CN108140453B - 电导体组件及生产被电绝缘的电导体的方法 - Google Patents

Abstract

本文提出一种用于电机的电导体组件(100)。导体组件包括电导体(120)，以及用于使导体(120)电绝缘的绝缘体(110)，绝缘体(110)具有电绝缘材料。绝缘体(110)具有至少一个膜(150)，其包括第一边缘部分(151)。第一边缘部分(151)通过加热和熔化绝缘材料的一部分来结合至绝缘体(110)的交叠部分(114,115,116)。此外，还描述了一种用于生产被电绝缘的电导体的方法。

Description

电导体组件及生产被电绝缘的电导体的方法

技术领域

本发明涉及用于电功率装备的被绝缘的导体的领域，具体而言涉及纵向导体，诸如线圈和电缆。本发明进一步涉及用于生产被电绝缘的电导体的方法，特别是用于生产被电绝缘的纵向电导体，诸如线圈和电缆的方法。

背景技术

电导体(诸如，线圈、罗贝尔棒、或更简单几何结构，如线和电缆等)被绝缘，例如，用于使电压对地面绝缘，而且用于避免线圈的单个绕组之间的接触(如果绕圈处于不同电势)。在一些示例中，导体可被绝缘，以在电动马达(例如，电动马达的定子)中避免HV(高电压)构件到地面之间的短路。

为了生产被纵向绝缘的导体，通常经由带的缠绕/重叠应用重叠的绝缘，特别是在涉及带有许多匝的复杂形状以及带有大的几何形状的弯曲部且一维挤出(所谓的“直接”应用绝缘材料)困难的情况下。示例是用于电机的导体绕组(HV线圈和罗贝尔棒)，其中云母带用于绝缘，然而需要通过浸渍热固性树脂和后续热固化来巩固。需要额外的劳动和成本密集步骤来进行巩固，以防止层和导体之间的空隙。

而且简单纵向导体(诸如(高电压)HV电缆)使用重叠技术，其中绝缘纸/层压材料围绕导体缠绕，且粘性绝缘流体用于填充间隙(所谓的质量浸渍的电缆)。热塑性带(作为围绕导体缠绕的重叠绝缘)的巩固还可在重叠之后由热压来实现。然而，将需要非常高的温度来熔化外热压板下的所有层，从而材料有可能退化的风险。此外，此热压处理再次需要简单几何形状且不允许各种各样的导体形状。

当前，所谓的真空压力浸渍(VPI)技术被使用且由许多电机制造商广泛应用。在该过程中，云线带形成的层缠绕在导体上。云线带形成的层浸渍有热固性树脂且后续被热固化，以获得所谓的主壁绝缘，即最终云母-树脂复合物。

更显著地，在浸渍过程和材料上近几年仅有很少进展，所有缺点保留：在车间处理液体树脂(通常是环氧酐和聚酯树脂系统)引起健康和安全以及环境问题，这是因为化学气体从大VPI罐蒸发。浸渍和固化两者都很消耗时间(很多小时)和能量(大炉的加热)，同时还产生必须消除的化学烟。

此外，由于仅低粘性液体树脂可在该已知过程应用，所以该过程仅限于热固性材料。云母带浸渍的原理(故以液体填充间隙)将总是承担空隙和局部放电的风险，从而导致设计领域的限制。

US5105057A公开了一种被绝缘的磁体线及其形成方法。导体包括纸绝缘片材，其沿纵向方向或以螺旋方式包缠到线上。绝缘片材包括热塑性树脂形成的层，其预先涂覆到纸片材的一侧上。树脂覆盖纸的整个表面，且在包缠时，片材具有交叠边缘，其通过在包缠之前不久局部地熔化树脂层的边缘而结合。树脂然后重新熔化且重新固化在线上以形成平滑连续精确且无缝的外表面。重新熔化通过牵拉通过一个或多个经加热的模具而执行，这也会减小树脂层的厚度，从而在模具上游形成熔化树脂的环形卷边。

发明内容

鉴于上文，提供了根据权利要求1的电导体组件，以及根据权利要求13的用于生产电绝缘电导体的方法。根据从属权利要求、描述和附图，本发明的另外的方面、优点和特征将显而易见。

根据本发明的方面，提供了一种用于电机的电导体组件。导体组件包括电导体；以及用于使导体电绝缘的绝缘体，其中绝缘体包括电绝缘材料。典型地，绝缘体还包括至少一个膜，其包括第一边缘部分。膜的第一边缘部分通过加热和/或通过加热和熔化绝缘材料的一部分来结合至绝缘体的交叠部分。

