CN103915956A - 场线圈绕组组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及场线圈绕组组件。一种用于制备场线圈绕组组件的方法,包括清洁多个铜线圈,随后在清洁之后通过在溶液中氧化各个铜线圈来在各个铜线圈上产生氧化铜层。在产生之后,清洗各个铜线圈,随后干燥。在干燥之后,将线匝绝缘系统应用到各个铜线圈。线匝绝缘系统包括线匝绝缘件和粘合剂。线匝绝缘件包括玻璃纤维增强的聚酰胺酰亚胺、玻璃纤维增强的聚酯或玻璃纤维增强的高温酚醛环氧树脂中的至少一者。在应用之后,固化具有线匝绝缘系统的各个铜线圈。具有线匝绝缘系统的多个铜线圈叠置在位于转子的多个转子槽中的各个。
Description
技术领域
本发明大体上涉及电动机的场组件,并且更具体地涉及场线圈绕组组件(field coil winding assemblies)。
背景技术
常规的电动机如与燃气涡轮和蒸汽涡轮一起使用的发电机,使用转子或场,转子槽被加工至该转子或场中。在场线圈绕组组件中,转子槽收纳由叠置的铜线圈制成的场绕组的传导线匝,铜线圈互连以便产生期望的磁通量图案。铜线圈叠置在位于转子槽的槽室绝缘件之间。楔形件在转子槽的开口端处使用,以保持叠置的铜线圈就位。在场线圈绕组组件中,由线匝绝缘件和粘合剂构成的线匝绝缘系统在铜线圈之间使用,以提供铜线圈的机械分离和电分离两者。粘合剂位于铜线圈或线匝绝缘件的一侧上,且线匝绝缘件通过使用粘合剂而附接到铜线圈。铜线圈和线匝绝缘系统可具有对齐的通风开口或径向导管,通风开口或径向导管对准从而允许冷却气体(例如,空气或氢气)流过叠置的铜线圈。
即使通风路径可嵌入铜线圈内且穿过铜线圈,大量的热应力、机械应力和其它应力也施加到槽绕组绝缘件和线匝绝缘系统上。高达155℃的温度在一些发电机中是可能的。对于其转子以3600rpm自旋的60Hz的电机,离心压缩力可高达12000psi。热应力和机械应力可引发线匝绝缘系统的退化。在形态缺陷和气穴可能存在的情况下,这可削弱线匝绝缘系统的某些场所。随后,这可引起铜线圈之间的线匝短路,铜线圈的外观在表面上由线匝绝缘系统的电击穿引起。穿过线匝绝缘件的电场的存在可加重线匝短路的风险,但该效果极小,这是由于穿过线匝绝缘系统的场强度不大于100V/mil,且更具体而言,场对于某些氢冷却的发电机不大于70V/mil。此外,几微米的铜线圈的径向振动可由线匝短路、引发的场灵敏度、不平衡电感和热膨胀引起。此外,线匝绝缘件的轴向移动、线匝绝缘件与铜线圈之间的粘合损失引起的线匝绝缘件的迁移可引发径向导管的阻塞,引起热应力退化,导致负反馈循环。
线匝短路和线匝绝缘件迁移可能是发电机的问题,其可与粘合的逐渐损失和线匝绝缘系统的不适当的热阻相关联。粘合的损失可起因于制造和/或粘合剂化学性质的类型和/或老化。粘合能力可与粘合剂的热能力成反比。粘合剂化学性质限制了几百兆瓦的大型电动机的线匝绝缘件使用者的粘合剂选择。此外,粘合剂化学性质不益于热应力占主导的环境。此外,不存在提高具有降低线匝短路和线匝迁移的风险的牢固特征的场线圈绕组组件的机械完整性的快速、受控和可承受的制造方法。分解开各个线圈以形成受控且期望的表面轮廓是艰巨且昂贵的。在室温或热空气中形成氧化铜层可能消耗时间和空间、可能不均一、且不实际。将铜增粘剂放入粘合剂中已是昂贵的,且不能保证其对均匀性的效果。
发明内容
本公开内容的第一方面提供了一种方法,包括:制备场线圈绕组组件,包括清洁多个铜线圈;在清洁之后,通过在溶液中氧化各个铜线圈来在各个铜线圈上产生氧化铜层;在产生之后清洗各个铜线圈;在清洗之后干燥各个铜线圈;在干燥之后,将线匝绝缘系统应用到各个铜线圈,其中线匝绝缘系统包括线匝绝缘件和粘合剂,其中线匝绝缘件包括玻璃纤维增强的聚酰胺酰亚胺、玻璃纤维增强的聚酯或玻璃纤维增强的高温酚醛环氧树脂中的至少一者;在应用后固化具有线匝绝缘系统的各个铜线圈;以及将具有线匝绝缘系统的多个铜线圈叠置在位于转子的多个转子槽中的各个。
