CN111512520A

CN111512520A - 电机的子导线的绝缘

Info

Publication number: CN111512520A
Application number: CN201880082664.3A
Authority: CN
Inventors: 罗宾·布伦纳; 哈里·吕特克; 诺伯特·舍恩鲍尔
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2038-12-13
Also published as: EP3688862A1; CN212486231U; WO2019121280A1; ES2928881T3; EP3871319A1; EP3503354A1; EP3503353A1; EP3871319B1; WO2019121279A1; US20200336035A1; DK3871319T3; EP3688862B1; CN111512520B; ES2925475T3

Abstract

本发明公开了一种电导线(10)，其具有两个或更多的子导线(9)，其中，这些子导线(9)相互绝缘，其中，子导线(9)到该导线(10)中的相邻子导线(9)仅具有绝缘层(15)，其中，每个子导线(9)或导线由聚酯纤维和玻璃纤维制成的绑带或仅由玻璃纤维包绕。

Description

电机的子导线的绝缘

技术领域

本发明公开了一种导线的子导线的绝缘、一种具有导线的线圈、一种具有线圈的电机的定子、一种具有定子的电机以及用于制造导线、线圈和电机的定子的方法。

背景技术

在电机、例如电动机或发电机中，构造有由各个线圈组成的绕组系统。线圈具有一个或多个相互绝缘的导线。尤其地，导线的这些单个子导线具有所谓的缠绕绝缘体，其通常仅设计用于最大80V的相对较小的电压。这样的子导线绝缘体例如通过涂敷在导线上的绝缘漆来实现。

根据经验，子导线由铜或铝制成，其中，子导线四周利用漆来进行绝缘。或者，子导线也能够具有存在于四周的带绝缘。

在此，缺点在于，在电机的槽中布置线圈的导线的子导线时，缠绕绝缘体在厚度上相互叠加并且由此减少了槽中可用的铜填充度。

发明内容

由此出发，本发明的目的在于，提供一种对导线的子导线的充分绝缘，同样还有具有导线的线圈、以及电机的定子或定子区段的绕组系统，以借助于绕组系统的简单生产而在提高电机的定子的槽中的铜或铝填充度的同时得到相对较高的电机效率。

所设目的通过电导线实现，其具有两个或多个子导线，其中，这些子导线相互绝缘，其中，子导线到该导线中的相邻子导线之间仅具有绝缘层，其中，每个子导线或导线被聚酯纤维和玻璃纤维制成的绑带或仅被玻璃纤维包绕。

所设目的还通过电机的绕组系统的线圈实现，其具有至少一个根据本发明的导线。

所设目的还通过具有布置在定子或定子区段的槽中的绕组系统的电机的定子或定子区段实现，其每相都具有单个的能相互电接触的线圈，其中，线圈具有一个或多个导线，导线各自由多个子导线组成，其中，子导线相互绝缘，其中，至少在相应的槽中，子导线到该子导线的导线中的相邻子导线之间仅具有绝缘层，其中，每个子导线由聚酯纤维-玻璃纤维绑带或仅由玻璃纤维绑带包绕。

所设目的还通过具有根据本发明的定子或根据本发明的定子区段的电机实现。

所设目的还通过用于制造导线的方法实现，其通过以下步骤实现：

-提供裸露的子导线；

-将绝缘层部分地置于子导线上，尤其通过可预定地覆盖在周向上观察30至70％的子导线来实现；

-布置导线的子导线，使得子导线到该导线中的相邻子导线之间仅具有绝缘层。

所设目的还通过用于制造来自根据本发明的导线的线圈的方法实现，其中，为了线圈的成型而应用提供轮廓的主体，在其上提供导线。

所设目的还通过用于制造定子或定子区段的绕组系统的方法实现，其通过以下步骤实现：

-提供导磁的基体、尤其是叠片组，其具有基本上轴向延伸的槽，

-根据可预定的绕组方案将预先制成的线圈或根据本发明的导线根据本发明置入槽中，以得到定子或定子区段的绕组系统，

-将槽中绕组系统浸渍。

根据本发明，现在在周向方向上观察仅使导线的各个子导线部分绝缘。因此，在子导线的横截面的周向方向观察，绝缘体仅覆盖可预定的部段。因此，各个子导线具有未被覆盖(裸露)的和被覆盖(绝缘)的区域。

因此根据本发明，在定位导线的子导线时在这些子导线之间仅存在一个绝缘层、即子导线绝缘层。子导线的裸露侧贴靠在直接相邻的子导线的绝缘侧上，因此在各个子导线之间总是提供最小绝缘。

通过以纱线混合物或纱线、尤其是聚酯玻璃纤维或玻璃纤维缠绕各个子导线，实现了相对较高的机械负载能力，例如在将导线或绕组系统嵌入到槽中时，并且实现了绕组系统在电机运行期间的相对更好的局部放电特性。在此，还也可以通过以纱线混合物、尤其是聚酯玻璃纤维制成的绑带缠绕子导线来实现子对导线上的绝缘体的额外紧固。在此，在周向方向上观察，绑带围绕整个子导线。

