CN102890998B - 电工设备电磁线圈的烧结成型工艺 - Google Patents

Abstract

一种电工设备绝缘绕组、电磁线圈及其烧结成型工艺，其绝缘绕组或电磁线圈，是在内主绝缘层外部缠绕焊接引线的金属导体，金属导体各层间缠绕层间绝缘层，缠绕金属导体和层间绝缘同时或前后在每层线圈两端缠绕端封绝缘层，按规定匝数和层数缠绕好绕组或线圈外层金属导体外部缠绕外主绝缘层；其烧结成型工艺要点，金属模具模芯上将内主绝缘层、外部缠绕焊接引线金属导体、层间绝缘层、端封绝缘层及外主绝缘层，完成绕组或线圈绕制，引线或接头、抽头焊接处填衬加强绝缘层；将内装绕组或线圈的金属模具装入真空压力烧结炉中，使绝缘材料同金属导体粘合一体成型；提高绝缘材料电气强度和散热效果，减小尺寸，简化工艺程，降低成本。

Description

电工设备电磁线圈的烧结成型工艺

技术领域

本发明涉及电工设备的绝缘绕组和电磁线圈，尤其涉及一种电工设备电磁线圈的烧结成型工艺。

背景技术

目前，一般电工设备(包括变压器、互感器、电抗器、仪器仪表、控制电器)的绝缘绕组和电磁线圈均采用带绝缘的导体在绝缘筒或骨架上绕成单层或多层的线圈，有的烘干后，再抽真空浸绝缘油，有的抽真空浸绝缘漆再烘干，有的抽真空浇注环氧树脂。

这种绝缘绕组和电磁线圈的结构存在许多缺点。首先，其绝缘都是两种材料的复合，当每种材料的介质常数、绝缘强度(即每毫米能承受的最高电压)和厚度不同时，绕组的综合绝缘强度会降低。其次，当绝缘层内存在杂质或气体时，绝缘强度会急剧降低，尤其是气体的存在，影响最严重。传统的绝缘工艺主要靠抽真空来除去空气，即靠绕组绝缘层内气体压力同罐内真空环境之间压差来使气体逸出，并使液体介质渗入。当绝缘层内气体压力逐渐减小，同罐内即使是极高的真空度环境之间的压差越来越小时，绕组绝缘层内的残留气体便很难逸出。尤其当绝缘材料很光滑，又包得很紧，液体介质的稠黏度较高时，就更难渗入。于是，绕组在较低的电场强度下就容易产生局部放电。而局部放电的存在与发展，正是逐渐导致绝缘击穿的主要因素。因此，采用真空浸渍或浇注工艺的复合绝缘，不可避免会引发第三个缺点，即：不得不增加绝缘材料的厚度，加大绕组或线圈的结构尺寸。第四，生产过程复杂，延长了生产周期。所有这一切，意味着产品成本的增加。因此有待进行改进。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种电工设备电磁线圈的烧结成型工艺，其结构和成型工艺设计合理，可以提高绝缘材料的电气强度和散热效果，减小绝缘绕组或电磁线圈的结构尺寸，简化产品工艺过程，缩短产品的生产周期，降低产品生产成本，使用效果理想。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

本发明电工设备绝缘绕组、电磁线圈，包括金属导体、匝间绝缘层、层间绝缘层、内外主绝缘层、端封绝缘层和引线；其特征在于，内主绝缘层2的外部缠绕焊接引线3的金属导体4，该金属导体4的各层之间缠绕层间绝缘层5，在缠绕金属导体和层间绝缘的同时或前后在每层线圈的两端缠绕端封绝缘层6，在按规定匝数和层数缠绕好的绕组或线圈的外层金属导体4外部缠绕外主绝缘层7。

前述的电工设备绝缘绕组、电磁线圈，其中，所述金属导体4采用金属箔或者具有绝缘覆盖层的金属线。

前述的电工设备绝缘绕组、电磁线圈，其中，所述金属线的绝缘覆盖层或单层金属箔匝与匝之间的层间绝缘5即为匝间绝缘层。

前述的电工设备绝缘绕组、电磁线圈，其中，所述引线3为外部具有绝缘膜的金属导体。

前述的电工设备绝缘绕组、电磁线圈，其中，所述引线3绝缘膜、内主绝缘层2、外主绝缘层7、层间绝缘5以及端封绝缘层6的材质为单一热收缩热塑性绝缘薄膜或者为介质常数和熔点十分接近的复合热塑性绝缘薄膜。

