CN110994850A - 一种高导热电机绕组及其固化工艺 - Google Patents

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张敬龙
宋大成
姚建荣
朱勇穗
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Abstract

本发明公开了一种高导热电机绕组及其固化工艺，包括：白坯线圈，由多根经过加工的导线构成；高导匝间绝缘，由电工无氧铜线或无氧铝线采用高导热绝缘膜绕包烧结和绝缘材料绕包而成，预先绕包在导线上；高导热主绝缘，由少胶高导热云母带绕包而成，绕包在白坯线圈上；含炭黑的低电阻带，设在绕组槽部的高导热主绝缘上；含氮化硅的高电阻带，线圈端部绕包高导热主绝缘上，且搭接在含炭黑的低电阻带上；电工无碱玻璃布，绕包在线圈端部，其与上述组件复合形成软线圈；所述软线圈下线入铁芯槽后经固化构成高导热电机绕组，所述软线圈与铁芯槽之间配合为过盈配合。它的导热系数高、耐温等级高、性能优异、环境友好，制造工艺经济。

Description

一种高导热电机绕组及其固化工艺
技术领域
本发明涉及一种高导热电机绕组及其固化工艺。
背景技术
高功率密度化是电机设计趋势，电机绝缘技术及散热技术是制约电机高功率密度化的瓶颈。电机高功率密度化意味着单位体积内的热损耗增加，造成电机运行温度升高，根据短板效应，构成电机绕组绝缘的有机高分子材料是电机部件中耐热性最差的材料，而电机定子槽内的绕组本体又刚好是电机温升最高，散热最差的区域。因此，解决材料属性束缚，优化绕组结构，改善温升是目前电机技术领域的一个世界性工程难题。
高导热技术在电机制造领域是新兴技术，在绕组制造方面，一般通过提高绝缘材料的导热系数该改善绕组的散热效果，目前公开的技术为多胶模压高导热绝缘绕组技术，通过主绝缘采用高导热多胶云母带来提高整体导热系数。
绕组整体导热系数影响因子，除了主绝缘，绕组匝间绝缘、主绝缘外层电应力均匀化结构、绝缘层中树脂填充密实度、保护层以及绕组与铁芯槽之间的配合紧密程度均和导热系数有直接联系，现有技术中没有系统地考虑绕组各组成部分的导热影响因子，导热系数提升不明显。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种高导热电机绕组，它的导热系数高、耐温等级高、性能优异、制造工艺经济。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种高导热电机绕组，所述高导热电机绕组包括：白坯线圈，由多根导线经过加工的构成；高导匝间绝缘，由电工无氧铜线或无氧铝线采用高导热绝缘膜绕包烧结和绝缘材料绕包而成，预先绕包在导线上；高导热主绝缘，由少胶高导热云母带绕包而成，绕包在白坯线圈上；含炭黑的低电阻带，设置在绕组槽部的高导热主绝缘上；含氮化硅的高电阻带，绕包在线圈端部的高导热主绝缘上，且搭接在含炭黑的低电阻带上，与含炭黑的低电阻带共同构成应力均化结构；电工无碱玻璃布，绕包在线圈端部，其与上述组件复合形成软线圈；所述软线圈下线入铁芯槽后经固化构成高导热电机绕组，所述软线圈与铁芯槽之间配合为过盈配合。
进一步的，所述绝缘材料采用少胶高导热云母带。
进一步的，所述少胶高导热云母带采用电工无碱玻璃布作为补强材料，由电工无碱玻璃布、云母纸和环氧胶粘剂复合而成。
进一步的，所述环氧胶粘剂为含有高导热填料的胶粘剂，该环氧胶粘剂选用耐温等级为F级或H级。
进一步的，所述高导热填料为微纳米级的氮化硼或氧化铝。
一种高导热电机绕组的固化工艺，对绕组用环氧树脂少胶整体真空压力浸渍经烘干固化，包括如下步骤：
先采用低粘度环氧树脂浸渍，形成绕组绝缘复合层；
再采用高粘度环氧树脂浸渍，填充铁芯与绕组之间的间隙；
采用静置烘培固化。
一种高导热电机绕组的固化工艺，对绕组用环氧树脂少胶整体真空压力浸渍经烘干固化，包括如下步骤：
先采用低粘度环氧树脂进行浸渍，形成绕组绝缘复合层；
再采用低粘度环氧树脂浸渍，填充铁芯与绕组之间的间隙；
采用旋转烘培固化。
进一步的，所述环氧树脂为兼容耐温等级为F、H级的环保型耐高温纯环氧型浸渍树脂。
本发明的有益效果：
1、本发明从高导热电机绕组组成的各部件上，包括匝间绝缘、主绝缘、应力均匀化结构，绝缘层复合结构上整体结构布局和材料选择改善了绕组导热系数。