本公开内容的第二方面提供了一种方法,包括:清洁多个铜线圈;在清洁之后,通过在溶液中氧化铜线圈来在铜线圈上产生氧化铜层;在产生之后清洗铜线圈;在清洗之后干燥铜线圈;在干燥之后,将线匝绝缘系统应用到铜线圈,其中线匝绝缘系统包括线匝绝缘件和粘合剂;以及在应用之后固化具有线匝绝缘系统的铜线圈。
本公开内容的第三方面提供了一种场线圈绕组组件,包括:包括多个转子槽的转子;叠置在各个转子槽中的多个铜线圈;以及多个线匝绝缘系统,各个线匝绝缘系统均设在两个铜线圈之间,且粘合到两个铜线圈中的至少一者,其中线匝绝缘系统包括线匝绝缘件和粘合剂,并且其中线匝绝缘件包括玻璃纤维增强的聚酰胺酰亚胺、玻璃纤维增强的聚酯或玻璃纤维增强的高温酚醛环氧树脂中的至少一者。
从结合附图的以下详细描述中,本发明的这些及其它方面、优点和显著特征将变得清楚,其中相似的部分在附图中始终由相似的参考标号指定,公开本发明的实施例。
一种制备场线圈绕组组件的方法,包括:
清洁多个铜线圈;
在清洁之后,通过在溶液中氧化各个铜线圈来在各个铜线圈上产生氧化铜层;
在产生之后清洗各个铜线圈;
在清洗之后干燥各个铜线圈;
在干燥之后,将线匝绝缘系统应用到各个铜线圈,其中线匝绝缘系统包括线匝绝缘件和粘合剂,其中线匝绝缘件包括玻璃纤维增强的聚酰胺酰亚胺、玻璃纤维增强的聚酯或玻璃纤维增强的高温酚醛环氧树脂中的至少一者;
在应用后固化具有线匝绝缘系统的各个铜线圈;以及
将具有线匝绝缘系统的多个铜线圈叠置在位于转子的多个转子槽中的各个。
优选地,通过使用碱性清洁剂而执行清洁。
优选地,溶液含有亚氯酸钠、氢氧化钠、磷酸三钠和去离子水中的一者。
优选地,产生的持续时间为大约4分钟至大约45分钟的时间周期。
优选地,溶液的溶液温度在大约45℃至大约70℃的范围内。
优选地,氧化铜层的厚度在大约150nm至大约5微米的范围内。
优选地,清洗包括用水清洗,随后用去离子水清洗。
优选地,水具有大约25℃至大约50℃的水温。
优选地,粘合剂具有至少130℃的温度指数。
优选地,粘合剂为一部分基于双酚A的环氧树脂、聚酰胺酰亚胺、聚酯或高温酚醛环氧树脂中的至少一者。
优选地,固化对于一部分基于双酚A的环氧树脂为不少于大约4小时处于大约90℃至大约120℃的固化温度、对于聚酰胺酰亚胺为大约2小时至大约3小时处于大约180℃至大约210℃的固化温度、对于聚酯为不少于大约4小时处于大约150℃至大约170℃的固化温度,或对于高温酚醛环氧树脂为不少于大约4小时处于大约150℃至大约170℃的固化温度。
优选地,线匝绝缘件包括玻璃纤维增强的酚醛环氧树脂、玻璃纤维增强的聚酰胺酰亚胺、玻璃纤维增强的聚酯或玻璃纤维增强的高温酚醛环氧树脂中的至少一者。
一种方法,包括:
清洁多个铜线圈;
在清洁之后,通过在溶液中氧化铜线圈来在铜线圈上产生氧化铜层;
在产生之后清洗铜线圈;
在清洗之后干燥铜线圈;
在干燥之后,将线匝绝缘系统应用到铜线圈,其中线匝绝缘系统包括线匝绝缘件和粘合剂;以及
在应用之后固化具有线匝绝缘系统的铜线圈。
优选地,通过使用碱性清洁剂来执行清洁。
优选地,溶液含有亚氯酸钠、氢氧化钠、磷酸三钠和去离子水中的一者。
优选地,产生的持续时间为大约4分钟至大约45分钟的时间周期。
优选地,溶液的溶液温度在大约45℃至大约70℃的范围内。
优选地,氧化铜层的厚度在大约150nm至大约5微米的范围内。
优选地,粘合剂为一部分基于双酚A的环氧树脂、聚酰胺酰亚胺、聚酯或高温酚醛环氧树脂中的至少一者。
优选地,线匝绝缘件包括玻璃纤维增强的酚醛环氧树脂、玻璃纤维增强的聚酰胺酰亚胺、玻璃纤维增强的聚酯或玻璃纤维增强的高温酚醛环氧树脂中的至少一者。
附图说明
通过连同附图来阅读本发明的以下更具体的描述,将更好理解本发明的以上和其它方面、特征和优点。
图1示出了根据本发明的转子的一个实施例的透视图。
图2示出了根据本发明的转子槽的一个实施例的截面视图。
图3示出了根据本发明的用于制备场线圈绕组组件的工艺的一个实施例的流程图。
附图不必按比例。附图仅为示意表示,并非旨在绘出本发明的具体参数。附图旨在仅绘出本发明的典型实施例,且因此不应当被认作是限制本发明的范围。在附图中,相似的数字表示相似的元件。
具体实施方式