根据本文描述的实施例的电导体组件对传统VPI(真空压力浸渍)技术和云母-树脂主壁绝缘(其通过重叠云母带，以液体热固性树脂浸渍和热固化来生产)提供有利的备选方案。根据本文描述的实施例的电导体组件提供许多优点，诸如，由于可能较高的温度等级和较低局部放电(PD)而导致的较好电性能，减少用于绝缘的处理时间，简化处理步骤，以及较少环境、健康和安全问题。在一些实施例中，根据本文描述的实施例的电导体组件可替代质量浸渍技术而用于重叠的电缆(例如，用于较大HVDC电缆)，替代树脂-纸或树脂-织物浸渍过程而用于HV衬套，或用于电容器以便获得较好层界面。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于生产被电绝缘的电导体的方法。该方法包括：提供电导体；布置至少一个膜，其包括第一边缘部分和电绝缘材料，以用于形成绝缘体来使导体电绝缘。该方法还包括，将该至少一个膜的第一边缘部分通过加热和/或通过加热和熔化绝缘材料的一部分来结合至绝缘体的交叠部分。

本文描述的实施例相比于VPI技术和云母-树脂主壁绝缘概念允许简化用于使电导体绝缘的过程。简化过程导致降低的生产成本，其继而影响最终产品的成本。此外，根据本文描述的实施例的方法比已知过程耗时较少，且因此可有助于增加生产线的生产率。此外，根据本文描述的实施例的方法避免由于处理期间应用的热而引起的绝缘材料的退化。

附图说明

将参照附图中示出的有利示例性实施例在以下文本中更详细地论述本发明的主题，在附图中：

图1a是根据本文描述的实施例的设有绝缘体的电导体组件的示意图；

图1b是根据本文描述的实施例的设有绝缘体的电导体组件的示意性局部更详细视图；

图1c是根据本文描述的实施例的沿线A-A的图1b的电导体组件的示意性截面示图；

图1d是根据本文描述的实施例的电导体组件的绝缘体的膜的示意性局部视图；

图2a是根据本文描述的实施例的设有绝缘体的电导体组件的示意图；

图2b是根据本文描述的实施例的图2a的电导体组件的示意性局部更详细视图；

图3是根据本文描述的实施例的用于生产电导体组件的设备的示意图；

图4示出根据本文描述的实施例的用于生产被电绝缘的电导体的方法的流程图；以及

图5示出根据本文描述的实施例的电导体组件的样本的剖切截面的示意图。

图中使用的参照标号及其意义在参照标号列表中以概述形式列出。原则上，在图中，相同部件提供有相同参照标号。

具体实施方式

根据本文描述的实施例，提供具体而言在电功率装备中(具体在旋转机器中)使用的电导体组件。例如，根据本文描述的实施例的电导体组件可用在电机、电缆、电容器、衬套、电动马达、发电器和/或变压器中。

图1a示出电导体组件100的示例，电导体组件100包括绝缘体或绝缘件110，以用于使导体电绝缘。图1a的示例示出纵向导体，画出其中的区段。绝缘体110由至少一个膜形成(在图1a的示例中，绝缘体由一个膜形成)。图1d示出了膜150的实施例，其可用于形成根据本文描述的实施例的绝缘体110。膜150提供第一边缘部分151和第二边缘部分152。

典型地，本文提到的膜的边缘部分可为在膜的边缘处开始且沿宽度方向(宽度方向大致垂直于膜的长度方向)向内或朝膜的中心延伸的膜的一部分。在图1d中，以虚线示出了边缘部分151和152。根据一些实施例，膜150的边缘部分151和/或152可包括在膜的边缘处开始的膜的40cm到200cm的区域。在一些实施例中，膜的边缘部分151和/或152典型地包括在膜的边缘处开始的膜宽度的高达50%，更典型地膜宽度的高达20%，且甚至更典型地膜宽度的大约5%。边缘部分的宽度可取决于膜尺寸且可相应地选择。此外，边缘部分的宽度可取决于膜的材料、期望的绝缘、膜的所意图的应用和/或待绝缘的导体、待绝缘的导体的运行范围等。在一个示例中，根据一些实施例，与之前围绕导体而提供的膜交叠的膜的部分可占据高达膜宽度的100%。在此情况下，沿膜长度的不同区段可一个卷在另一个上。

