CN103296811B - 一种超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超薄型 6kV 级高压电机的匝间绝缘结构及其制造方法，匝间绝缘结构包括导线绝缘层，导线绝缘层包括绕包多层聚酯薄膜少胶云母带，聚酯薄膜少胶云母带共有二层，且均采取间隙包绕方式绕包，第一层和第二层的间隙大小分别设为 X1 和 X2 ， 0 ＜ X1 ≤ 0.1mm ， 0 ＜ X2 ≤ 0.2mm ，第一层和第二层的间隙均匀错开，且第一层的间隙与相邻的第二层的间隙之间的距离为所述聚酯薄膜少胶云母带的宽度的 1/2 ，所述匝间绝缘结构的双边绝缘厚度为 0.29~0.34mm 。本发明可在保证绝缘性能的前提下，将匝间绝缘的双边绝缘厚度减薄至 0.34mm 以下，实现匝间绝缘结构的超薄化。

Description

一种超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构及其制造方法

技术领域

本发明属于电机绝缘技术领域，具体涉及一种6kV级电机的匝间绝缘结构及其制造方法。

背景技术

大功率、小体积是高压电机领域的发展方向。在同功率下缩小电机体积，不仅可节约制造成本，提高电机热性能、降低电机温升；还可减少电机重量，便于运输、使用和安装。

在同功率下缩小电机体积，减少绝缘尺寸（包括匝间绝缘和主绝缘）提高槽满率是关键。而绝缘尺寸的减少与绝缘质量及绝缘可靠性是一对矛盾。只有科学合理的绝缘结构才能使电机既具有优良的性能，又能满足较大功率和较小体积的需要。电机绝缘结构的先进性与可靠性也是电机产品市场占有率的可靠保证。

高压电机绝缘结构主要由匝间绝缘结构、主绝缘结构、防晕结构以及保护结构组成，最后经整体VPI处理、固化后得到。就匝间绝缘结构而言，主要是由绝缘材料绕包铜扁线制得。截止目前为止，业内普遍认为匝间绝缘的性能主要取决于其结构和绝缘材料的选择，而不会受到绝缘材料的绕包方式的较大影响。在已知的二种绕包方式：叠包方式和平包方式中，半叠包方式因其工艺比较成熟，操作更加简单，而被国内厂家所普遍采用，而平包方式（同一绕包层中相邻的二个边紧靠在一起，既不重叠也不错开）则因是一种理想化的绕包方式（实际上，因为云母带的边缘不可能是理想化的直线，而是一种凹凸分布不均的不规则形状，实际平包绕包的结果还是微小的叠包方式，这种微小的重叠厚度不能起到绝缘作用，但占用了槽形尺寸，不利于匝间绝缘尺寸的减薄）以及工艺控制较复杂，而鲜有国内厂家采用。因此，目前绝大多数的6kV级高压电机采用的都是叠包方式（1/2叠包或2/3叠包）。直到最近，CN102983654A中公开了一种采用平包方式的匝间绝缘结构，其中指出采取平包方式的聚酯薄膜少胶云母带可以减少绝缘损伤，但是，在该专利中没有公开平包的具体实施方法和关键参数，而只是简单的描述了绕组铜扁线的导线绝缘层是由厚度为0.070±0.005mm的聚酯薄膜少胶云母带平包若干层，形成具有双边绝缘厚度为0.35-0.40mm的绝缘层。则，虽然该专利公开了采用的聚酯薄膜少胶云母带平包的方式，本领域技术人员并不能就此重复实施并达到其所称的效果。而且如前所述，普通的平包方式因为实际中微小的重叠是不利于匝间绝缘尺寸的减薄的，因此，对比文件1的结构无法真正实现匝间绝缘的超薄。

综上所述，现有的6kV级高压电机的匝间绝缘结构还不能在保证绝缘性能的前提下真正实现厚度的减薄。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够在保证绝缘性能的前提下真正实现厚度减薄的6kV级高压电机的匝间绝缘结构。

本发明同时提供一种超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构的制造方法。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：

一种超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构，其包括导线绝缘层，导线绝缘层包括绕包在铜扁线导体上的多层聚酯薄膜少胶云母带，聚酯薄膜少胶云母带包括聚酯薄膜层、粉云母纸层、形成在聚酯薄膜层和粉云母纸层之间的胶粘剂层，特别是，所述的聚酯薄膜少胶云母带还包括形成在聚酯薄膜的背离胶粘剂层的一面上的自粘胶，所述的聚酯薄膜少胶云母带共有二层，且均采取间隙包绕方式绕包，第一层和第二层的间隙大小分别设为X1和X2，0＜X1≤0.1mm，0＜X2≤0.2mm，第一层和第二层的间隙均匀错开，且第一层的间隙与相邻的第二层的间隙之间的距离为所述聚酯薄膜少胶云母带的宽度的1/2，所述匝间绝缘结构的双边绝缘厚度为0.29～0.34mm。