因此，子导线的横截面在周向上观察具有带有绝缘层的部段和没有绝缘(裸露侧)的部段。子部段的整个外周由聚酯-玻璃纤维制成的绑带或仅由玻璃纤维包绕。因此，该绑带一方面在子导线的绝缘体上，另一方面也在子导线的裸露侧上。

出于稳定性原因，能够附加地同样以由随后形成导线的主绝缘体的各种带材料制成的绑带包绕整个导线、即两个或更多子导线全体。

同样可行的是，子导线仅利用其部分的绝缘体相互分层和/或整个导线等出于稳定性原因仅利用由一种或不同带材料、例如聚酯-玻璃纤维制成的绑带包绕。

在此，绑带原则上要么具有平行纤维、要么具有编织纤维。

因此，在定子的槽中径向重叠布置的子导线中，第二个子导线的裸露侧相应地位于第一个子导线的绝缘体上，依次类推，因此在各个子导线之间总是提供最小绝缘。

有利地，尤其在子导线被径向地布置在定子或定子区段的槽中并且这些子导线的横截面为矩形的情况下，只为子导线的的上侧或下侧配设绝缘体。

子导线的部分绝缘原则上实施为带绝缘体或漆绝缘体。

在横截面、即在周向上观察，子导线在槽中仅被子导线绝缘体部分覆盖。根据子导线的横截面形状，部分覆盖大约为子导线外周的30至70％。

在此有利的是，子导线的这种绝缘体还延伸经过与子导线的被覆盖的一侧邻接的棱边半径。因此，例如在矩形的横截面上观察，子导线的一侧未覆盖、一侧被覆盖以及两侧分别被部分覆盖。

通过子导线绝缘体根据本发明的设计方案，在提高铜填充度或铝填充度、即导电横截面的同时，减少了槽中的绝缘体的必要体积。

原则上，子导线具有相对较好的“可堆叠”的横截面，在此首先应用子导线的基本上矩形或正方形的横截面形状。这提高了定子或定子区段中的电导线的填充度。

在此优选地，对子导线的边缘进行倒圆处理，以便不损坏子导线绝缘和/或避免局部的场强最大值。

在槽之中径向或者垂直和/或水平地布置导线。在此，径向被理解为，将子导线从槽底在电机的气隙的方向上布置。同时，子导线的水平布置被理解为，基本上关于气隙相切的布置。

在子导线具有矩形的横截面形状、并且尤其在槽中径向布置、即子导线的窄侧相互邻接的情况中，部分覆盖小于其在矩形形状的子导线的长侧重叠放置的实施方案中那样。

在槽轴向外侧、即定子或定子区段的绕组头的区域中，对导线的子导线的覆盖和/或布置能够像在槽中那样实施。

基于根据机器类型而实施的绕组头设计方式也能想到，在绕组头区域中，调整子导线的覆盖度和/或例如由聚酯玻璃纤维制成的绑带的厚度、即围绕子导线和/或导线的层数。

子导线的绝缘形成覆盖体、优选为尤其由聚酰胺制成的膜，其设置有(熔融)粘胶、例如FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)并且定位在子导线上、尤其是粘贴在子导线上。

在此，覆盖物、尤其是膜能够实施为抗电晕的，这例如通过相应地填入合适的颗粒来实现。随后，例如由云母组成的颗粒具有几百分之几毫米范围的厚度。

通过用纱线混合物或纱线、尤其是聚酯玻璃纤维或玻璃纤维缠绕各个子导线，例如在将导线或绕组系统嵌入到槽中时实现相对较高的机械负荷能力和电机的运行中的绕组系统的相对更好的局部放电特性。此外，还也能够通过用纱线混合物、尤其是聚酯玻璃纤维制成的绑带缠绕子导线实现子导线上的绝缘体的附加的固定。在此，在周向方向观察，绑带围绕整个子导线。

子导线的该设计方案不仅局限于定子或定子区段的槽中的区域，此外还能够转换到定子或定子区段的绕组头中。

聚酯玻璃纤维根据用于绝缘强度的规定具有不同的纤维厚度和不同的纤维数量。聚酯纤维的部分按照重量不应当超过绑带的整体重量的50％。

缠绕应当由于加工和/或部分放电行为而尽可能是平滑的并且是不中断的。缠绕能够随着机械要求实施为单层或多层的。

优选地，聚酯纤维由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，因为其在电机的运行中具有所要求的温度稳定性和/或在电导线和/或线圈的生产过程期间具有所要求的熔化特性。

由一个或多个这样的导线组成定子或定子区段的绕组系统的线圈。在此，通过提供轮廓的主体预定线圈的造型，在其上提供导线。通过导线的根据本发明的设计方案得到定子或定子区段的槽中的相对提高的铜填充度。然而，定子或定子区段的槽中的饶子系统还原则上具有用于导磁的基体、即例如叠片组并且用于槽或绕组头区域中的其它相位的线圈的槽和主绝缘体。