在根据本文描述的实施例的电导体组件中，膜150的第一边缘部分结合至导体上的绝缘体。典型地，膜150的第一边缘部分结合至绝缘体，当膜铺设在导体上或周围时，绝缘体已经在导体上或周围存在。根据一些实施例，第一边缘部分可描述为结合至绝缘体的交叠部分。例如，绝缘体的交叠部分由铺设在已经存在于导体上或周围的绝缘体的一部分上的膜产生。典型地，已经存在于导体上或周围的绝缘体可为提供边缘部分来结合至绝缘体的膜的区段。

图1b示出电导体组件和包括交叠部分114、115、116的绝缘体110的更详细视图。在图1b中，交叠部分的外边缘(其为未由另一膜覆盖的边缘)以比内边缘(其由设在导体上或周围的后续膜绕组覆盖)以更粗的线画出。例如，膜的第一区段111首先设在导体上。在那之后，提供膜的第二区段112，其与第一区段111局部交叠，具体而言在交叠部分115中与膜的第一区段111交叠。典型地，膜的第二区段112的第一边缘通过加热和熔化存在于膜中的绝缘材料而结合至绝缘体(在该示例：膜的第一区段111)的交叠部分115。膜的第三区段113设在导体上或附近，再次具有边缘部分，其通过加热和熔化而结合至第二区段112的交叠部分116。技术人员可想象，导体的整个长度可设有一个或多个膜的相继提供的区段。根据一些实施例，设在导体上的膜的第一区段可由面向导体的侧处的粘合剂固定至导体，如下文将详细论述的那样。

根据一些实施例，在一些示例中，膜被描述为围绕导体螺旋地缠绕，如图1b的示例中所示的那样。从而，螺旋地缠绕的膜的每一绕组可包括一部分，其与已经存在于导体上或周围的绝缘体、或膜自身的之前区段交叠。具体而言，两个或更多个膜螺旋地缠绕在另一个顶上，例如通过将膜相继缠绕在导体(和/或导体上已经存在的绝缘体)上，或备选地将膜缠绕在导体和/或导体上已经存在的绝缘体上。

图1c示出沿图1b中所示的线A-A的电导体组件100的截面示图。导体120在其直径的宽范围上环绕有膜的第二区段112。在导体的较低部分处，膜的第三区段113铺设在导体120上。在图1c的截面视图中，可见交叠部分116，其部分地示出为剖视图(在导体120的侧处)且在导体120的较低部分处示出为平面视图。技术人员将理解，本文使用的方向用语(诸如，“较低”、“侧”、“顶”等)并非意思是限制导体的定向，而是仅用于较容易地理解示例性所画的图。

导体120在图中示出为带有大致圆形截面的导体。然而，根据一些实施例，导体可提供成待绝缘的导体可具有的任何适合的形状和大小。此外，尽管导体在图1c中示例性地示出为一件，但本文中提到的导体还可为成束的若干导体。在一些实施例中，导体可为缠绕的导体。例如，包括成束的小导体的导体可设成缠绕的导体的形式，诸如线圈或罗贝尔棒。备选地，其可为具有任何适合截面形状的电缆或导体(包括布置成束的单个导体的不同形状，和/或束本身的形状)，诸如圆形、卵形、矩形、棱形、三角形等。

根据一些实施例，膜可至少部分地环绕导体(例如，当在生成根据本文描述的实施例的导体组件期间，绝缘体还没有完成时)。在一些实施例中，膜可设成带、片材、织物、绝缘纸和/或层压材料的形式。在一些实施例中，膜可包括热塑性材料。在其它实施例中，膜可包括(各种)带，其带有外粘合剂，例如可固化材料(诸如，树脂)和非可固化材料(诸如低分子量的聚合物)。例如，可加热可固化的材料，以用于激发化学反应来在交叠部分中提供结合。

本文描述的实施例因此涉及电导体组件以及用于通过所谓的激光辅助式带缠绕而生产电绝缘本体，特别是纵向导体(诸如，线圈、线和电缆)的方法。为此且根据本文描述的一些实施例，热塑性带可围绕导体机械地缠绕，且相继地交叠的层同时加热和熔化顶表面(例如，通过激光熔化)。在一些实施例中，辊可确保熔化层的进一步巩固，熔化层可为将在下文详细论述的不同层或膜。利用匝数(以及膜的厚度)，绝缘的最终厚度可控制。用于移动以进行连续交叠的不同方式是可能的：导体和/或带供应与激光源一起移动。