参看图1,场线圈绕组组件100可包括用作常规电动机(未示出)的一部分的转子102,如,可与燃气涡轮或蒸汽涡轮一起使用的发电机。转子102可包括多个转子槽104。如图2中所示和本文中所述,各个转子槽104均可与铜线圈106和线匝绝缘系统108叠置。各个线匝绝缘系统均可包括线匝绝缘件109和粘合剂112。参看图2,示出了多个转子槽104中的一者的截面视图。多个铜线圈106可叠置在转子槽104中。转子槽104可衬有槽室绝缘件(或槽衬)110,如但不限于耐高热环氧树脂玻璃叠层(其玻璃态转化温度(环氧树脂固化程度的量度)至少160℃)。多个线匝绝缘系统108可通过利用粘合剂112将多个线匝绝缘件109中的一者粘合到多个铜线圈106中的一者从而被利用于铜线圈106之间,导致各个线匝绝缘系统108被利用于两个铜线圈106之间。各个线匝绝缘件108可通过使用粘合剂112而粘合到两个铜线圈106中的至少一者。粘合剂112可包括一部分基于双酚A的环氧树脂、聚酰胺酰亚胺、聚酯或高温酚醛环氧树脂中的至少一者。使用一部分基于双酚A的环氧树脂、聚酰胺酰亚胺、聚酯或高温酚醛环氧树脂来用于将线匝绝缘件109粘合到铜线圈106是通过本文所述的以一种或多种方法实现的。楔形件114可在转子槽104的开口端116处插入。
参看图3,示出了本发明的一个实施例中的方法的流程图。如图3中所示,在S1处,可清洁铜线圈106。清洁可除去油、油脂、灰尘和来自于铜线圈106的其它污染物。清洁可通过使用碱性清洁剂或用于从铜线圈106除去油、油脂、灰尘和其它污染物的任何其它适合的方法来执行。
在S2处,在清洁之后,氧化铜层可通过使铜线圈106在溶液中氧化来产生在铜线圈106上。溶液可包括亚氯酸钠、氢氧化钠、磷酸三钠和去离子水中的一者。亚氯酸钠的溶液可在一升去离子水中具有大约30克/升的浓度。氢氧化钠的溶液可在一升的去离子水中具有大约10克/升的浓度。磷酸三钠的溶液可在一升的去离子水中具有大约5克/升的浓度。去离子水的溶液可具有大约1000克或1升。产生的持续时间可为大约4分钟到大约45分钟的时间周期,其中优选范围为大约15分钟至大约30分钟。溶液的溶液温度可在大约45℃至大约70℃的范围内,其中优选范围为大约50℃至大约60℃。产生可导致大约150nm至大约5微米的范围内的氧化铜层的厚度,且更具体而言,当产生分别在大约50℃下进行大约30分钟和大约45分钟时,在大约170nm至310nm的范围内。
在S3处,在产生之后,清洗铜线圈106。清洗可包括用水清洗,随后用去离子水清洗。水可具有大约25℃至大约50℃的水温。在S4处,在清洗之后,铜线圈106可通过使用用于干燥铜线圈106的任何适合的方法(例如,吹热空气)来干燥。
在S5处,在干燥之后,线匝绝缘系统108应用于铜线圈106的一侧。将线匝绝缘系统108应用于铜线圈106的一侧可包括利用粘合剂112应用线匝绝缘件109。粘合剂112可以以任何适合的方法涂刷、浸渍或应用到线匝绝缘件109或铜线圈106。当以155℃的优选温度推算大约20000小时时,粘合剂112可具有至少130℃至155℃的温度指数。在损失5%的粘合剂重量时,粘合剂112可具有大约300℃的退化温度。大体上,具有这些特征的粘合剂112将对于本领域中拥有普通技术的人而言明显。粘合剂112可包括耐高温环氧树脂粘合剂。粘合剂112可包括一部分基于双酚A的环氧树脂、聚酰胺酰亚胺、聚酯或高温酚醛环氧树脂中的至少一者。线匝绝缘件108可包括玻璃纤维增强的酚醛环氧树脂、玻璃纤维增强的聚酰胺酰亚胺、玻璃纤维增强的聚酯或玻璃纤维增强的高温环氧树脂中的至少一者。玻璃纤维增强的酚醛环氧树脂可具有至少160℃的玻璃态转化温度,且可高达200℃的后固化。当推算大约20000小时时,线匝绝缘件108可具有大约280℃至240℃的温度指数。当损失5%的线匝绝缘件重量时,线匝绝缘件108可具有至少330℃的退化温度。大体上,具有这些特征的线匝绝缘件108将对于本领域中拥有普通技术的人而言明显。线匝绝缘件108可具有大约10mil至大约14mil的厚度。
