的苛刻环境中，即使这种改进后的绝缘系统也不能提供对潜水式电机所期望的使用寿命。

在充油潜水式电机中对定子绝缘系统的浸漆已经成为标准化的实施方式。前述美国专利4275319中的发明依赖于一种改进的对水解稳定的漆以延长电寿命。该种漆实质上浸入整个定子系统并且用作隔潮层以保护磁场导线的绝缘免于水解的浸浊。该种漆也以传统的方式作为定子电导体的第二次电绝缘、支持定子绕组的重量及密封定子绕组的端部弯曲部分、以使得它们牢靠地得以固定。

但是在定子绝缘系统中使用漆是未能尽善尽美的。浸漆工艺是昂贵的、高劳动强度及高成本的操作。漆在使用中会降级变差，引起电机中充入的油的污染。此外，在电机开、停周期间引起的重复热膨胀及收缩的循环使漆破碎并且最终导致电机的电故障。由于使用漆产生的其它问题在以下提出。

本发明是借助于对一个具有不浸漆定子结构的充油潜水电机作出的广泛考察的最佳方案。虽然它的定子没有浸漆，但本发明的电机却提供了实质上比迄今可能得到的性能更好的性能，尤其在高温环境中。此外，本发明获得了更长的电机寿命，以及对于给定电机寿命具有较高的运行温度指标。

简言之，本发明提供了一种充油潜水式电泵电机，它包括一个不浸漆的定子结构，该定子结构具有利用涂有对水解稳定的，抗油的，抗磨的暴露在电机油中的绝缘物的导体作成的定子绕组，该绕组具有的端部弯曲部分支持在对水解稳定的，抗油的电绝缘装置上，用于牢靠地固定该端部弯曲部分。

以下本发明将结合描绘一个优选（最好形式）的实施例的附图进行说明，附图为：

图1：一个可在其中实施本发明的潜水泵单元缩小的纵向部分截面图;

图2：先有技术的一个充油潜水电泵电机定子 结构的缩小纵向截面图;

图3：用于试验本发明的纵向截开的小定子透视图，该小定子将结合描绘用于试验目的绕组布置图来一起表示;

图4：本发明使用的定子结构一个端部上的绕组端部弯曲部分支持块件及另外部件的透视图;

图5至7：相对于从在定子结构的表面上相隔约120°的不同视角看到的本发明采用的定子结构的一个端部部分局部的总向截面图。

在详细地说明本发明之前，最好先考虑本发明总的环境及详细地描述一个先有技术的定子结构。

图1表示一个典型的潜水泵单元10，在该单元中本发明可得以采用。该泵单元包括一个充油的、可潜在水中的电机12，一个电机防护罩14及一个泵16，该泵可以是离心式的。该电机包括一个管状金属壳18，一个定子结构20，它装在壳18的内部，及一个具有转子轴24的转子22，转子利用轴承26及28支承着、用于在定子内作同轴之旋转。与传统作法一样、电机12的内部充满了一种油，例如是一种水白色（全碳氢化合物）的矿物油，或是合成碳氢化合物油（特别适用于地热区域或另外的高温环境中）。该电机轴有一个穿过防护罩14的部分并且与泵16的驱动轴耦合在一起。防护罩14内也包含有油并与电机的内部相连通，以便用公知的方式调节油的膨胀与收缩。或者可选择地在电机上设置压力补偿膨胀室。电机是密封的，用以防止周围井道中液流的进入，并且设置了一个或多个的机械密封件30，以防止井道液流沿电机轴之渗漏及进入电机。该电机的绕组32在图中大致可以被看到。典型地，该电机为一个三相鼠笼式感应电机，它利用定子绕组32提供电机磁场。该泵单元利用旋在该泵上端的管子悬置在井道液流中，泵则可通过该管子排放液体。此外该泵单元可以是一个缆悬单元，并且如需要的话，该泵可通过一套筒排放液流。公知的潜水泵单元有各种类型的，泵单元10只是作为一个在其中可采用本发明的潜水泵单元的例子。