如提到的那样，激光源可用于加热和熔化绝缘体的交叠部分。在以下描述中，将主要提到激光熔化来提供结合，但有若干用于加热和熔化膜的选择，诸如通过使用加热枪或其它热源。相比于使用诸如筒加热器和热气体的热源的其它热辅助式带缠绕，IR激光可以高能量密度局部地应用，且因此关于其有效性是有利的。这允许在几毫秒中高效熔化顶表面，以及层之间有最优界面，而没有任何材料退化。

用于本文公开的实施例的大体原理和用语相对于图1a至1d而描述。在以下，描述了用于改型和变型的示例。技术人员将理解，本文描述的单个实施例的特征可与本文描述的其它实施例组合，虽然未针对每一单个特征明确地提到这一点。

图2a和2b示出了其中电导体组件100提供了膜的不同角度的实施例。膜的角度在图1a由角度117示例性地指示，在导体的长度轴线(长度方向为带有最大延伸的方向)和膜的边缘(可见的外边缘或由膜的下一区段覆盖的不可见的内边缘)之间测得角度117。根据一些实施例，角度117可描述为膜的包缠角度。在图1a中所示的示例中，角度117为大约65°。根据一些实施例，根据本文描述的实施例的电导体组件的包缠角度可在0°到大约90°之间。例如，图2a示出了0°的包缠角度。换句话说，膜沿导体的长度方向铺设在导体上。技术人员将理解，在未在描述和/或附图中明确提到的情况下，可使用0°到90°之间的每一个角度。

在图2b中，示出了图2a的电导体组件100的一部分的更详细视图。以如图1b中所绘的类似方式，图2b示出了设在导体120上或周围的交叠部分114、115和116。交叠部分114、115和116沿大致垂直于导体的长度方向的方向交叠。根据本文描述的一些实施例，绝缘体110设有膜，其示例性地包括第一区段111、第二区段112和第三区段113，各自具有如上文详细描述的边缘部分。因此，交叠部分116由第一区段111和第二区段112的边缘部分的交叠形成，且交叠部分115由第二区段112和第三区段113的边缘部分的交叠形成。可提供另外的交叠部分，且膜的交叠部分或匝的数目不限于图中所示的简化示例。

根据可与本文描述的其它实施例组合的一些实施例，绝缘体可包括多于一个膜。例如，绝缘体可包括两个膜(例如，第一膜和第二膜)，其以交替方式铺设在导体周围。具体而言，第二膜可与已经设在导体上或周围的第一膜的边缘部分交叠。在一些实施例中，不同膜可以若干层铺设在导体上或周围。例如，第一膜首先铺设在导体上，且之后，第二膜可铺设在导体上且通过加热和熔化而结合至第一膜(和/或至第二膜的交叠部分)上。根据一些实施例，绝缘体中的膜的数目可取决于待绝缘的导体、电机(其中将使用导体)、应用的电压以及导体或意图的操作的另外的参数来选择，如技术人员将理解的那样。根据一些实施例，膜可设成具有不同层。例如，膜可为多层膜。在一个实施例中，膜包括粘合剂，或在膜的一部分处(例如在膜的开始处，在那里，膜将第一次围绕导体包缠)包括粘合剂。具体而言，粘合剂可设在面向导体(120)的膜的侧处。通过提供粘合剂，膜可固定至导体，即使还不存在绝缘体以通过加热和熔化而将膜固定在其上。这意味着，提供给膜的粘合剂可为适合将膜固定至传导材料(诸如，金属，如铜等)的粘合剂。根据一些实施例，膜的不同层可设成具有不同熔化温度。具体而言，多层膜中的至少一个表面层比多层膜中的另一层具有更低的熔化温度。例如，膜的外层或表面层(例如，不意在面向导体的层)相比于膜的其它层可具有相对低的熔化温度。此外或备选地，将要面对导体的表面层相比于膜的其它层可具有相对低的熔化温度。将一个或多个表面层提供成具有相对低的熔化温度(相比于多层膜中的其它层)，可有助于熔化膜的仅表面层，使得过程高效且确保激光在膜上适当和可预测的效果，且尤其是限定的熔化深度。在一个示例中，膜可具有三层，其中粘合层在膜的两侧上(外侧和内侧，内侧为意在面对导体的侧)。