本发明电工设备绝缘绕组、电磁线圈的烧结成型工艺，其特征在于，包括以下要点：

第一，将金属模具固定在绕包机的收卷轴上，在金属模具模芯1上将内主绝缘层2、外部缠绕焊接引线3的金属导体4、层间绝缘层5、端封绝缘层6以及外主绝缘层7，采用传统的绕组或线圈绕制程序和方法，按设计要求完成绕组或线圈绕制，其中在所有引线或接头、抽头焊接处填衬加强绝缘或者在绕组或线圈外侧或内侧添加屏蔽层；

第二，在金属导体绕制起点、终点、中间抽头或者引线引出上端盖处，用绝缘膜包紧并压紧在引线套管内；

第三，在按设计要求绕制完绕组或线圈后，用紧固件将外模压紧绕组或线圈；

第四，将内装绕组或线圈的金属模具装入真空压力烧结炉中，根据不同的绝缘材料，在不高于1帕的真空度下将模具升温至绝缘材料的热收缩温度以上直到熔点，并根据烧结件的体积、高度、厚度大小设定保温时间，直至材料充分软化或融化，排除气体，使绝缘材料同金属导体粘合一体；

第五，停止加热和抽真空，向烧结炉内注入惰性气体，直到压强达到2.0kgf/cm²以上；

第六，在恒压下待模具表面降温至绝缘材料凝固温度点以下，使绝缘材料充分凝固，便可放气、开炉和开模，结束全部成型工艺。

前述的电工设备绝缘绕组、电磁线圈的烧结成型工艺，其中，所述金属模具能承受2.0kgf/cm²以上的内部热膨胀压强。

前述的电工设备绝缘绕组、电磁线圈的烧结成型工艺，其中，所述烧结炉内注入的惰性气体为氮气或二氧化碳。

前述的电工设备绝缘绕组、电磁线圈的烧结成型工艺，其中，所述烧结炉内的真空度控制在压强为1帕以下。

前述的电工设备绝缘绕组、电磁线圈的烧结成型工艺，其中，所述金属模具内绕组或线圈可以是两层或三层的同相或不同相的金属箔，其间分别加上匝间或层间绝缘薄膜一起烧结成型；也可以是同一相的同一电压等级或不同电压等级的两段或三段绕组的几个线圈之间留出气道，一起缠绕烧结成型。

本发明电工设备电磁线圈的烧结成型工艺的有益效果，该绕组或线圈的关键部位绝缘均采用单一热塑性材料或介质常数和熔点十分接近的复合热塑性材料熔融烧结成型，使材料的介电性能得到最充分发挥。绕组或线圈内的气体靠抽真空和材料自身热收缩力及热膨胀三重作用或其中的两重作用来祛除，可极大地提高绝缘电气强度。可减少绝缘层的厚度和绝缘材料用量，缩小绕组或线圈以及设备的整体外形尺寸。改善绕组或线圈的散热条件，降低有功功率损耗和电能损耗，或可提高导体电流密度，节约有色金属用量。绝缘绕组或电磁线圈具有很好的整体性和一致性，提高机械强度和抗突发短路能力。该成型工艺工艺流程简便，生产制造周期短，设备整体生产成本较低。

附图说明

图1a为本发明绝缘绕组、电磁线圈以及模具装配结构示意主视图。

图1b为图1a所示A-A面剖示图。

图中主要标号说明：1模芯、2内主绝缘层、3引线、4金属导体、5层间绝缘、6端封绝缘层、7外主绝缘层、8模具上端盖、9模具下端盖、10引线套管、11外模。

具体实施方式

如图1a、图1b所示，本发明电工设备绝缘绕组、电磁线圈，包括金属导体、匝间绝缘层、层间绝缘层、内外主绝缘层、端封绝缘层和引线；其特征在于，内主绝缘层2的外部缠绕焊接引线3的金属导体4，该金属导体4的各层之间缠绕层间绝缘层5，在缠绕金属导体和层间绝缘的同时或前后在每层线圈的两端缠绕端封绝缘层6，在按规定匝数和层数缠绕好的绕组或线圈的外层金属导体4外部缠绕外主绝缘层7。