图2上较详细的描绘了一个先有技术的定子结构。该定子结构包括一个钢叠片堆34，在钢叠片堆的两端是电绝缘叠片36。这些叠片以常规方式被冲孔以设置纵向槽，例如槽38，它分布在定子的圆周上。每个槽中包含了一个槽套管40，它可以为氟化乙烯丙烯共聚物的薄壁管。绝缘的磁场绕组导体42被插在槽套管中形成了定子绕组，该绕组的形式取决于电机的类型，如公知的那样、玻璃带44缠绕在从槽套管中伸出的导体42上，并且通常它以编织玻璃层的形式使伸出的导体捆结在一起，形成一坚固的结构以抵抗在电机运行中施加其上的电动力。

导体42可以是一种缠带的导线，例如在其中导线上覆盖了一种芳香族聚酰亚胺带，如卡普顿（Kapton），系杜邦（Dupont）公司出售）。面向着导体的带表面上涂有一层氟化乙烯丙烯共聚物;特氟纶FRP（Teflon    FEP），它用作为一种热熔胶粘剂。该卡普顿带以螺旋叠绕方式紧缠在导体上，并且在该第一层外以同样的方式缠绕第二层该种带。该卡普顿带利用加热使本身与导线粘结在一起。

一个线圈成型模块46用来作为机械辅助手段、以对第一次成型的端部转折部分中的导线提供所需要的曲率。槽楔48可以是半圆状的阿拉米德（aramid）板材（如高熔点芳香族聚酰胺（Nomex）片，它在导体放入槽位后被压入槽38中以便在槽中机械地保持绕组。电绝缘套筒50放置在壳18两端的内部用于使绕组端部弯曲部分与机壳相互隔开。利用套管54作电绝缘的引线52焊接在定子绕组42上或以另外的方式与其连接。在每个引线的端部有一个接线头56用于使定子绕组与电源电缆（图中未示出）相连接，或使定子绕组与后面的定子部分（这里指使用了多组定子部分）相连接。该定子结构一般地也包括防脱线（mousing    wire），尼龙线，附加绝缘套或“漆布绝缘套”（“Spaghetti”）及其它公知部件。

先有技术定子结构中绝缘系统的另一个最重要的部件是浸渍到定子内部的漆。在上述定子类型中所使用的一种通用型的漆是一种饱合热固酚醛的、溶剂稀释的可热固烤漆，它利用一种异酞醇酸类的饱和聚酯进行了处理，后者的例子为F级的Hi-Therm    BC-325（美国新泽西州蒙茅斯·钻克雄（Monmouth    Junction）的约翰C.多尔夫（John    C.Dolph）公司出售的）。具有图2所示的定子类型并浸渍了这种漆的充油潜水电泵电机已由本发明的受让者出售了多年并且得以广泛的应用。由 另外的制造商出售的类似电机也可通用。

近一些年来由本发明受让者出售的电机使用了一种改进的水解稳定的漆，该类漆是在前述美国专利4275319中公开的，它大大地增加了电机寿命。使用了这种以聚丁二烯合成物为基础的漆就在定子的绝缘外围提供了一个防水阻挡层。当然水总是几乎出现在所有油的环境中，并且尽管在可潜水的电机中充了油并且为电机内部对周围井道的液流的密封作出了努力，但是水渗漏到电机内依旧是一个严重的问题。

改进的密封件及密封技术减轻了一些漏水的问题，但是在长期使用后，不可避免地有一些水进入电机。

只要当水解稳定漆保持完好，构成定子绕组的磁场导线的绝缘就能防止水解。然而如前所述，电机的开关周期引起热膨胀及收缩，最后导致漆的破裂，使磁场导线的绝缘暴露出来受到水的浸蚀，最终就导致了电机的电故障。