根据本发明，所述的聚酯薄膜少胶云母带的厚度可以且优选为0.075～0.10mm。

优选地，所述的聚酯薄膜少胶云母带的边缘弯曲度不大于0.06mm。由于现有的聚酯薄膜少胶云母带产品不可避免地会有一些类似于毛边的部分，该部分的存在使得聚酯薄膜少胶云母的最外边并非是一条平直的直线，而是呈高低起伏状，所述的“边缘弯曲度”即是指300mm长度内的最大边缘弯曲部分与弧弦之间的距离或者说300mm长度内聚酯薄膜少胶云母带的边缘所存在的最宽毛边的宽度。

优选地，聚酯薄膜少胶云母带的边缘弯曲度＜X1≤0.1mm；聚酯薄膜少胶云母带的边缘弯曲度＜X2≤0.2mm。

优选地，所述的聚酯薄膜少胶云母带为含有锌盐促进剂的聚酯薄膜少胶云母带，且锌盐促进剂的含量为200～500Zn²⁺mg/m²，其所含有的促进剂会加速VPI树脂的固化速度，减少VPI浸渍树脂的流失。

优选地，所述的胶粘剂层由环氧类胶粘剂或改性环氧类胶粘剂构成，该胶粘剂与VPI浸渍树脂的相容性更好。

优选地，所述的聚酯薄膜少胶云母带的云母定量为不小于65g/m2、胶粘剂定量为2～6g/m²，自粘胶含量为1.3wt%～2.3wt%。云母定量优选为70～75g/m²，与现有技术相比，本发明将云母含量提高，如此可更好地减少或消除高电压作用下，匝间绝缘中局部放电发生的几率，延长匝间绝缘寿命。与现有技术相比，本发明将胶粘剂定量减少至一个合理的范围，胶粘剂含量的减少可以VPI绝缘处理后的绝缘质量更加稳定，匝间绝缘层内的空气更容易挥发，VPI浸渍漆更能充分进入绝缘内部。根据本发明，自粘胶的含量控制在1.3wt%～2.3wt%，优选为约1.8%。自粘胶的含量不易过高，以避免其影响VPI绝缘处理时，匝间绝缘间隙空气的排出和VPI树脂的进入；另一方面，匝间胶化时，因过多的自粘胶进入保护带中，拆除保护带时会引起对匝间绝缘层的伤害；含量过低会导致匝间绝缘胶化不良。

优选地，所述匝间绝缘结构的双边绝缘厚度为0.30～0.32mm，绝缘尺寸的减少，提高了电极定子铁芯的槽满率，在保证绝缘性能的前提下，缩小电机的尺寸。

本发明采取的又一技术方案是：

一种超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构的制造方法，其包括（1）采用绕包设备在铜扁线导体上绕包聚酯薄膜少胶云母带形成导线绝缘层，获得电磁扁线的步骤，绕包设备包括放线装置、绕包头以及收线装置；（2）将电磁扁线绕制电磁线圈，包保护带，成型，获得定子线圈，拆保护带；（3）在主绝缘绕包、嵌线、绑扎固定后，与主绝缘、定子铁芯整体进行真空压力浸渍处理的步骤，特别是：

步骤（1）中：所采用的绕包设备具有直线牵引功能，且其放线装置具有恒张力放线功能，收线装置具有恒张力收线功能，在进行绕包时，牵引、收线、放线、与绕包头同步进行，所述绕包按照所述间隙要求进行；

所述制造方法还包括还在步骤（2）中，成型后，对电磁线圈依次进行热压和冷压，其中热压的温度为155～165℃，压力为2.0～2.5MPa，热压至导线绝缘层内的自粘胶固化并将各个线匝固化成一个整体时结束；在热压结束后，保持压力不变，将温度降低至80℃以下，进行冷压。热压的时间一般为3～8min，冷压的时间一般为5～10min。