根据一些实施例，膜可包括一个或多个另外的层。例如，膜可包括半导体或场分级材料。典型地，在该语境中使用的用语“半导体”应当理解为电导率在导体(诸如铜)的电导率和绝缘体(诸如，玻璃)的电导率之间的材料。根据一些实施例，膜中的半导体材料在20°C下可具有典型地大约10^-5S/m到大约10³S/m之间的电导率值，且更典型地大约10到大约10²S/m之间的电导率值。与其相比，本文提到的导体可理解为具有传导电的属性的材料。本文提到的导体在20°C下可具有等于或大于10³S/m的电导率值。本文使用的绝缘体或绝缘材料可理解为阻电的材料。绝缘材料的电导率在20°C下可典型地从大约1*10^-8S/m到大约1*10^-20S/m之间，且更典型地从1*10^-9S/m到1*10^-16S/m之间。例如，Al₂O₃的电导率从10^-10S/m到10^-12S/m。

在一个示例中，使用多层带，其包含例如多种热塑性材料、额外的粘合层或甚至铝或其它金属片材。在一些应用中，金属层可为带的一部分，例如，提供为完整金属层或带有蒸发/沉积的金属的聚合多层膜。此外，如果需要功能层(例如，用于内或外电晕保护)，则带可通过使用传导(碳黑)或场分级(ZnO或SiC)填料而由半导体或场分级材料组成或包括它们。然而，技术人员将理解，膜仍为导体提供绝缘体。因此，多层膜可通过使用非传导填料或低量的碳颗粒(诸如< 0.5重量%)而由非传导复合物制成。具体而言，激光辅助式带处理当前主要用于基于碳纤维的带，这是由于碳黑能够吸收IR激光能量以转换成热。然而，碳纤维妨碍膜的本文描述的实施例期望的的绝缘特性。

在一些实施例中，多层膜允许在导体处或周围一次提供若干层(不同)材料。例如，膜可包括一种材料，其增加材料在激光源的照射下的反应性，诸如更快或更高效的加热、熔化等。根据本文描述的一些实施例，激光活性材料可为Nanopigment Lumogen IR 1050、Iriotec 8825、NIR 1003P、LWA983A和/或LWA267，且可加入膜的层中的一个，或加入膜的所有层。根据一些实施例，这些材料有激光活性的且非传导性的，从而对于将由膜形成的绝缘体特别有用。在一些实施例中，膜的仅部分可包含此激光传导材料，例如，膜150的边缘部分151或152，如图1d中所示。在一些实施例中，仅膜的表面部分可设有激光活性材料。

根据一些实施例，激光活性材料可具有的波长吸收范围典型地在大约100nm到大约10000nm之间，更典型地在大约200nm到大约10000nm之间，且甚至更典型地在大约500nm到大约10000nm之间。

大体上，膜可包括宽范围的绝缘材料。例如，膜可包括从日用品到阻抗高温和电场的高性能热塑性材料，填充材料(二氧化硅、氧化铝或云母)和纤维材料(例如，玄武岩或玻璃)或织物加强材料(例如，玻璃布)，以具有优选的机械特性等。在一些实施例中，可使用热塑性材料，诸如高性能热塑性材料，诸如PES、PESU、PBT、PP、PEEK或PSU。此外，在一些实施例中，可典型地使用无纤维带，以具有较好的材料界面和较少空隙以及较低材料成本。在其它示例中，可使用与玻璃纤维组合的热固性材料。大体上，在用于膜的可能使用的材料之中，可使用设有外粘合剂(例如，可固化(树脂)和非可固化(低分子量聚合物))的膜。例如，可迫使可固化的材料执行化学反应来将膜的边缘部分和绝缘体的交叠部分结合在一起。

典型地，导体的表面可粗糙化，以增加导体和膜之间的粘合，特别是当膜直接铺设在导体上或周围时。例如，带的第一绕组可与导体直接接触。在一些实施例中，除了一个边缘部分与绝缘体交叠之外，膜的表面可与导体接触。具体而言，导体的表面可通过喷沙、化学品、预处理、清洁、化学/物理激活等来粗糙化。

图3示出了装备300的示例，其可用于生产根据本文描述的实施例的电导体组件。示出导体120，其如上文提到的那样可围绕其纵向轴线旋转。导体120的旋转由导体内的箭头示例性示出。装备300可包括用于在处理期间支撑导体的心轴。装备300可进一步包括巩固辊211，其对待铺设在导体120上的膜150提供引导且最终提供一些压力。