如果磁场导线本身的绝缘是抗水解的，就不需要用漆来防止对磁场导线绝缘的水解。但传统使用的磁场导线的绝缘（如前所述）不是对水解稳定的。目前用对水解稳定的绝缘材料绝缘的磁场导线已可在市场中得到，使得在充油潜水式电机的定子绕组中使用这种磁场导线取代所需漆保护的可能性增加了。但是浸漆仍常规地起到除保护磁场导线不被水解浸蚀外附加的重要作用。这些附加的作用包括支持磁场导线绕组的重量，提供第二次电绝缘及对绕组的端部弯曲部分密封及固定（使其稳固）。此外，美国专利4275319中的改进漆不仅能保护磁场导线的绝缘免于水解，并且也能保护绝缘系统中易于受水解浸蚀的其它部件，其包括;相间隔离层（例如为Nomex-Kapton-Nomex叠层），绝缘套（例如Nomex）及绕组端部包扎带（例如玻璃纤维）。因此采用抗水解的磁场导线绝缘本身并不能除消浸漆。

本发明提供了一种专门设计的定子结构，该结构避免了浸漆的需要。本发明使用的定子结构的构型与图2所示的先有技术定子结构相似，但从下述中可清楚地看到其不同之外。

首先，本发明的定子结构不同于先有技术的定子结构之处在于使用了这样的磁场导线绝缘：它在电机运行状态下既是对水解稳定的又是抗油的。该种绝缘必须具有这两种性能，因为在使用中它将与电机中充的油及与最终进入电机的水相接触。

水解稳定性是抵抗水及沸点以上的水蒸汽而不致产生化学结构的变化及明显的物理及电性能损失的能力。抗油性是抵抗暴露于油中而不致产生明显的无论是化学结构的或是物理及电性能的变质的能力。

为实现本发明，磁场导线绝缘也必需是结实的并能抗磨损，而且足够柔韧以致可弯成固定的“U形弯”。抗磨损性是承受摩擦或滑动摩擦而不产生明显后果的能力。该磁场导线的绝缘必需的抗磨损的。这是因为尽管定子绕组受到机械上的支承（以下将详述），但是不可能消除一些摩擦作用。传统的磁场导线绝缘（如前所述）抗磨性能很差。磁场导线的绝缘必须具有足够的柔韧性是为了在定子绕组绕制中能经受重复的弯曲及成型而不致破裂，剥落或是产生电强度的损失。磁场导线的绝缘必须对所采用的工作电压具有足够的介电强度，以及对于遭受的温度具有足够高的持续使用温度。

适用于本发明的磁场导线绝缘的材料包括聚醚醚酮（PEEK），即Polyetheretherketone），聚醚酮（PEK，即Polyetherketone）及聚苯并咪唑（PBI，即polybenzimazole），最好是用PEEK。本发明中使用的带有PEEK涂层的磁场导线是按美国材料试验标准B3（ASTM    B3）7至14号的经退火处理的实心圆铜导线用结晶的或非结晶的PEEK作涂料，该涂料在无砂眼，漏涂、气泡或异物的情况下持续地向铜导线四周挤压，每边涂上0.015厘米的厚度，总的涂成后的厚度约为0.030厘米。这种绝缘的介电强度约为1600V/cm（Volts/cm）（ASTMD149），及持续使用温度约为204℃。最小击穿电压为8000伏。对于本发明所考虑的大部分电机工作条件来说，介电强度至少约为1600V/cm及持续使用温度约为204℃是合适的。作为例子，用PEEK绝缘的磁场导线可从帝国化学工业PLC公司的石油化学及塑料部购得（商品名为：Victrex    PEEK）。PEEK具有的抗磨强度为11毫克/1000周期，PBI的抗磨强度为11毫克/1000周期，而PEK的抗磨强度为3.0毫克/1000周期。上述的PEK抗磨强度出现在1988年材料工程材料选集（Materials    Engineering    Ma-terials    Selector    1988）中，该书由彭顿（Penton） 出版公司出版。对于PBI及PEEK的上述数值是由受让者根据美国材料试验标准D4060（ASTMD4060）在试验室中取得的，试验时利用了CS10号磨轮及1000克的材料重量。最好，该磁场导线绝缘的抗磨强度为25毫克/1000周期或更小些。