优选地，步骤（3）中，真空压力浸渍处理采用的浸渍树脂为零挥发或近零挥发环氧酸酐真空压力浸渍树脂。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明的匝间绝缘结构的导体绝缘层为二层聚酯薄膜少胶云母带按照一定间隙要求间隙包绕而成，一方面，采取间隙包绕方式，与传统的叠包方式或平包方式相比，损伤率明显降低，原因是，无论是叠包还是平包，同一层中的云母带的每一绕包周之间、不同绕包层的层与层之间相互制约，在弯曲时不能自由延伸而增加云母的损伤程度；而间隙包则正好相反，间隙包时，同层中每一绕包周之间有间隙，可以自由移动，不同层之间能够相互滑移，使绝缘损伤减少。另一方面，对间隙包绕方式的各层间隙以及间隙之间的距离进行综合设计，避免了间隙包可能引起的匝间短路现象。由于上述结构的设计，使得可在保证绝缘性能的前提下，将匝间绝缘的双边绝缘厚度减薄至0.34mm以下，最低可降低至0.29mm，实现匝间绝缘结构的超薄化。

本发明提供的匝间绝缘结构的制造方法，在步骤（1）中，通过恒张力控制减少了绝缘损伤，保证了绝缘尺寸和绝缘质量；使牵引、收线、放线、与绕包头同步，可保证起、停时无缝隙，进一步保证了绝缘尺寸均匀；通过直线牵引，可避免因弯曲次数过多而使铜线变硬，进一步减少了绝缘损伤。上述各个方面有机结合，成功获得厚度均匀、间隙均匀且损伤最小化的绝缘层；此外，在步骤（2）中，成型后，还对电磁线圈依次进行热压和冷压，其中热压是对聚酯薄膜少胶云母带所含的自粘胶进行加热固化从而构成各个线匝固化成一个整体，采取这种方式进行匝间胶化，不仅有助于电机绕组VPI绝缘处理时气体的排出和绝缘树脂的渗入，而且能很好地保证VPI后整个绝缘结构的整体性；此外，所述冷压可有效防止热压后的绝缘导线线匝在热压后的冷却过程中，出现的线匝变形以及在压力去除后，因铜导体、绝缘层的热膨胀系数的差异而产生较大的内应力而将匝间绝缘损伤或将自粘胶层撕裂等现象。本发明方法能够成功获得超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构。

附图说明

下面结合附图和实施例对发明做进一步描述：

图1为本发明的6kV级高压电机的匝间绝缘结构的导线绝缘层的结构示意图；

图2为图1中构成导线绝缘层的聚酯薄膜少胶云母带的结构示意图；

其中：1、铜扁线导体；2、第一层聚酯薄膜少胶云母带；3、第二层聚酯薄膜少胶云母带；4、聚酯膜层；5、粉云母纸层；6、胶粘剂层；7、自粘胶。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进行详细的说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不是限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为常规实验中的条件。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种6kV级高压电机的匝间绝缘结构，其包括导线绝缘层，导线绝缘层由绕包在铜扁线导体1上的二层聚酯薄膜少胶云母带2,3构成。

如图2所示，与传统的匝间绝缘结构所采用的聚酯薄膜少胶云母带不同，本实施例采用的聚酯薄膜少胶云母带2,3除了包括聚酯膜层4、粉云母纸层5、形成在聚酯薄膜层4和粉云母纸层5之间的胶粘剂层6外，还包括涂覆在聚酯膜层4的反面上的自粘胶7。控制好自粘胶7的含量，则不仅有助于电机VPI时气体的排出和绝缘树脂的渗入，而且能很好地保证VPI后整个绝缘结构的整体性。所采用的聚酯薄膜少胶云母带的性能指标如表1所示。

表1

与传统的匝间绝缘结构还不同的是，本实施例中，二层聚酯薄膜少胶云母带是按照特定的要求间隙包绕于铜扁线导体1上的。如图1所示，第一层聚酯薄膜少胶云母带2间隙包绕在铜扁线导体1上，在该层，两个聚酯薄膜少胶云母带之间的间隙大小X1为0.1mm；第二层聚酯薄膜少胶云母带3间隙包绕在第一层聚酯薄膜少胶云母带2上，在该层，两个聚酯薄膜少胶云母带之间的间隙与第一层的间隙之间均匀错开，且间隙大小X2为0.2mm；第一层的间隙与相邻的第二层的间隙之间的距离为云母带宽度b的1/2。采取该结构，与传统的叠包或平包方式相比，可在保证绝缘结构的性能的前提下，实现厚度的减薄。