在S6处,在应用之后,具有线匝绝缘件108和粘合剂112的铜线圈106固化。本领域的技术人员将容易认识到的是,不同的粘合剂112可在一定时间范围内在多种温度下固化。对于一部分基于双酚A的环氧树脂,优选的固化可对于不少于大约4小时处于大约90℃至大约120℃的固化温度。对于聚酰胺酰亚胺,优选的固化可对于大约2至3小时处于大约180℃至大约210℃的固化温度。对于聚酯,优选的固化可对于不少于大约4小时处于大约150℃至大约170℃的固化温度。对于高温酚醛环氧树脂,优选的固化可对于不少于大约4小时处于大约150℃至大约170℃的固化温度。
在S7处,在固化之后,多个铜线圈106可叠置在槽室绝缘件110之间的转子槽104中;并且,在S8处,在叠置之后,楔形件114可在转子槽104的开口端116处插入。
本领域的技术人员将认识到的是,本文提出的方法可用于重绕发电机的铜线圈。发电机的铜线圈可为未组装的、清洁的,且在重绕到转子上之前,可如本文所述那样被处理。
尽管本文描述了各种实施例,将从说明书中认识到的是,其中的元件、变型或改进的各种组合可由本领域中的技术人员制作出,且在本发明的范围内。此外,可制作出许多修改,以使特定情形或材料适合本发明的教导内容,而不脱离其基本范围。因此,期望本发明不限于公开为用于执行本发明构想出的最佳模式的特定实施例,而是本发明包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。
部件列表
场线圈绕组组件100
转子102
多个转子槽104
铜线圈106
线匝绝缘系统108
线匝绝缘件109
槽室绝缘件110
粘合剂112
楔形件114
开口端116
Claims (10)
1.一种制备场线圈绕组组件的方法,包括:
清洁多个铜线圈;
在所述清洁之后,通过在溶液中氧化各个所述铜线圈来在各个所述铜线圈上产生氧化铜层;
在所述产生之后清洗各个所述铜线圈;
在所述清洗之后干燥各个所述铜线圈;
在所述干燥之后,将线匝绝缘系统应用到各个所述铜线圈,其中所述线匝绝缘系统包括线匝绝缘件和粘合剂,其中所述线匝绝缘件包括玻璃纤维增强的聚酰胺酰亚胺、玻璃纤维增强的聚酯或玻璃纤维增强的高温酚醛环氧树脂中的至少一者;
在所述应用后固化具有所述线匝绝缘系统的各个所述铜线圈;以及
将具有所述线匝绝缘系统的所述多个铜线圈叠置在位于转子的多个转子槽中的各个。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过使用碱性清洁剂而执行所述清洁。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述溶液含有亚氯酸钠、氢氧化钠、磷酸三钠和去离子水中的一者。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述产生的持续时间为大约4分钟至大约45分钟的时间周期。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述溶液的溶液温度在大约45℃至大约70℃的范围内。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述氧化铜层的厚度在大约150nm至大约5微米的范围内。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述清洗包括用水清洗,随后用去离子水清洗。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述水具有大约25℃至大约50℃的水温。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述粘合剂具有至少130℃的温度指数。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述粘合剂为一部分基于双酚A的环氧树脂、聚酰胺酰亚胺、聚酯或高温酚醛环氧树脂中的至少一者。
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Application publication date: 20140709 |