由上面的描述可以清楚了解本发明所采用的磁场导线绝缘必须具有一些特性的组合。对于不具有所需特性组合的材料认为是不适于用于本发明采用的磁场导线，它们包括：聚醚二氨基二苯基砜（PES，即PolyetherSulfone），聚酰亚胺，聚酰胺-酰亚胺（Torlon，即polyamidimide），尼龙，聚酯，聚氯乙烯（PVC），环氧树酯，全氟烷氧基物（PFA，即Perfluoroalkoxy），四氟乙烯（TFE）及氟化乙烯丙乙醇（FEP）。

对于取消浸漆必不可少的是提供另外的设施用于支持定子绕组的重量及用于牢固地固定（稳固）绕组的端部弯曲部分。根据本发明，这些功能是利用支持块件及利用绑带将端部弯曲部分捆在支持块件上来实现的。

在图2所示的先有技术中，利用一个线圈成型模块使第一定子绕组成型与定位，它必须以短的弯曲半径压型。而根据本发明，块件用来支持及稳定所有的定子绕线的端部弯曲部分及用于对第一个端部弯曲部分提供一个绕组成型模件。

本发明的块件可支持定子绕组的重量及牢固地固定绕组端部弯曲部分。虽然这些绕组在电机运行时仍可稍许地移动，但是这种运动受到很大的限制。这些块件必须是对水解稳定的，抗油的，具有适当介电强度及持续使用温度的电绝缘子。对于本发明考虑的大部分条件，介电强度至少约为1200V/cm（ASTMD149）及持续使用温度至少约为204℃。在工作温度下该块件必须保持坚硬。适合的块件材料包括：聚苯撑硫化物（Ryton），PEEK，Teflon及PBI。最好的材料是Ryton，其次依次为：PEEK，PEK及Teflon。Ryton可从美国俄克拉何马州巴特勒斯维尔（bartlesville）的飞利浦（phillips）化学公司购得。某些陶瓷，酚醛塑料及环氧树脂也可被采用。大部分环氧树酯，PES，Torlon，尼龙，聚酰亚胺及大部分另外的塑料不能满足所需的水解稳定性，抗油性，刚性，介电强度及持续使用温度的各种特性。

本发明所采用的这类块件描绘在图4中。如图所示，采用了三个块件58，60及62。块件58及60具有与端部叠片36的圆周轮廓相匹配的弧性轮廓。块件58比块件60及62有较长的周边。块件58具有一对隔开的槽64及66，而块件60及62各有一个单槽68或70。块件58及60大体是长方形的（但如上所述有些弧度）并且具有平滑弧形的角72。块件62具有大体与块件60相似的底基部分73，但其周边长度较小，因而与其说有弧度，不如可当作实际上扁平的看待。块件62具有一个扩大的部分74。

如图5至7所示，这些定子绕组的端部弯曲部分利用带76捆扎在支持块件上。该带用来：将两个端部弯曲部分的绝缘磁场导线捆成一束，将端部弯曲部分固定到支持块件上，将端部弯曲部分彼此固定起来及形成相间隔离层。该带必须是对水解稳定的及抗油的。根据本发明所考虑的大部分工作条件其介电强度至少要约为1200V/cm（ASTMD149）及其持续使用温度至少约为204℃。该带需有足够的抗拉强度，最好为210.9公斤/厘米²（Psi）或更大，它也需有足够的弹性，以允许在使用中带有延伸性及提供一个反作用力保证在捆绕状态时使带保持拉紧。最好是无粘性的Teflon带，但PEEK，PEK，或是PBI的带也可使用。在先有技术中用来使一单个端部弯曲部分固定到绕组成型模块上的玻璃纤维带不再适用于本发明，因为这种带不具有所需的特性组合。通常使用的橡胶带及聚氯乙烯塑料带也是不适用的。

