CN108448770B - 定子线圈绝缘一体化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定子线圈绝缘一体化方法，涉及直流电机技术领域。直流电机的定子线圈包括：母线，母线的匝数为多个，多匝母线构造成直流电机的定子线圈的线圈外形。绝缘纸带，相邻的两匝母线之间均垫有绝缘纸带。硅橡胶绝缘带，多匝母线的外侧包扎有硅橡胶绝缘带。定子线圈绝缘一体化方法，用于制作上述的直流电机的定子线圈。直流电机的定子线圈在不改变电机外形的前提下，能够大大增加电机输入电流，使得电机可以输出更大的功率与扭矩，并且不会缩短电机的使用寿命。

Description

定子线圈绝缘一体化方法

技术领域

本发明涉及直流电机技术领域，具体而言，涉及一种定子线圈绝缘一体化方法。

背景技术

直流电机主要发热源是定子中的绕组，也就是线圈，这些线圈的截面积称作线规。

随着社会的发展，铁路机车与油田钻机对配套电机的功率与扭矩需求越来越大，为了让电机能够输出更大的功率与扭矩，设计者往往只能采用放大定子线圈的线规，增加电机定子电流的方法。

但是，碍于机车与钻机的空间一般是固定的，使得配套电机的外形无法放大，电机内部的定子线圈线规放大的空间也很有限，在定子线圈的线规变化很小的情况下，增加电机定子输入电流来达到加大电机功率与扭矩的目的时，会造成电机绝缘的快速老化，绝缘失效后，电机就会发生短路故障，无法运行，同时影响机车或钻机等设备使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流电机的定子线圈，其能够使得电机在电压不变的情况下，增加输出功率，同时不会缩短电机寿命。

本发明的另外一个目的在于提供一种定子线圈绝缘一体化方法，其能够制作上述直流电机的定子线圈。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明的实施例提供了一种直流电机的定子线圈，包括：

母线，所述母线的匝数为多个，多匝所述母线构造成所述直流电机的定子线圈的线圈外形；

绝缘纸带，相邻的两匝所述母线之间均垫有所述绝缘纸带；

硅橡胶绝缘带，多匝所述母线的外侧包扎有所述硅橡胶绝缘带。

本发明的实施例提供了一种定子线圈绝缘一体化方法，用于制作上述的直流电机的定子线圈，该方法包括：

在由所述母线绕制而成的所述线圈外形上包扎所述硅橡胶绝缘带形成线圈主体；

在所述线圈主体的外部包扎热收缩带；

将包扎所述热收缩带后的所述线圈主体夹持；

对所述线圈主体分阶段通电加热；

将所述线圈主体解除夹持，剥离所述热收缩带，将所述线圈主体的线圈接头密封后对所述线圈主体整体进行烘烤。

在本发明的可选实施例中，在包扎所述硅橡胶绝缘带的步骤中，采用半叠包的方式包扎；

若所述直流电机的定子线圈要应用于额定电压在1000V以下的直流电机，则半叠包一层；

若所述直流电机的定子线圈要应用于额定电压大于1000V且在2000V以下的直流电机，则半叠包两层。

在本发明的可选实施例中，所述硅橡胶绝缘带从所述线圈外形的直线边开始包扎，包扎时，所述硅橡胶绝缘带与所述母线的角度为75°。

在本发明的可选实施例中，在对所述线圈主体分阶段通电加热的步骤中：

先以10-12℃每分钟的上升温度加热所述线圈主体直到温度达到70±5℃，保持此温度5分钟；

再以10-12℃每分钟的上升温度加热，直到所述线圈主体的温度达到160±5℃，保持此温度2分钟。

在本发明的可选实施例中，该方法夹持所述线圈主体所用的装置为一体化工装，所述一体化工装包括箱体、盖板、衬垫组、压板组和固定组件；

所述衬垫组包括多个衬垫，所述压板组包括多个压板，其中一个所述衬垫铺设于所述箱体的底部表面，其余所述衬垫分别安装于一个所述压板的用于与所述线圈主体接触的一侧；

所述固定组件包括多个螺栓和多个螺母，多个所述螺母设置于所述箱体的侧壁内表面以及所述盖板的靠近所述箱体的一侧的表面；

夹持时，将包扎所述热收缩带后的所述线圈主体放到所述箱体内，所述压板组与所述线圈主体贴合，所述盖板盖合于所述箱体的开口处，多个所述螺栓分别与一个所述螺母配合且将所述压板组抵住并使得所述压板组挤压所述线圈主体。

