CN103109327B - 用于制造电绝缘材料的方法、电绝缘材料以及电机 - Google Patents

用于制造电绝缘材料的方法、电绝缘材料以及电机 Download PDF

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Abstract

根据本发明的、用于制造电绝缘材料（5,6,7）的方法具有步骤：提供液晶聚合物；以如下方式将液晶聚合物成形为绝缘膜：液晶聚合物的中间相存在于所述绝缘膜中，由此聚合物的分子在所述绝缘膜中在优选方向上定向；将多个绝缘膜层压成构成所述电绝缘材料（5,6,7）的层复合体，其中所述层复合体具有至少一个绝缘膜，所述绝缘膜在其分子的优选方向方面与其他绝缘膜的分子的优选方向不同。

Description

用于制造电绝缘材料的方法、电绝缘材料以及电机
技术领域
本发明涉及一种用于制造电绝缘材料的方法和电绝缘材料以及一种具有由所述电绝缘材料制成的绝缘体的电机。
背景技术
对于电机——例如发电站中的用于产生电能的发电机，要求高效率和高可用性。由此通常引起涡轮发电机的组件的高的机械的、热的、和电的应力。涡轮发电机尤其具有定子绕组，对该定子绕组提出特别高的关于强度和可靠性的要求。尤其是定子绕组的绝缘系统在定子绕组的主绝缘部和板叠之间的界面处由于高的热的、热机械的、动态的和机电的工作应力被严重加载荷，由此损坏定子绕组的绝缘系统的风险由于局部放电而高，所述局部放电在运行电机时不间断地出现。借助所述绝缘系统，电导体（导线、线圈、棒、子导体）持久地相互绝缘并且与定子板叠或环境绝缘。
对于绝缘系统，由于高的机械的、热的和电的要求仅仅考虑少量的原料、尤其是复合原料。这些复合原料通常具有合成树脂和由合成树脂浸渍的载体层，例如芳族聚酰胺织物。因为电机的运行安全性决定性地由该绝缘系统的可靠性确定，所以绝缘系统的最大的载荷强度是值得期望的。
发明内容
本发明的任务是，建议一种用于制造电绝缘材料的方法，提供一种借助该方法制造的电绝缘材料以及借助该电绝缘材料绝缘的电机，所述电机与传统的绝缘系统或利用这些传统的绝缘系统绝缘的机器相比，具有改善的机械和电的绝缘特性，尤其是在拉伸强度、弹性模数和介电特性方面。
根据本发明，借助下述的用于制造电绝缘材料的方法、借助所述方法制造的电绝缘材料以及借助电绝缘材料绝缘的电机解决所述任务。本发明的有利的改进方案在本申请其它部分中描述。
根据本发明的用于制造电绝缘材料的方法具有步骤：提供液晶聚合物；以如下方式将液晶聚合物成形为绝缘膜：液晶聚合物的中间相存在于绝缘膜中，由此聚合物的分子在绝缘膜中在优选方向上定向；将多个绝缘膜层压成构成电绝缘材料的层复合体，其中所述层复合体具有至少一个绝缘膜，所述绝缘膜在其分子的优选方向方面与其他绝缘膜的分子的优选方向不同。
在液晶聚合物（英语：liquid crystal polymer，LCP）从其固体相熔化为其液态的各向同性相时出现液晶的各向异性的中间状态，即中间相。在中间相中液晶聚合物具有优选方向，其中液晶聚合物的分子在所述优选方向上定向。在液晶聚合物凝固回固体期间，分子的该定向保持。由此形成固体，所述固体的分子类似于基质（Matrix）的纤维地行为。基于从中产生的液晶聚合物机械特性，谈及自增强的聚合物。
借助根据本发明的方法，在层复合体中形成多个抗载荷（belastungsfest）的优选方向，由此所述电绝缘材料可在不同的方向上被加载荷，而不受损坏。根据本发明的方法能够实现以如下方式将液晶聚合物用于电绝缘材料，即其突出的机械特性可被应用于电绝缘，所述机械特性具有其在液晶聚合物分子的强大的分子间内聚力中的起源（Ursprung）。各个绝缘膜可构造为薄的，而不在层叠的强度方面过度影响所述层叠。因此，借助根据本发明的方法，液晶聚合物适合于在电机的电绝缘中使用。此外，借助根据本发明的方法制造的电绝缘材料具有对于电机的电绝缘有益的介电特性。
根据本发明的方法优选具有步骤：以如下方式热后处理所述层复合体，即减轻电绝缘材料的机械特性的、由分子在绝缘膜中的不同优选方向产生的各向异性。由此，除了将绝缘膜层压成层叠之外，还提供用于控制尤其是电绝缘材料的机械特性的另一方法步骤。利用根据本发明的方法以机械方式适配的电绝缘材料因而被构造为薄的，由此在最小的材料使用情况下获得高的绝缘效果。
借助根据本发明的方法制造的电绝缘材料可变形，其中电绝缘材料的变形优选在热后处理期间进行。该步骤优选借助于砑光机或压力机进行。
在用于电机的电绝缘材料情况下，电绝缘材料基于液晶聚合物由多个电绝缘膜根据本发明的方法制造并且所述电绝缘材料适合用于安置在电机的电导体处和用于绝缘通过电导体的电流。为此，电绝缘膜优选构造为带状的。
此外，在具有至少一个电导体的电机情况下，所述电导体用根据本发明的电绝缘材料包围，用于电绝缘。所述电机优选具有带有至少一个槽的定子叠片，在所述槽内布置由电绝缘材料包围的电导体。
附图说明
以下根据示意性附图阐述利用根据本发明的电绝缘材料绝缘的电机的优选实施方式。该图示出具有多个由根据本发明的电绝缘材料包围的电导体的电机的定子的透视图。
具体实施方式
该图示出未进一步表示的电机、当前为用于产生电能的涡轮发电机的定子1的部分剖面。所述定子1包括具有多个槽3的定子叠片2以及分别在槽3中伸展的多个电导体4。
每个所述导体4具有电绝缘部。电绝缘部分别包括子导体绝缘部5、主导体绝缘部6以及对于每个所述槽3具有槽闭锁7。这些电绝缘部利用电绝缘材料实施，所述电绝缘材料借助根据本发明的方法制造为带状的。
在该方法中，成形薄的绝缘膜，其中由液晶聚合物制成的绝缘膜以如下方式成形：聚合物的分子在优选方向上定向。多个如此构成的绝缘膜在另一步骤中以如下方式被层压成层复合体：至少一个绝缘膜在其分子的优选方向方面与其他绝缘膜的分子的优选方向不同。由绝缘膜制成的层复合体带状地构成为电绝缘材料。此外，为了适配电绝缘材料的机械特性，所述电绝缘材料在层压之后被热后处理，由此，以如下方式适配先前基于所调整的优选方向强烈地与方向有关的机械特性：预定地减轻机械特性的方向相关性（各向异性）。根据本发明的电绝缘材料因而能够具有与使用目的匹配的机械特性。
下面的表格示出由液晶聚合物构成的电绝缘材料与传统的绝缘材料——由NOMEX制成的膜相比的特性。
如从表格中可知，根据本发明的电绝缘材料虽然具有较高的密度和较小的断裂延伸率，但是在基本的应用技术特性方面具有优点。拉伸强度高于基准的情况下。根据本发明的电绝缘材料因而能够比传统的绝缘材料更长时间地经受住高的载荷。根据本发明的电绝缘材料因而能够以比传统的绝缘材料较小的层厚来设置。
此外，根据本发明的电绝缘材料具有与传统的绝缘材料可比的介电损耗因子以及类似的介电常数，由此根据本发明的电绝缘材料特别适用于电机的绝缘。
此外，根据本发明的电绝缘材料具有较小的热膨胀系数以及可比的持续工作温度，由此所述电绝缘材料鉴于传统绝缘材料的温度使用范围方面也占优势。
表格：传统的绝缘材料——由NOMEX制成的膜（NOMEX ®）与根据本发明制造的电绝缘材料（LCP）的材料特性的比较：
特性 测试方法 单位 NOMEX ® （250 μm） LCP （主体（Bulk））
密度 ISO 1183 g/cm3 1.1 1.4
吸水性（23℃/24h/50% RF） ISO 62 % 0.1 0.03
拉伸强度 ISO 527-2/1A MPa 110 （MD） 182 （MD）
断裂延伸率 ISO 527-2/1A % 18（MD） 3.4 （MD）
玻璃转变温度（Tg） ISO 11357 ℃ 110
热膨胀系数（T < Tg） ISO 11359 ppm/℃ 20 10
持续工作温度 UL 746B ℃ 220 220
在1MHz时的介电损耗因子 IEC 60250 - 约0.02 0.02
介电常数 IEC 60250 - 3.7 3.0