6kV级高压电机的匝间绝缘结构的制造方法采取如下工艺流程：在裸铜扁线上，采用绕包设备，间隙绕包聚酯薄膜少胶云母带于铜扁线上得到具有导线绝缘层的电磁扁线→绕制线圈→包保护带→成型→热压→冷压→拆除保护带→在主绝缘绕包、嵌线、绑扎固定后，与主绝缘、定子铁芯槽整体VPI→固化成电机绕组。上述工序中，绕制线圈、包保护带、成型以及整体VPI均可采用业内熟知的常规的方法来实施，在此不进行详述。以下对于电磁扁线的制作和成型后的热压和冷压工序进行说明。

（1）在第一步电磁扁线的制作过程中，有如下控制要素：

首先是：采用的包绕方式为间隙包，第一层聚酯薄膜少胶云母带间隙包绕在铜扁线导体上，在该层，两个聚酯薄膜少胶云母带之间的间隙大小X1为0.1mm；第二层聚酯薄膜少胶云母带间隙包绕在第一层聚酯薄膜少胶云母带上，在该层，两个聚酯薄膜少胶云母带之间的间隙与第一层的间隙之间均匀错开，且间隙大小X2为0.2mm；第一层的间隙与相邻的第二层的间隙之间的距离为云母带宽度的1/2，这种结构的间隙包绕方式与半叠包或平包相比，损伤率明显下降，绝缘性能提升，而且也不会出现匝间短路等不良现象。

其次是：采用的包绕设备，要求除了具有普通的校直、抛光、清洗、干燥等功能外，还应具备：

①绕包头恒张力控制功能（减少绝缘损伤、保证绝缘尺寸）；

②收、放线盘恒张力控制功能；

③牵引、收线、放线、与绕包头同步功能（保证起、停时无缝隙）；

④直线牵引功能（可避免因弯曲次数过多而使铜线变硬）。

通过上述设备的使用，可以最大化减少制造过程中对绝缘层的损害以及保证获得厚度均匀、间隙均匀的绝缘层。

（2）先热压后冷压的胶化工序

本发明中，在成型后，需要进行热压，使自粘胶在施加的温度下、在压制模具内保持一个时间段，自粘胶固化后，将各个线匝固化成一个整体。施加的温度一般为160±2℃。

为了导线线匝在热压后的冷却过程中，可能出现的线匝变形，以及在压力除去后，因铜导体、绝缘层的热膨胀系数的差异而产生较大的内应力而将匝间绝缘层损伤，或将自粘胶层撕裂等现象，本发明采取在热压后，进行冷压。冷压压力同热压，冷压温度为80℃以下，冷压时间为5min左右。

对比例1

本对比例提供一种6kV级高压电机的匝间绝缘结构，其采取与实施例1基本相同的结构，并按照与实施例1基本相同的方法制造。不同的是，本例中，包绕材料采用的聚酯薄膜少胶云母带不含有自粘胶，在制造的热压工序（胶化工序）中，预先在排间置放热融胶条。

对比例2

本对比例提供一种6kV级高压电机的匝间绝缘结构，其采取与实施例1基本相同的结构，不同的是，二层聚酯薄膜少胶云母带的包绕方式采用的是普通的平包方式，且该匝间绝缘结构采用普通的包绕设备和传统的制造方法制造。

对比试验

（一）、实施例1和对比例1的匝间绝缘结构的电气性能的对比试验

电气性能测试结果参见表2，其中：项目1、2、3为具有实施例1所述的匝间绝缘结构的线棒试样；4、5、6号为具有对比例1所述的匝间绝缘结构的线棒试样。

表2实施例1和对比例1的匝间绝缘结构的电气性能       ×10^-2

通过表2可见，对比例1的匝间绝缘结构的介质损耗起点增高，增量增加，性能下降。表明自粘胶的匝间胶合工艺更优选。

（二）实施例1和对比例2的匝间绝缘结构的性能评定

1.常规性能

①试样情况

绕包线规格：2.5×6.3mm；

②浸漆前的电气击穿电压对比情况

10倍a边弯曲后电气击穿电压对比值如下表3所示。

表3实施例1和对比例2的击穿电压对比数据

③浸漆后的电气性能对比情况

a、制作常采用的羊角型图样，按如下流程制作试样：下料600长—平直—弯弧—剥除引线绝缘—组合—圆弧处垫填充泥—直线部分包无碱带（有效长度为300）—压匝间—VPI处理—试样成品。