在本发明的可选实施例中，在烘烤所述线圈主体的步骤中，烘烤温度为160℃-170℃，烘烤时间为4小时。

在本发明的可选实施例中，该方法所使用的热收缩带为薄膜热收缩带。

在本发明的可选实施例中，所述硅橡胶绝缘带包括半硫化的硅橡胶构成的硅橡胶层和无碱玻璃丝带构成的基材，所述硅橡胶层位于所述基材的一侧，包扎时，所述硅橡胶层与所述母线贴合。

在本发明的可选实施例中，该方法还包括清洗步骤，在由所述母线绕制而成的所述线圈外形上包扎所述硅橡胶绝缘带形成线圈主体的步骤之前，先用金属清洗剂对所述母线进行清洗。

本发明的有益效果是：

直流电机的定子线圈可以通过硅橡胶绝缘带以及母线、绝缘纸带构成的绝缘结构，在不改变电机外形的前提下，能够大大增加电机输入电流，使得电机可以输出更大的功率与扭矩，并且不会缩短电机的使用寿命。

定子线圈绝缘一体化方法则能够制作出上述直流电机的定子线圈，以改善主极线圈的温升，以便于解决现有问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的实施例提供的直流电机的定子线圈的示意图；

图2为图1的A-A方向的剖视图；

图3为一体化工装夹持包扎了热收缩带后的线圈主体的示意图；

图4为图3的B向的剖视图；

图5为本发明的实施例提供的定子线圈绝缘一体化方法的流程图。

图标：100-直流电机的定子线圈；101-线圈主体；103-线圈接头；10-母线；20-绝缘纸带；30-硅橡胶绝缘带；40-热收缩带；210-箱体；220-盖板；230-衬垫；240-压板；250-螺栓；251-螺母；260-孔洞。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1和图2，本实施例提供了一种直流电机的定子线圈100，包括：

母线10，母线10的匝数为多个，多匝母线10构造成直流电机的定子线圈100的线圈外形；

绝缘纸带20，相邻的两匝母线10之间均垫有绝缘纸带20；

硅橡胶绝缘带30，多匝母线10的外侧包扎有硅橡胶绝缘带30。

其中，图1中的直流电机的定子线圈100在实际中是包裹完整的，左侧的空缺处是为了展示其中的母线10。不应理解为实际成品也是这个式样。图1和图2中的薄膜热收缩带只是表示在加工过程中的包覆，实际成品并不具有该层结构。

其中，本实施例所用的母线10是铜母线，除了铜母线，其他类型的母线也适用，本实施例优选铜母线。本实施例所用的绝缘纸带20为NHN绝缘纸带。

请结合图3至图5，本实施例提供了一种定子线圈绝缘一体化方法，用于制作上述的直流电机的定子线圈100，该方法包括：

在由母线10绕制而成的线圈外形上包扎硅橡胶绝缘带30形成线圈主体101；

在线圈主体101的外部包扎热收缩带40；

将包扎热收缩带40后的线圈主体101夹持；

对线圈主体101分阶段通电加热；

将线圈主体101解除夹持，剥离热收缩带40，将线圈主体101的线圈接头103密封后对线圈主体101整体进行烘烤。

最终制作成本实施例中的直流电机的定子线圈100。

其中，该方法所使用的热收缩带40为薄膜热收缩带。薄膜热收缩带在最外层平包一层。

其中，绕制线圈外形时，是同步进行每匝母线10之间的绝缘纸带20垫合的，然后再进行硅橡胶绝缘带30的包扎。绕制结束后，首尾两端即为两个线圈接头103。

其中，该方法还包括清洗步骤，在由母线10绕制而成的线圈外形上包扎硅橡胶绝缘带30形成线圈主体101的步骤之前，先用金属清洗剂对母线10进行清洗。该清洗剂可以去除本实施例的铜母线表面的灰尘、锈斑等污物，保证其表面干净光滑(即清洗剂滴到铜母线表面时，液体会顺利滑落，不会粘滞在铜母线表面)。

具体的，在包扎硅橡胶绝缘带30的步骤中，采用半叠包的方式包扎。即后一圈硅橡胶绝缘带30沿着前一圈中间位置进行包扎。叠包层数可以根据电机的额定电压来确认。

可以选择的是，若直流电机的定子线圈100要应用于额定电压在1000V以下的直流电机，则半叠包一层。

可以选择的是，若直流电机的定子线圈100要应用于额定电压大于1000V且在2000V以下的直流电机，则半叠包两层。

更为具体的，硅橡胶绝缘带30从线圈外形的直线边开始包扎，包扎时，硅橡胶绝缘带30与母线10的角度为75°。即硅橡胶绝缘带30的长边与母线10的长度方向之间的夹角为75°。