2、本发明采用少胶绝缘材料进行绝缘处理，采用采用环保型耐高温环氧树脂进行封闭式整体VPI处理，电气性能优异，工艺经济简便，环境友好。
3、本发明环氧树脂以及环氧胶粘剂都采用高耐温等级材料，使得绕组耐温等级可达H级。
4、本发明中两种不同的固化工艺，其中一次低粘度，一次高粘度浸漆，可省去了旋转烘焙工装的设计及制造费用；通过旋转烘焙固化则只需一种粘度漆浸渍，这将节约漆的采购与用量。
附图说明
图1为本发明专利实施例结构示意图；
图2为本发明图1 的A-A向剖视图；
图3为本发明图1的B-B向剖视图；
图4为本发明图1的C-C向剖视图。
图中：1、导线；2、高导匝间绝缘；3、高导热主绝缘；4、含炭黑的低电阻带；5、含氮化硅的高电阻带；6、电工无碱玻璃布；7、铁芯。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
参考1-图4，本发明的具体结构为：一种高导热电机绕组，包括白坯线圈、高导匝间绝缘2、高导热主绝缘3、电应力均匀化结构、电工无碱玻璃布6复合形成软线圈，该软线圈下线入铁芯7槽后经固化构成高导热电机绕组，所述软线圈与铁芯7槽之间配合为过盈配合，绝缘有机材料的导热系数的提高和绕组与铁芯7之间的间隙的消除大大提高了绕组的导热系数。
其中，白坯线圈通过多根导线1绕制、涨型、压型工序得到；多根导线1上预先绕包高导匝间绝缘2，由电工无氧铜线或无氧铝线采用高导热绝缘膜绕包烧结和绝缘材料绕包而成；然后在成型的白坯线圈上绕包高导热主绝缘3，该高导热主绝缘3由少胶高导热云母带绕包而成；然后再绕组铁芯7槽部的高导热主绝缘上绕包含炭黑的低阻带4，线圈进线端部和出线端的高导热主绝缘上绕包含有含氮化硅的高电阻带5，且含氮化硅的高阻带5搭接在含炭黑的低阻带4上，含炭黑的低阻带4与含氮化硅的高阻带5共同构成应力均匀化结构；最后线圈端部绕包电工无碱玻璃布6复合形成软线圈，成型后的软线圈的导线绝缘即为高导热匝间绝缘2，软线圈经下线入铁芯7槽后，再经固化成型得到高导热电机绕组。
优选的，其中绝缘材料采用少胶高导热云母带，该少胶高导热云母带为高导热亚胺膜。
优选的，所述少胶高导热云母带采用电工无碱玻璃布作为补强材料，由电工无碱玻璃布、云母纸和环氧胶粘剂复合而成。
优选的，所述环氧胶粘剂为含有高导热填料的胶粘剂，根据需要所用少胶高导热云母带使用需要，该环氧胶粘剂选用耐温等级为F级或H级。
优选的，所述高导热填料为微纳米级的氮化硼或氧化铝。
一种高导热电机绕组的固化工艺，对绕组用环氧树脂少胶整体真空压力浸渍经烘干固化，包括两种固化工艺，其一步骤如下：
先采用低粘度环氧树脂浸渍，形成绕组绝缘复合层；
再采用高粘度环氧树脂浸渍，填充铁芯7与绕组之间的间隙；
采用静置烘培固化。
另一种固化工艺，步骤如下：
先采用低粘度的环氧树脂进行浸渍，形成绕组绝缘复合层；
再采用低粘度环氧树脂浸渍，填充铁芯7与绕组之间的间隙；
采用旋转烘培固化。
优选的，其中环氧树脂为兼容耐温等级为F、H级的环保型耐高温纯环氧型浸渍树脂，该环保型耐高温环氧浸渍树脂的固化挥发份不大于3%，改善工作环境。
一次低粘度，一次高粘度浸漆，静置固化，省去了旋转烘焙工装的设计及制造费用，这适合于大型电机浸漆，大型电机的旋转烘焙工装费用非常高，而旋转烘焙固化则只需一种粘度漆浸渍，这将节约漆的采购与用量，同时避免了漆粘度调节工序，可以省去很多漆性能的检验工序。
本发明通过对不同绝缘的6kV电机绕组导热系数进行测试，测试绕组采用普通少胶整浸主绝缘的绕组，高导热多胶模压主绝缘的绕组和本申请高导热少胶整浸主绝缘的绕组三种，其中少胶整浸为其主绝缘经过环氧树脂真空压力浸渍处理的主绝缘，多胶模压为其主绝缘经过模压处理的主绝缘；分别对三种绕组的匝间绝缘、主绝缘以及综合导热继续进行分组测试，本实施例选取测试数据中其中5组如表1所示。
Figure 109204DEST_PATH_IMAGE002
从表1中数据可以看出，整体导热系数较普通少胶整浸主绝缘的绕组提高70%左右，较高导热多胶模压主绝缘的绕组提高10%。本发明从绕组组成的各部件上，包括匝间绝缘、主绝缘、应力均匀化结构，绝缘层复合结构上整体改善了绕组导热系数。本发明的高导热电机绕组少胶绝缘材料进行绝缘处理，采用环保型耐高温环氧树脂进行封闭式整体浸胶处理，电气性能优异，工艺经济简便，环境友好，绕组耐温等级可达H级。