根据本文描述的一些实施例，装备可还包括激光器200，其产生激光束210，例如，其波长范围典型地在大约100nm到大约10000nm之间，更典型地在大约200nm到大约10000nm之间，且甚至更典型地在大约500nm到大约10000nm之间。在一些实施例中，激光源可放置在现今的用于云母带和高电压线圈的缠绕装备的缠绕头部处。作为导体的旋转的备选或补充，激光源(例如，在一些实施例中可使用两个激光源)可跟随云母带的辊在圆内移动。

可提供膜150，其意在形成用于导体120的绝缘体。膜150示出为具有两个区段：第一区段110-1，其存在于导体120上或周围，且因此已经形成绝缘体的一部分；以及第二区段110-2，其意在铺设在导体120上或周围。激光束可指向膜区段110-1和/或膜区段110-2的表面，具体而言膜区段110-2将要接触膜区段110-1的部分。根据一些实施例，激光束210可指向膜区段110-1的一部分，该部分可描述为膜区段110-1的边缘部分，或其可描述为膜区段110-1或存在于导体120上或周围的绝缘体的交叠部分。

典型地，激光器200和膜150的膜材料可选择成，使得激光束210至少在膜150的表面上加热膜150。具体而言，激光束加热膜的材料(尤其在膜150的两个区段110-1和1102中)，高达膜的材料至少部分地(例如，在表面上)熔化。当膜区段110-2铺设在膜区段110-1的熔化表面上时，膜区段110-1(或，更详细地，其边缘部分)结合至膜区段110-1(其可描述为将绝缘体提供给导体)。

根据一些实施例，可提供导体120或装备300的轴向移动，以用于连续地用膜覆盖导体的整个长度，从而形成用于导体的绝缘体。

如图3中所见，根据本文描述的实施例的导体组件可通过“原位”焊接来生产，该焊接用于加热/熔化膜材料且同时使膜重叠在导体上或周围。

图4示出根据本文描述的实施例的用于生产电隔离的电导体的方法的流程图。方法400可例如通过如图3中所示的组件来执行。在框401中，方法包括，提供电导体，其可为如上文实施例中描述的电导体。例如，电导体可为纵向导体，如电缆、线圈、棒等。在一个示例中，导体可由铜制成，或可最大程度地包括铜。

在框402中，方法400包括，布置一个或多个膜。在一个示例中，布置膜可包括，将膜布置在导体上或周围，例如，与导体直接接触，或与设在导体上的层接触。根据一些实施例，布置膜可包括，围绕导体螺旋地缠绕膜。例如，膜可围绕导体缠绕成角度(诸如，图1a中所示的角度117)，该角度在0°到大约90°之间。膜可包括第一边缘部分，如图1d中示例性所示(边缘部分151)。此外，膜包括电绝缘材料，以用于形成绝缘体来使导体电绝缘。具体而言，在布置在导体上或周围之后，膜可形成绝缘体。

根据本文描述的实施例，框403包括，将膜的第一边缘部分结合至形成在导体上或周围的绝缘体的交叠部分。根据一些实施例，例如通过提供半导体材料层，存在于导体上或周围的绝缘体可能还不是完全隔离性的。技术人员将理解，当用于生产电导体的绝缘件的方法结束时，膜的边缘部分结合至其上的绝缘体完全形成。为了简洁描述，膜仍描述为结合至绝缘体。典型地，通过加热且尤其通过加热和熔化绝缘材料的一部分来执行结合。在一些实施例中，加热可引起化学反应，以用于将膜结合至绝缘体，诸如在可固化材料的情况下。

根据可与本文描述的其它实施例组合的一些实施例，加热和熔化绝缘材料的一部分包括，加热和熔化膜的表面的部分。具体而言，加热和熔化包括，加热和熔化将要与绝缘体交叠的膜的部分的表面，如图1b和图2b中示例性示出，在交叠部分114、115和116中。技术人员将理解的是，如上文描述，一些实施例可通过加热和化学反应来实现设在导体上或周围的膜和绝缘体的结合，具体而言在膜的边缘部分中。关于提到“加热和熔化”的方法而描述的特征可因此在使用“加热和化学反应”时使用。

在一些实施例中，布置膜可包括，围绕导体将包括绝缘材料的带缠绕若干绕组。这可理解为带缠绕过程，具体而言激光辅助式带缠绕过程。绕组可布置成0°到大约90°之间的角度，如图1b和2b中示例性所示。激光辅助式带缠绕过程可通过使激光(诸如，图3中所示的激光束210)指向缠绕在导体上的绕组(诸如，已经缠绕在导体上的绝缘体或半导体层)的表面来执行。备选地或此外，激光可指向将要铺设/缠绕在导体上的膜的表面，例如，图3中所示的膜150的第二区段110-2。