如图1a、图1b所示，本发明电工设备绝缘绕组、电磁线圈，其中，所述金属导体4采用金属箔或者具有绝缘覆盖层的金属线；所述金属线的绝缘覆盖层或单层金属箔匝与匝之间的层间绝缘5即为匝间绝缘层；所述引线3为外部具有绝缘膜的金属导体；所述引线3绝缘膜、内主绝缘层2、外主绝缘层7、层间绝缘5以及端封绝缘层6的材质为单一热收缩热塑性绝缘薄膜或者为介质常数和熔点十分接近的复合热塑性绝缘薄膜。

如图1a、图1b所示，本发明电工设备绝缘绕组、电磁线圈的烧结成型工艺，其特征在于，包括以下要点：第一，将金属模具固定在绕包机的收卷轴上，在金属模具模芯1上将内主绝缘层2、外部缠绕焊接引线3的金属导体4、层间绝缘层5、端封绝缘层6以及外主绝缘层7，采用传统的绕组或线圈绕制程序和方法，按设计要求完成绕组或线圈绕制，其中在所有引线或接头、抽头焊接处填衬加强绝缘或者在绕组或线圈外侧或内侧添加屏蔽层；第二，在金属导体绕制起点、终点、中间抽头或者引线引出上端盖处，用绝缘膜包紧并压紧在引线套管内；第三，在按设计要求绕制完绕组或线圈后，用紧固件将外模压紧绕组或线圈；第四，将内装绕组或线圈的金属模具装入真空压力烧结炉中，根据不同的绝缘材料，在不高于1帕的真空度下将模具升温至绝缘材料的热收缩温度以上直到熔点，并根据烧结件的体积、高度、厚度大小设定保温时间，直至材料充分软化或融化，排除气体，使绝缘材料同金属导体粘合一体；第五，停止加热和抽真空，向烧结炉内注入惰性气体，直到压强达到2.0kgf/cm²以上；第六，在恒压下待模具表面降温至绝缘材料凝固温度点以下，使绝缘材料充分凝固，便可放气、开炉和开模，结束全部成型工艺。

如图1a、图1b所示，本发明电工设备绝缘绕组、电磁线圈的烧结成型工艺，其中，所述金属模具能承受2.0kgf/cm²以上的内部热膨胀压强；所述烧结炉内注入的惰性气体为氮气或二氧化碳；所述烧结炉内的真空度控制在压强为1帕以下；所述金属模具内绕组或线圈可以是两层或三层的同相或不同相的金属箔，其间分别加上匝间或层间绝缘薄膜一起烧结成型；也可以是同一相的同一电压等级或不同电压等级的两段或三段绕组的几个线圈之间留出气道，一起缠绕烧结成型。

当采用金属箔作导体时，每一绕组可以将两层或三层同相或不同相的金属箔，其间分别加上匝间或层间绝缘薄膜一起并绕烧结成型。这种绕组或线圈也可以用一套模具将同一相、同一电压等级或不同电压等级的两段或三段绕组的几个线圈留出气道，一起缠绕，一起烧结成型。

图1a和图1b即表示采用两层金属箔，其间加上层间绝缘薄膜一起并绕烧结成型的结构示意图。

实施例一：

制备一个单相容性隔离变压器的容性附加绕组。导体为两层厚0.03mm、宽400mm的铝箔，层间绝缘为2*厚0.025mm、宽420mm聚丙烯薄膜，端封绝缘为1*厚0.03mm，宽10mm聚丙烯薄膜带，每层铝箔首尾引线为0.03*20mm铜带，内外主绝缘层总厚度为1mm，绕组总厚度为30mm，外径为350mmm。

第一，将金属模具的上端盖8、下端盖9和模芯1固定在绕包机的收卷轴上，在金属模具模芯1上将内主绝缘层2、外部缠绕焊接引线3的金属导体4、层间绝缘层5、端封绝缘层6以及外主绝缘层7，采用传统的绕组或线圈绕制程序和方法，按设计要求完成绕组或线圈绕制，其中在所有引线或接头、抽头焊接处填衬加强绝缘；