Claims (4)

1.具有至少一个电导体（4）和电绝缘材料（5, 6, 7）的电机，其特征在于，所述电绝缘材料（5，6，7）是基于液晶聚合物的多个电绝缘膜的层复合体，其中每个电绝缘膜出现分子在优选方向上定向的中间状态，所述层复合体通过层叠和热后处理形成，所述层叠使得所述层复合体的至少一个电绝缘膜的分子的优选方向不同于所述层复合体的其他电绝缘膜的分子的优选方向，而所述热后处理被用于减轻电绝缘材料的机械特性的、由分子在绝缘膜中的不同优选方向产生的各向异性，其中所述电导体（4）由所述电绝缘材料（5, 6, 7）包围，用于绝缘通过所述电导体（4）的电流。
2.根据权利要求1所述的电机，其中所述电机具有带有至少一个槽（3）的定子叠片（2），在所述槽内布置由所述电绝缘材料（5, 6, 7）包围的所述电导体（4）。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述电绝缘材料（5, 6, 7）构造为带状的。
4.用于电机的定子（1）的电绝缘材料（5, 6, 7），所述定子包括具有多个槽（3）的定子叠片（2）以及分别在所述槽（3）中伸展的多个电导体（4），其特征在于，所述电绝缘材料（5,6, 7）是基于液晶聚合物的多个电绝缘膜的层复合体，每个电绝缘膜出现分子在优选方向上定向的中间状态，所述层复合体通过层叠和热后处理形成，所述层叠使得所述层复合体的至少一个电绝缘膜的分子的优选方向不同于所述层复合体的其他电绝缘膜的分子的优选方向，而所述热后处理被用于减轻电绝缘材料的机械特性的、由分子在绝缘膜中的不同优选方向产生的各向异性，其中所述电导体（4）由所述电绝缘材料（5, 6, 7）包围，用于绝缘通过所述电导体（4）的电流。
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