定子绕组大体上是以与在图2中示出的先有技术的定子结构中的定子绕组相同的方式缠绕的。绝缘的磁场导线42穿过一对定子槽38中的槽套管40缠绕（最好连续地进行），形成了构成定子绕组的一束导体。一束这样的导体部分局部地表示在图4上。

在制造本发明的三相感应电动机的定子时，第一束导体用带76螺旋地缠绕形成第一相中第一绕组的端部弯曲部分78，它围绕着块件58成型，如图5所示。第一相中第二绕组的端部弯曲部分用带缠绕，并然后用带与端部弯曲部分76整体地缠绕。第一相中第三个绕组的端部弯曲部分82用来缠绕，然后所有的第一相三个绕组的三个端部弯曲部分利用将带围绕这三个端部弯曲部分及通过槽孔 64及66被固定到块件58上，如图5所示。与此相似的过程在定子结构的反面端部进行，在那儿设置了与图4所示相同的块件，以支持定子结构另一端的端部弯曲部分。在绕制定子绕组时，定子绕组中的导体紧凑地穿过定子槽套管并且围绕了定子的端部，定子结构两个对置端的端部弯曲部分被拉紧压在相应的块件58上，以使得这些支持块件被拉紧与端部叠片形成压合。

如图6中所示，由与上相同的绕组及缠带过程可形成第二相三个绕组中的端部弯曲部分84，86及88，即用带缠绕端部弯曲部分，并且将这些端部弯曲部分缠到支持块件60上（借助带围绕绕组及穿过槽孔68缠扎）。同样的过程也在定子的反面的端部进行，以使得端部弯曲部分紧压在定子结构两对置端上的相应支持块件60上，并且这些支持块件被拉紧压在端部叠片上。

最后，第三相的三个绕组的三个端部弯曲部分90，92及94以同样的方式形成并被固定，如图7中所示。在这种情况下，绕组端部弯曲部分到端部叠片有较大的距离，就需要端部弯曲部分支持在块件62的扩大部分74上，并借助带缠绕端部弯曲部分及穿过槽孔70捆扎。再者，同样的过程在定子的反面端部进行，以致使这些端部弯曲部分被拉紧压在定子结构两对置端上的块件62上，并且这些块件也被拉紧压在端部叠片上。

在本发明中也使用了电绝缘套筒50，但是不是使用Nomex薄板材，它对水解是不稳定的，该种绝缘套是由譬如Teflon，PEEK，PEK，Ryton或PBI作成的，最好是Teflon，其次是PEEK。也可以使用一些酚醛塑料。除去对水解要稳定外，材料还必须是抗油的。Nomex，Kapton及大部分环氧树酯是不适用的。该绝缘套筒的材料还必须具有合适的介电强度及持续使用温度。对于本发明所考虑的大部分工作条件，介电强度至少约为1200V/cm（ASTMD149）及持续使用温度至少约为204℃。

在图2所示的先有技术的电机中，使用了尼龙绳（图中未示出）在电机组装期间将电机引线捆扎到其位置上，以使得电机引线不会与转轴或连轴器相接触。尼龙绳由于太易磨损故不能用于本发明。本发明中应用的电机引线绑绳应是抗磨损的，并且对水解是稳定的及抗油的。对于本发明所考虑的大部分工作条件，介电强度至少约为1200V/cm（ASTMD149）及持续使用温度至少约为204℃。抗拉强度至少为210.9公斤/厘米²是合乎要求的。薄的Teflon，PEEK，或PEK带是适用的，最好的材料是Teflon。最好将带包在一个细绳上，因为这样有较宽的接触区。