第二，在金属导体绕制起点、终点、中间抽头或者引线引出上端盖处，用绝缘膜包紧并压紧在引线套管10内；

第三，在按设计要求绕制完绕组或线圈后，用紧固件将外模11压紧绕组或线圈；

第四，将内装绕组或线圈的金属模具装入真空压力烧结炉中，在0.4帕的真空度下和约用2.5小时左右将模具逐渐升温至180℃左右，保温时间1.5小时左右，直至材料充分软化或融化，排除气体，使绝缘材料同金属导体粘合一体；

第五，停止加热和抽真空，向烧结炉内注入氮气至4KG/cm²；

第六，在恒压下待模具表面降温至50℃以下，绝缘材料充分凝固，便可放气、开炉和开模，结束全部成型工艺。

本发明电工设备电磁线圈的烧结成型工艺的优点：

1、绕组或线圈的关键部位绝缘(主绝缘、端封绝缘和层间绝缘)均采用单一热塑性材料或介质常数、熔点十分接近的复合热塑性材料熔融烧结成型，使材料的介电性能得到最充分的发挥。

2、绕组或线圈内的气体靠抽真空和材料自身热收缩力及热膨胀三重作用或其中的两重作用来祛除的，比起任何一种传统结构和工艺来会除得更干净，从而可极大地提高绝缘电气强度。

3、可减少绝缘层的厚度和绝缘材料用量，缩小绕组或线圈以及设备的整体外形尺寸。

4、改善绕组或线圈的散热条件，降低有功功率损耗和电能损耗，或可提高导体的电流密度，节约有色金属用量。

5、绝缘绕组或电磁线圈具有很好的整体性和一致性，大大提高机械强度和抗突发短路能力。

6、简化工艺流程，缩短生产制造周期。

7、降低设备整体生产成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种电工设备电磁线圈的烧结成型工艺，其特征在于，包括以下要点：

第一，将金属模具固定在绕包机的收卷轴上，在金属模具模芯(1)上将内主绝缘层(2)、外部缠绕焊接引线(3)的金属导体(4)、层间绝缘层(5)、端封绝缘层(6)以及外主绝缘层(7)，采用传统的绕组或线圈绕制程序和方法，按设计要求完成绕组或线圈绕制，其中在所有引线或接头、抽头焊接处填衬加强绝缘,在绕组或线圈外侧或内侧添加屏蔽层；

第二，在金属导体绕制起点、终点、中间抽头或者引线引出上端盖处，用绝缘膜包紧并压紧在引线套管内；

第三，在按设计要求绕制完绕组或线圈后，用紧固件将金属模具外模压紧绕组或线圈；

第四，将内装绕组或线圈的金属模具装入真空压力烧结炉中，根据不同的绝缘材料，在不高于1帕的真空度下将模具升温至绝缘材料的热收缩温度以上直到熔点，并根据烧结件的体积、高度、厚度大小设定保温时间，直至材料充分软化或融化，排除气体，使绝缘材料同金属导体粘合一体；

第五，停止加热和抽真空，向烧结炉内注入惰性气体，直到压强达到2.0kgf/cm²以上；

第六，在恒压下待模具表面降温至绝缘材料凝固温度点以下，使绝缘材料充分凝固，便可放气、开炉和开模，结束全部成型工艺。

2.根据权利要求1所述的电工设备电磁线圈的烧结成型工艺，其特征在于，所述金属模具能承受2.0kgf/cm²以上的内部热膨胀压强。

3.根据权利要求1所述的电工设备电磁线圈的烧结成型工艺，其特征在于，所述烧结炉内的真空度控制在压强为1帕以下。

4.根据权利要求1所述的电工设备电磁线圈的烧结成型工艺，其特征在于，所述金属模具内绕组或线圈可以是两层或三层的同相或不同相的金属箔，其间分别加上匝间或层间绝缘薄膜一起烧结成型；也可以是同一相的同一电压等级或不同电压等级的两段或三段绕组的几个线圈之间留出气道，一起缠绕烧结成型。