Claims (8)

1.一种高导热电机绕组，其特征在于，所述高导热电机绕组包括：
白坯线圈，由多根导线经过加工的构成；
高导匝间绝缘，由电工无氧铜线或无氧铝线采用高导热绝缘膜绕包烧结和绝缘材料绕包而成，预先绕包在导线上；
高导热主绝缘，由少胶高导热云母带绕包而成，绕包在白坯线圈上；
含炭黑的低电阻带，设置在绕组槽部的高导热主绝缘上；
含氮化硅的高电阻带，绕包在线圈端部的高导热主绝缘上，且搭接在含炭黑的低电阻带上，与含炭黑的低电阻带共同构成应力均化结构；
电工无碱玻璃布，绕包在线圈端部，其与上述组件复合形成软线圈；
所述软线圈下线入铁芯槽后经固化构成高导热电机绕组，所述软线圈与铁芯槽之间配合为过盈配合。
2.根据权利要求1所述的一种高导热电机绕组，其特征在于，所述绝缘材料采用少胶高导热云母带。
3.根据权利要求1或2所述的一种高导热电机绕组，其特征在于，所述少胶高导热云母带采用电工无碱玻璃布作为补强材料，由电工无碱玻璃布、云母纸和环氧胶粘剂复合而成。
4.根据权利要求3所述的一种高导热电机绕组，其特征在于，所述环氧胶粘剂为含有高导热填料的胶粘剂，该环氧胶粘剂选用耐温等级为F级或H级。
5.根据权利要求4所述的一种高导热电机绕组，其特征在于，所述高导热填料为微纳米级的氮化硼或氧化铝。
6.根据权利要求1所述的一种高导热电机绕组的固化工艺，其特征在于，对绕组用环氧树脂少胶整体真空压力浸渍经烘干固化，包括如下步骤：
先采用低粘度环氧树脂浸渍，形成绕组绝缘复合层；
再采用高粘度环氧树脂浸渍，填充铁芯与绕组之间的间隙；
采用静置烘培固化。
7.根据权利要求1所述的一种高导热电机绕组的固化工艺，其特征在于，对绕组用环氧树脂少胶整体真空压力浸渍经烘干固化，包括如下步骤：
先采用低粘度环氧树脂进行浸渍，形成绕组绝缘复合层；
再采用低粘度环氧树脂浸渍，填充铁芯与绕组之间的间隙；
采用旋转烘培固化。
8.根据权利要求6或7所述的一种高导热电机绕组的固化工艺，其特征在于，所述环氧树脂为兼容耐温等级为F、H级的环保型耐高温纯环氧型浸渍树脂。
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