在本发明中，不再需要在图2先有技术定子结构中使用的相间隔离层，因为围绕线组端部弯曲部分的绑扎带起到了相间隔离层的作用。同样在图2定子结构中采用的槽楔48这里也不再需要了，因为定子绕组的重量已由支持块件承担了。在该定子结构中采用的任何防脱线，附加绝缘套筒或是绝缘套管（“spaghetti”），或是必须对水解稳定的，抗油的，及必须具有合适的介电强度及持续使用温度另外的构体。

为了使根据本发明的新定子绝缘系统，以及图2的先有标准系统及在上述美国专利4275319中公开的这类浸漆系统的试验方便起见，建造了一个称为“小定子”（“statorette”）的多用试验装置。在试验中，每个小定子是使用在充油潜水电泵电机中真实定子的一个缩小的模型，但是具有制出的绕组类型以利于电试验。图3表示经纵向截开的半个小定子。该小定子包括一个钢叠片堆34′，绝缘的端部叠片36′，定子槽38′，及9个分开的绕组或试验绕组1-9，每个为双绕的绕组a，b并且每个绕组具有8匝。绕组的导体42′被插在槽套管内，其端部弯曲部分在标准绝缘系统的情况下用玻璃布带44′缠绕，而在本发明情况下用Tefoln带44′缠绕。其中某些导体的端部划有斜线以示区别出a与b。每个导体对中只有一端是可接触到的。在图中某些可接触到的导体端部已经圈出。绕组的类型图表示在图3的上方，图中利用交选点（及某些可接触到的导体端部）表示出该图上方及下方部分的相关部分。除去绕组类型外，该双绕的绕组基本上与真实定子中的相同。其绝缘材料是在真实定子中所采用的绝缘材料。在标准绝缘系统情况下使用的是传统的磁场导线，而在本发明的情况下使用的是涂有PEEK的磁场导线。

在以下要描述的特殊热老化试验中，一组是利用标准聚丁二烯真空浸漆的标准小定子组，它们是在前述的先有技术电机中使用的;另一组是根据本发明的保持未浸漆的小定子组。这些小定子需经受 电压考核试验（在标准小定情况下于浸漆前后）以排除任何机械损伤的后果，这种损伤可能是在绕制绕组时引起的。然后这些小定子根据电子与电气工程师协会（IEEE）98-1972款标准确定的指南得知的试验周期进行试验。每个小定子被放置在一个2公升的镍铬铜耐蚀合金（Parr）化学蒸压器（bomb）中，它用作老化室，试验的温度是可以调整的。老化试验是在标称温度185℃，210℃及235℃下进行的。化学蒸压器中充入了占四分之三容积的标准电机油（正好满足覆盖住绕组端部弯曲部分的最高处），并将一个容有约60毫升蒸馏水的玻璃试管放在小定子的内孔中。这个水量足以保证该系统在整个时间中完全水饱和，并且还留有一些过剩的液态水，由此模拟一个渗漏了水的电机的环境。

评价的标准是一个给定的小定子在失效前期望能坚持多长时间，热老化试验约在相当于至失效的平均评价时间的十分之一时终止。装有小定子的化学蒸压器然后冷却至室温，再放在零下40℃的冰冻器中经过一夜。随后将其从冰冻器中取出让其受热到室温，其后将小定子从该镍铬铜合金的蒸压器中取出并经受电压考核试验以确定在介电系统中保存的完好性。

电试验装置采用一种30KV，60HZ的高压电子（Hipotronics）介电试验机。在热老化试验每个周期的介电试验中所采用的试验电压被调在比电机真实使用中要求的最高电压高出约10%。所采用的有三种电压试验：一种试验是在包括双绕绕组的两组导线间施加500伏的均方根电压值。这样就在属于专门双绕绕组的两组导线的全长上（每组约长2米）的绝缘膜之间加上了一个电压强度。第二种电压试验是在一个双绕绕组的两根导线与定子叠片之间施加3500伏的均方根电压值。这样就在导线绝缘膜串加槽套管材料上加上了一个电压强度。对此试验双绕绕组的两组导体并联起来。第三个试验是在相邻的二组双绕绕组之间施加3500伏的均方根电压值。换言之，譬如绕组1中的两组导线并联上，绕组2中的两组导线也并联上，然后将电应施加在这二个绕组之间。该试验时定子铁芯处于浮动电位，并且电压试验基本上施于绕组的端部弯曲部分。该试验在绕组端部弯曲部分的交选占处施加了一个电压强度。