详细的，硅橡胶绝缘带30包括半硫化的硅橡胶构成的硅橡胶层和无碱玻璃丝带构成的基材，硅橡胶层位于基材的一侧，包扎时，硅橡胶层与母线10贴合。

具体的，在对线圈主体101分阶段通电加热的步骤中：

先以10-12℃每分钟的上升温度加热线圈主体101直到温度达到70±5℃，保持此温度5分钟；

再以10-12℃每分钟的上升温度加热，直到线圈主体101的温度达到160±5℃，保持此温度2分钟。

具体的，该方法夹持所述线圈主体101所用的装置为一体化工装，一体化工装包括箱体210、盖板220、衬垫组、压板组和固定组件；

衬垫组包括多个衬垫230，压板组包括多个压板240，其中一个衬垫230铺设于箱体210的底部表面，其余衬垫230分别安装于一个压板240的用于与线圈主体101接触的一侧；

固定组件包括多个螺栓250和多个螺母251，多个螺母251设置于箱体210的侧壁内表面以及盖板220的靠近箱体210的一侧的表面。在本实施例中，螺母251是通过焊接的方式固定在相应工作位置。每个螺母251安装处均有用于供螺栓250穿过的孔洞260。

在本实施例中，使用的衬垫230均为硅橡胶衬垫。

详细的，在夹持时，将包扎热收缩带40后的线圈主体101放到箱体210内，压板组与线圈主体101贴合，盖板220盖合于箱体210的开口处，多个螺栓250分别与一个螺母251配合且将压板组抵住并使得压板组挤压线圈主体101。

由于有硅橡胶衬垫，在挤压时不会让得线圈主体101变形，通过压板组与固定组件的配合，能够有效而稳定地将线圈主体101固定，以便于进行通电加热。

详细的，在剥离薄膜热收缩带时，需要在线圈主体101仍然热的时候进行，即线圈主体101的问题仍然是比环境温度更高的时候进行，这样更便于剥离操作。

在剥离后，使用硅填缝料来密封线圈接头103。然后再进行下一步的烘烤操作。

在烘烤线圈主体101的步骤中，烘烤温度为160℃-170℃，烘烤时间为4小时。烘烤的用具可以是烤箱，烤箱的结构和功能可以参照现有技术中个线圈制造所用的烤箱，此处不再赘述。

本实施例的原理是：

实践中发现，电机绝缘的快速老化，绝缘失效后，电机就会发生短路故障，无法运行的原因是在定子线圈的线规变化很小的情况下，增加电机定子输入电流来达到加大电机功率与扭矩的目的时，会带来电机温升的大幅增加，达到220K至250K，超过180K的限值。

本实施例的定子线圈绝缘一体化方法，在制作直流电机的定子线圈100时，使用的薄膜热收缩带可以在线圈主体101加热时收缩，压缩线圈主体101的内部空气向外排出。

进一步的，一体化工装的压板组以及衬垫组可以使空气有效地从线圈主体101内部排出。

更进一步的，由于是硅橡胶层与母线10接触贴合，随着温度的升高，硅橡胶会软化流动，将空气挤出线圈主体101内部，与母线10紧密贴合在一起，硫化硅胶的导热系数为0.6-1.5W/(mk)，要远大于空气的导热系数0.023W/(mk)，其散热性能好。同时具有优异的防潮、耐老化和电绝缘性能，长期工作温度可以达到220℃。使电机的绝缘等级由H级(电机部件长期工作温度不超过180℃)提高到220级(电机部件长期工作温度不超过220℃)。

用2台相同型号电机分别使用环氧绝缘结构的定子线圈与本实施例的直流电机的定子线圈100做对比温升试验，试验为长时制温升试验，电机冷却风量不变，电机通以一定的电流进行试验，每隔半小时记录定子线圈的温度，只有当相邻半小时的定子线圈温度没有明显差异时，试验结束，最终试验温升(温升数值为定子线圈温度减去环境温度)数据见下表：

从试验数据可以看出，采用传统环氧绝缘结构定子线圈的001号电机，在额定电流为960A时，温升能满足H级绝缘要求，但是当电流加大到1170A时，试验1小时温升就达到185K，超过H级绝缘等级要求的上限180K，试验只能停止。而采用本实施例的直流电机的定子线圈100(绝缘类型为硅橡胶绝缘)的002号电机，在额定电流为960A时，温升只有132K，远远优于001号电机的175K，当电流增大为1170A时，电机运行稳定时温升也只有167K。从对比数据可以看出，当电机额定电流从960A到1170A，增加21.8％时，采用环氧绝缘结构的定子线圈电机温升超过绝缘的材料的要求限制，其寿命会而显著缩短；而采用本实施例的直流电机的定子线圈100则由于温升还在220级范围之内，电机不存在使用寿命缩短的问题。并且，当电机的额定电流增加27％，达到1220A时，定子线圈的温升为216K，仍然在220级绝缘范围之内，使得电机在电压不变的情况下，可以增加27％的输出功率，同时不会缩短其寿命。