根据本文描述的实施例，通过加热和熔化膜的结合会导致膜包括熔化的部分和未熔化的部分。图5示出根据本文描述的实施例的导体组件的绝缘体的分析。典型地，分析可通过扫描电子显微镜技术来执行。图5示出熔化的部分131、132、133、134(其熔化且后续固化)和未熔化部分141、142、143、144、145(其未熔化)。熔化的部分131、132、133、134提供绝缘体的交叠部分与膜的边缘部分的结合作用。短暂返回图1b或图2b，膜的交叠部分114、115和116可典型地包括熔化部分。根据本文描述的实施例，熔化的部分131、132、133和134(其熔化且后续固化)的形态和未熔化部分141、142、143、144、145的形态不同。在图5中，形态差异通过相应部分的不同颜色和图案示出。此外，图5示出，熔化的部分131、132、133、134沿宽度方向比未熔化部分141、142、143、144、145更小。更小区域是激光的良好方向性和膜材料的精确焊接(仅在待结合的部分包括热冲击)的结果。具体而言，未熔化部分相比于熔化的部分具有未修改的形态。根据一些实施例，形态的修改可包括材料结构、结晶度、密度、材料的单个成分的分布、材料的单个成分的含量等的修改。

在以下，将描述短测试，以用于示出本文描述的实施例的可行性。具体而言，出现关于在激光辅助式带缠绕之后焊接层之间空隙的存在的问题。根据一些实施例，生产了5mm壁厚、内径100mm且长度200mm(通过重叠在心轴上)的管。在该情况下，使用带有碳纤维的HDPE带。管由X射线CT(计算断层照相法)在各种位置处分析。分析示出，原位焊接是成功的，且更重要的是，在处理之后不存在空隙。进一步分析可由SEM(扫描电子显微镜)或X射线分析在样本上进行，其中4个HDPE带的焊接层由激光辅助式带放置(扁平样本)制造。上文论述的图5示出了此分析的示意图。层良好结合在一起。此外，FT-IR光谱和DSC测量已经示出，在处理期间没有材料退化。根据本文描述的一些实施例，避免了材料退化，因为热源仅被应用或引导向膜几毫秒，这具体通过使用激光焊接技术而可行。例如，完全热(接近膜表面的焊接温度)仅可应用几毫秒；然而，技术人员可理解，在第一短期热处理之后，可存在余热剩余。

根据本文描述的实施例的电导体组件可经受范围大约1-5kV/mm的长期电场，和/或范围大约10-100kV/mm的短期电场。

根据一些实施例，电导体组件可典型地在高电压(HV)电机中使用。大体上，本文中提到的电机可为用于高电压的电机。例如，根据本文描述的实施例的电机和电导体组件可适于典型地大于1kV，更典型地大于5kV，且甚至更典型地大于10kV的额定电压。根据一些实施例，额定电压可在大约1kV至大约14kV之间的范围。

本文描述的实施例主要涉及用于HV旋转机器的特定应用，以用于在导体线圈和棒上制造电“主壁”绝缘件。典型地，本文描述的实施例中提供的绝缘层构造成用于提供缠绕的导体的主绝缘或主壁绝缘。根据一些实施例，重叠技术与热塑性带和激光加热一起使用，以用于原位焊接。利用此，用于缠绕导体和使线圈成形的所有其它高效处理步骤将还保留。仅劳动密集和高成本的利用树脂的浸渍和固化将如期望的那样避免。

根据本文描述的实施例，如本文描述的电导体组件和用于生产电导体组件的方法可提供若干优点。具体而言，重叠的绝缘件(特别用于纵向导体，诸如线圈、线或电缆)的干式制造变得可能。此外，如上面的示例测试中所示，根据本文描述的实施例的电导体组件和方法实现干式重叠绝缘件的无放电或很低的局部放电。相比于现有技术中利用重叠、浸渍和固化，这里不使用湿式化学。因此，有总的较低生产成本，其具有较短生产循环以及环境友好过程。特别针对旋转机器应用，应当提到额外优点：允许有可能较高温度和较高电应力水平，以及整个机器的较高效率。

尽管基于一些优选实施例描述本发明，但本领域技术人员应了解，那些实施例绝不应当限制本发明的范围。在不脱离本发明的精神和概念的情况下，对实施例的任何改型和变型应当在本领域普通技术人员的理解内，且因此落入由所附权利要求限定的本发明的范围中。