通过以上试验，可对该磁场导线绝缘、对地绝缘、以及端部弯曲部分的绝缘的完好性作出评价。超过15毫安的漏电流认为是有故障的读数。在三种电压试验的任一种中的故障（电压击穿）被认为是样品的不合格。

在每个试验周期的电压试验部分完成后，该小定子被置回到镍铬铜合金的蒸压器中，继续地进行热老化试验，试验周期等于第一次老化的周期。轮流的老化及电试验继续下去以确定失效前的真实寿命。

在对所得试验数据的分析中，非常严格地遵循了IEEE标准中用于热寿命试验数据统计分析的101-1972款指南。简言之，在给定温度下到达失效的时间利用统计进行了分析，并且符合一个适合的统计分布。通过给定温度下到达失效时间分布的统计分析，相应于50%失效概率的时间被推算出来。

试验室的试验表明，具有标准浸漆及磁场导线的绝缘系统的50%失效概率的时间是：在235℃时为2284小时，其中蒸压器中的压力为32.3公斤/厘米²绝对压强（psia）。而在使用PEEE涂盖的磁场导线未经浸漆的小定子中、在235℃下经历了14458小时的老化时间后未见失效。对于本发明的小定子，在水饱和的油中温度在235℃时50%的失效概率经确定至少大于2284小时的一倍（100%），也即为4568小时。该试验结果清楚地表明了根据本发明制造的充油潜水电泵电机的优越寿命指标。

另一种试验室的试验是使用的一个未浸漆的及一个浸漆的小电机（该小电机是如前述的单转子电机，但是没有图2所示的外壳18）。在固定转子的条件下、在166℃中运行。该小电机循环了64000次没有电的故障。这种试验对绕组端部弯曲部分施加了极大的强度。定子绕组通电10秒钟然后断电60秒钟。用这种的方式循环下去直至出现故障或者在完成足够数目的循环后确认绕组端部弯曲部分的运行没有导致电机故障。一个标准浸漆小电机与一个未浸漆的小电机并列进行试验，在经过同样次数的循环后两种小电机均未出现故障，但是浸漆的小电机比未浸漆的温升高出-12-9℃。

根据本发明制造出一种50马力540系列的TRW    Reda电机，将其放到一个工程试验井道 中，与一个标准浸漆的540系列电机一起运行。这个电机在93℃下，在水中加上1370伏全电压，其电流为23安培频率为60Hz，进行试验（锁住转子）。温度的计算表明：浸漆的电机的绕组中的温升比未浸漆的电机高出-11℃。两种电机循环了10000次以上而未损坏。这大大地超过了电机在真实使用中的开关次数（少于100次）。最后，根据本发明制造出一种160马力115伏540系列的电机，并在一个工业试验井道中投入运行，它作为试验泵的辅助电机。这个电机运行了672小时，开关了165次后，一个轴承损坏终止了该试验。

借助于本发明，就消除了对定子结构浸漆所需的时间与成本。由于漆的破裂造成的电故障从而也被消除了。未浸漆定子结构的一个未曾料到的优点是电机实际运行时温升基本上降低，这是因为在电机中注入的油能直接地与磁场导线的绝缘相接触并且能通过定子槽及围绕定子绕组的端部弯曲部分进行循环。在与先有技术电机运行的相同温度下本发明大大延长了电机的运行寿命，并允许在比迄今可能达到的运行温度还要高一些的温度下运用较低成本的电机运行。