b、常规电性能（实际上，相当于绕组的匝间常规电性能水平）结果如表4所示。

表4浸漆后匝间绝缘击穿电压

④结论分析：从表3、表4可看出，对比例2的测试数据分散性大，平均场强明显低于实施例1，说明其电气性能相对较差，而且厚度较实施例1有所增加；

实施例1的匝间绝缘，测试数据分散性很小，说明绝缘结构的性能稳定且可靠，而且平均击穿强度有很大提高。

2.老化性能

试验条件：120℃，50HZ，3.0kV，500h

试验情况：按常规性能试验的试样制作

①试验结果：

在试验条件下老化500h后，其剰余击穿电压的试验结果如表5。

表5老化后匝间绝缘剰余击穿电压

②结论分析：从表5数据可看出，实施例1的老化性能优于对比例2，电机匝间绝缘寿命更长。

（三）实施例1的匝间绝缘结构的冲击试验

绕线—初包—涨型—匝间胶化—拆除保护带—修包引线—包对地绝缘—线圈白坯。

试验条件：19kV，冲击5次，通过。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构，其包括导线绝缘层，所述导线绝缘层包括绕包在铜扁线导体上的多层聚酯薄膜少胶云母带，所述聚酯薄膜少胶云母带包括聚酯薄膜层、粉云母纸层、形成在聚酯薄膜层和粉云母纸层之间的胶粘剂层，

其特征在于：所述的聚酯薄膜少胶云母带还包括形成在所述聚酯薄膜的背离所述胶粘剂层的一面上的自粘胶，所述的聚酯薄膜少胶云母带共有二层，且均采取间隙包绕方式绕包，第一层的间隙大小设为X1，第二层的间隙大小设为X2，0＜X1≤0.1mm，0＜X2≤0.2mm，第一层和第二层的间隙均匀错开，且第一层的间隙与相邻的第二层的间隙之间的距离为所述聚酯薄膜少胶云母带的宽度的1/2，所述匝间绝缘结构的双边绝缘厚度为0.29～0.34mm。

2.根据权利要求1所述的超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构，其特征在于：所述的聚酯薄膜少胶云母带的厚度为0.075～0.10mm。

3.根据权利要求1所述的超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构，其特征在于：所述的聚酯薄膜少胶云母带的边缘弯曲度不大于0.06mm。

4.根据权利要求3所述的超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构，其特征在于：聚酯薄膜少胶云母带的边缘弯曲度＜X1≤0.1mm；聚酯薄膜少胶云母带的边缘弯曲度＜X2≤0.2mm。

5.根据权利要求1所述的超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构，其特征在于：所述的聚酯薄膜少胶云母带为含有锌盐促进剂的聚酯薄膜少胶云母带，且锌盐促进剂中Zn²⁺在所述聚酯薄膜少胶云母带中的含量为200～500mg/m²。

6.根据权利要求1所述的超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构，其特征在于：所述的胶粘剂层由环氧类胶粘剂构成。

7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构，其特征在于：所述的聚酯薄膜少胶云母带的云母定量为不小于65g/m²、胶粘剂定量为2～6g/m²，自粘胶含量为1.3wt％～2.3wt％。

8.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构，其特征在于：所述匝间绝缘结构的双边绝缘厚度为0.30～0.32mm。

9.根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的超薄型6kV级高压电机的匝间绝缘结构的制造方法，其包括(1)采用绕包设备在铜扁线导体上绕包所述聚酯薄膜少胶云母带形成导线绝缘层，获得电磁扁线的步骤，所述的绕包设备包括放线装置、绕包头以及收线装置；(2)将电磁扁线绕制电磁线圈，包保护带，成型，获得定子线圈，拆保护带；(3)在主绝缘绕包、嵌线、绑扎固定后，与主绝缘、定子铁芯整体进行真空压力浸渍处理的步骤，其特征在于：

步骤(1)中：所采用的绕包设备具有直线牵引功能，且其放线装置具有恒张力放线功能，收线装置具有恒张力收线功能，在进行绕包时，牵引、收线、放线、与绕包头同步进行，所述绕包按照所述间隙要求进行；

所述制造方法还包括在步骤(2)中，成型后，对电磁线圈依次进行热压和冷压，其中热压的温度为155～165℃，压力为2.0～2.5MPa，热压至导线绝缘层内的自粘胶固化并将各个线匝固化成一个整体时结束；在热压结束后，保持压力不变，将温度降低至80℃以下，进行冷压。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于：步骤(3)中，真空压力浸渍处理采用的浸渍树脂为零挥发或近零挥发环氧酸酐真空压力浸渍树脂。