参照标号：

100 电导体组件

110 膜

110-1 铺设在导体上的膜的第一区段

110-2 铺设在导体上的膜的第二区段

111,112,113 膜的第一区段、第二区段和第三区段

114,115,116 交叠部分

117 包缠角度

120 导体

131-134 绝缘体的熔化部分

141-145 绝缘体的未熔化部分

150 膜

151,152 膜的边缘部分

200 激光器

210 激光束

211 巩固辊

300 装备

400 用于方法的流程图

401-403 用于方法的流程图的框。

Claims (14)

1.一种用于电机的电导体组件(100)，所述导体组件包括：

-电导体(120)；以及

-用于使所述导体(120)电绝缘的绝缘体(110)；

其中所述绝缘体(110)包括包含至少第一区段(111)和第二区段(112)的至少一个膜(150)，所述第一区段(111)和所述第二区段(112)中的每一个具有边缘部分(151)，其中所述膜(150)包括电绝缘材料，以形成用于使所述导体(120)电绝缘的绝缘体(110)；

其中交叠部分(114,115,116)由所述第一区段(111)和所述第二区段(112)的边缘部分的交叠形成；

其中所述绝缘体(110)提供多个交叠部分(114,115,116)；

且其中所述边缘部分(151)通过加热和熔化所述绝缘材料的一部分来结合至所述绝缘体(110)的交叠部分(114,115,116)，以及

其中所述膜(150)包括非传导性的且激光活性的材料，且其中所述膜包括半导体材料或场分级材料。

2.根据权利要求1所述的电导体组件，其特征在于，所述膜(150)的边缘部分(151)的第一边缘部分由激光焊接结合，且/或其中所述绝缘体(110)由激光辅助式带缠绕提供。

3.根据权利要求1或2所述的电导体组件，其特征在于，所述电绝缘材料是热塑性材料。

4.根据权利要求1或2所述的电导体组件，其特征在于，所述绝缘体包括两个或更多个膜(150)，其螺旋地缠绕在彼此的顶上，且通过加热和熔化而结合至彼此。

5.根据权利要求1或2所述的电导体组件，其特征在于，所述至少一个膜是带、片材、织物、绝缘纸、和/或层压材料。

6.根据权利要求1或2所述的电导体组件，其特征在于，所述膜(150)是多层膜，或其中所述膜包括不同材料形成的层。

7.根据权利要求1或2所述的电导体组件，其特征在于，所述膜(150)包括粘合剂，且/或其中所述膜(150)是多层膜，所述多层膜包括具有不同熔化温度的材料形成的层。

8.根据权利要求1或2所述的电导体组件，其特征在于，所述膜(150)包括在100nm至10000nm的波长下有激光活性的材料。

9.根据权利要求1或2所述的电导体组件，其特征在于，所述导体(120)是用于高电压旋转机器的导体线圈或棒。

10.一种功率装备，其具有根据前述权利要求中任一项所述的电导体组件。

11.一种用于生产被电绝缘的电导体的方法(400)，包括：

提供电导体(120)；

布置至少一个膜(150)，其包括电绝缘材料，以形成用于使所述导体(120)电绝缘的绝缘体(110)，

其中所述膜包括至少第一区段(111)和第二区段(112)，所述第一区段(111)和所述第二区段(112)中的每一个具有边缘部分(151)；

其中所述膜(150)还包括非传导性的且激光活性的材料，且其中所述膜包括半导体材料或场分级材料；

由所述第一区段(111)和所述第二区段(112)的边缘部分的交叠形成交叠部分(114,115,116)；

将所述至少一个膜(150)的边缘部分(151)通过加热和熔化所述绝缘材料的一部分来结合至所述绝缘体(110)的交叠部分(114,115,116)；以及

形成多个交叠部分(114,115,116)。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，激光源应用至所述绝缘材料的一部分达1至50毫秒，且/或

其中加热和熔化通过激光焊接执行；且/或

其中加热和熔化所述绝缘材料的一部分包括，将激光器(200,210)指向所述导体和/或存在于所述导体(120)周围的绝缘体的表面，且/或引导向将要铺设在所述导体(120)和所述绝缘体上的膜的表面。

13.根据权利要求11到权利要求12中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法(400)是用于为纵向的导体(120)提供绝缘材料的方法。

14.根据权利要求11到权利要求12中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法是用于为线圈、线缆和棒提供绝缘材料的方法。

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