消除了浸漆也就去除了电机油污染的一个重要源。当运行中漆老化时，就使其性能降低并使得小漆片或颗粒沉淀到油中。这就使油的润滑及电绝缘性能变差。

消除了浸漆的另一个优点在修理及重制定子时明显体现出来。一个未浸漆的定子不需要除掉漆及澈底地清洗定子，就易于绕组的重绕制，而对于浸漆定子在重制前必须除漆与清洗。导线从未浸漆的定子上可轻易地取下，这简化了故障的分析，因为去除了浸漆后，故障的痕迹不易被破坏。

由于不使用传统的绝缘缠包磁场导线，不浸漆定子的导体的缠绕变得方便了。在本发明中采用的绝缘磁场导线具有平滑的表面故利于绕制。取消了在浸漆定子中采用的传统磁场导线缠包绝缘的结构也就避免了电故障的潜在缘。在电机运行期间由电及机械产生的磁场导线的运动引起缠包的绝缘材料相对本身或其它材料的磨擦，其结果为磨损、剥落、破碎、或是绝缘整个的变质，它最终导致电的故障。此外表面看来，用绝缘带围绕磁场导线缠绕的包层在绝缘系统中却提供了一个固有的薄弱区域。所有这些被本发明避免了。

虽然在低温下使用的小功率级别的电机已经采用了不浸漆的定子，例如用于水泵的电机，这种电机已经注入了水，故在低温及小功率级别情况时不需要采用在充油电机中浸漆实现的功能。在充油电机中，浸漆定子已使用了几十年并且浸漆被认为是定子绝缘系统的一个基本成份。然而，本发明相对于先有技术的指导反其道行之，得到了一个明显优越的电机。

尽管是对本发明的一个优选的实施例进行了描绘与描述，但显然对于本技术领域的熟练技术人员来说在不离开本发明的原理与精神的条件下可以对该实施例作出变更，本发明的范围由附设的权利要求书确定。例如可用不同于该说明书中描述的材料作为本发明的绝缘系统的组成，只要它们具有所需的前述特性的组合。某些材料加入填料（增加强度）的变型也是可以使用的，如果这些填料适应于本发明要求的特性的话。虽然本发明在原则上涉及的是在高温环境中，例如204℃中指定使用的电机，然而也有可能将利用本发明制造的电机指定用于较低温度的环境中，如102℃或高一些。在这种情况下，在绝缘系统中使用的各种材料的持续使用温度可以小于204℃。同样地，虽然本发明在原则上指定用于电机上的材料具有的工作电压需要有1200-1600V/cm的介电强度，然而如前所述，当具有较低介电强度的材料能够满足时，该材料也可以被采用，只要能够具备所需的其它性能的组合，例如水解稳定性，抗油性及抗磨损性。

Claims (2)

1、一种充油潜水式电泵电机，包括一个不浸漆的定子结构，该定子结构具有利用涂有对水解稳定的，抗油的，抗磨的暴露在电机油中的绝缘物的导体做成的定子绕组，所述定子绕组具有固定在对水解稳定的，抗油的电绝缘装置上的端部弯曲部分，该电绝缘装置用于牢靠地固定住所述端部弯曲部分，其特征在于所述导体的绝缘材料是在由PEEK，PEK及PBI(即polyt-etherketone，polyetherketon及polybenzimazole)组成的簇中进行选择的；所述电绝缘装置包括支持所述绕组相应的端部弯曲部分的多个块件，所述块件利用对水解稳定的、抗油的电绝缘带围绕端部弯曲部分及该块件的缠绕，使其与相应的绕组端部弯曲部份缚在一起；所述块件的构成材料是从聚四氟乙烯，PEEK，PEK，PBI及聚苯撑硫化物的簇中选择的。

2、根据权利要求1的电机，其特征在于所述电机具有容纳所述定子结构的金属壳，并包括放置在所述壳体内侧并围绕绕组端部弯曲部分的绝缘套筒，所述套筒是对水解稳定的及抗油的，所述绝缘套筒的构成材料是从聚四氟乙烯，PEEK，PEK，PBI及聚苯撑硫化物的簇中选择的。

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