综上所述，本发明提供的直流电机的定子线圈100可以通过硅橡胶绝缘带30以及母线10、绝缘纸带20构成的绝缘结构，在不改变电机外形的前提下，能够大大增加电机输入电流，使得电机可以输出更大的功率与扭矩，并且不会缩短电机的使用寿命。

定子线圈绝缘一体化方法则能够制作出上述直流电机的定子线圈100，以改善主极线圈的温升，以便于解决现有问题，避免直流电机所应用的机车或者钻机在工作时受到影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种定子线圈绝缘一体化方法，其特征在于，用于制作直流电机的定子线圈，所述直流电机的定子线圈包括母线，所述母线的匝数为多个，多匝所述母线构造成所述直流电机的定子线圈的线圈外形；绝缘纸带，相邻的两匝所述母线之间均垫有所述绝缘纸带；硅橡胶绝缘带，多匝所述母线的外侧包扎有所述硅橡胶绝缘带，所述硅橡胶绝缘带包括半硫化的硅橡胶构成的硅橡胶层和无碱玻璃丝带构成的基材，所述硅橡胶层位于所述基材的一侧，包扎时，所述硅橡胶层与所述母线贴合，该方法包括：

在由所述母线绕制而成的所述线圈外形上包扎所述硅橡胶绝缘带形成线圈主体；

在所述线圈主体的外部包扎热收缩带；

将包扎所述热收缩带后的所述线圈主体夹持；

对所述线圈主体分阶段通电加热；

将所述线圈主体解除夹持，剥离所述热收缩带，将所述线圈主体的线圈接头密封后对所述线圈主体整体进行烘烤。

2.根据权利要求1所述的定子线圈绝缘一体化方法，其特征在于，在包扎所述硅橡胶绝缘带的步骤中，采用半叠包的方式包扎；

若所述直流电机的定子线圈要应用于额定电压在1000V以下的直流电机，则半叠包一层；

若所述直流电机的定子线圈要应用于额定电压大于1000V且在2000V以下的直流电机，则半叠包两层。

3.根据权利要求2所述的定子线圈绝缘一体化方法，其特征在于，所述硅橡胶绝缘带从所述线圈外形的直线边开始包扎，包扎时，所述硅橡胶绝缘带与所述母线的角度为75°。

4.根据权利要求1所述的定子线圈绝缘一体化方法，其特征在于，在对所述线圈主体分阶段通电加热的步骤中：

先以10-12℃每分钟的上升温度加热所述线圈主体直到温度达到70±5℃，保持此温度5分钟；

再以10-12℃每分钟的上升温度加热，直到所述线圈主体的温度达到160±5℃，保持此温度2分钟。

5.根据权利要求1所述的定子线圈绝缘一体化方法，其特征在于，该方法夹持所述线圈主体所用的装置为一体化工装，所述一体化工装包括箱体、盖板、衬垫组、压板组和固定组件；

所述衬垫组包括多个衬垫，所述压板组包括多个压板，其中一个所述衬垫铺设于所述箱体的底部表面，其余所述衬垫分别安装于一个所述压板的用于与所述线圈主体接触的一侧；

所述固定组件包括多个螺栓和多个螺母，多个所述螺母设置于所述箱体的侧壁内表面以及所述盖板的靠近所述箱体的一侧的表面；

夹持时，将包扎所述热收缩带后的所述线圈主体放到所述箱体内，所述压板组与所述线圈主体贴合，所述盖板盖合于所述箱体的开口处，多个所述螺栓分别与一个所述螺母配合且将所述压板组抵住并使得所述压板组挤压所述线圈主体。

6.根据权利要求1所述的定子线圈绝缘一体化方法，其特征在于，在烘烤所述线圈主体的步骤中，烘烤温度为160℃-170℃，烘烤时间为4小时。

7.根据权利要求1所述的定子线圈绝缘一体化方法，其特征在于，该方法所使用的热收缩带为薄膜热收缩带。

8.根据权利要求1所述的定子线圈绝缘一体化方法，其特征在于，该方法还包括清洗步骤，在由所述母线绕制而成的所述线圈外形上包扎所述硅橡胶绝缘带形成线圈主体的步骤之前，先用金属清洗剂对所述母线进行清洗。

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