附图说明

根据实施例详细阐述本发明以及本发明的有利的设计方案。在此示出：

图1是原理性的电机；

图2是高压绝缘的槽横截面；

图3是具有各个子导线的线圈；

图4是子导线的细节图；

图5是另外的具有子导线的线圈；

图6是线圈生产的流程图。

具体实施方式

图1示出了具有通过转子6的气隙20间隔开的定子5的电机1的原理性的纵剖面，其中，转子6与轴4抗扭地连接并且能绕着轴线转动地支承。定子5也能够在周向方向上看由各个相互结合的定子区段组成。

朝向气隙20地在定子5中存在有在导磁的叠片组22的未详细示出的槽8中布置的绕组系统3，其在定子5的端侧上组成绕组头。

至此已知的、示例性示出的根据图2的绕组系统，在槽8中具有两个带有其子导线9的导线10，其中，在该情况下有两层绕组。因此，每层都具有带有子导线9的导线10。槽填充物质14不仅使导线10相对于槽底绝缘，还使两个导线10之间绝缘，同样还使最上面的导线10与槽锥锁之间绝缘。

在此，每个子导线9具有包绕其的子导线绝缘体15，其容纳现有的线圈绝缘体并且能够在高压电机中被设计用于大概80至100V的范围。每个导线10由主绝缘体11包绕，其中，该槽8中的整个绕组系统同样通过槽绝缘体11相对于定子5的叠片组绝缘。

通过所描述的结构，每个子导线绝缘体15都具有在槽8中在导线10的径向高度上累加的层厚度，并进而使得槽8之中的绕组系统3的铜填充度减少。这降低了电动发动机1的效率。

根据本发明，现在根据图3在线圈21具有至少一个导线10并且导线的子导线9径向重叠布置的情况下，仅相应地安置单侧的子导线绝缘体15，从而在各个相邻的子导线9之间仅存在一个所要求的最小绝缘。

图4示出了基本上矩形造型的子导线9的细节图，其在横截面上观察被子导线绝缘体15覆盖的部分的覆盖16。根据子导线9的横截面形状，部分覆盖大约为子导线9的外周的30至70％。

换句话说：在子导线9具有矩形的横截面形状并且尤其在槽8中径向布置、即子导线9的窄侧相互邻接的情况中，周向的部分覆盖小于根据图3的实施方案，在该实施方案中子导线9的长侧相互邻接。

优选地，子导线9上的绝缘体是尤其是由聚酰胺制成的膜，其设置有(熔融)粘胶、例如FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)并且定位在子导线上、尤其是粘贴在导线上。

通过用纱线混合物或纱线、尤其是聚酯玻璃纤维或玻璃纤维缠绕各个子导线，例如在将导线或绕组系统嵌入到槽8中时实现电机1的运行中的绕组系统3的相对改善的局部放电特性。

在此，还也能够通过用纱线混合物、尤其是聚酯玻璃纤维制成的绑带30缠绕子导线9实现对子导线9上的绝缘体的额外固定。在此，绑带30在周向方向观察围绕整个子导线9。由此也根据图3和4实现了对子导线9上的绝缘体的额外固定。

由聚酯纤维和/或玻璃纤维制成的绑带30在周向方向看围绕整个子导线9。有利地，绑带30仅实施为单层的，以便不影响槽8中的填充度。

子导线9的该设计方案不仅局限于定子5或定子区段的槽8中的区域，此外还能够转换到定子5或定子区段的绕组头3中。

有利地，子导线9具有基本上矩形或正方形的横截面形状。在此，对子导线9的边缘倒圆处理，以便不损坏子导线绝缘15。在电机1的定子5的槽8之中径向或者垂直和/或水平地布置子导线9。

图5示出了具有水平和垂直布置的子导线9的导线10的第二实施方案。在此，在横截面中观察，矩形形状的子导线9的两个侧面近似完整或完整地设置有子导线绝缘体15。与该子导线绝缘体15相邻接的子导线9在这些侧面上根据本发明不具有子导线绝缘体15。然而，例如图3或图4所示那样，能够实现相应的子导线9的相邻接的边缘。

绑带30的聚酯玻璃纤维随着用于绝缘强度的规定具有不同的纤维厚度和不同的纤维数量。聚酯纤维的部分按照重量不应当超过绑带30的整体重量的50％。

子导线9和/或导线10的通过绑带30的缠绕应当尽可能是平滑的并且是不中断的。缠绕能够随着机械要求实施为单层或多层的。

优选地，聚酯纤维由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，因为该纤维在电机1的运行中具有所要求的温度稳定性和/或在电导线10和/或线圈21的生产过程期间具有所要求的熔化特性。在此，玻璃纤维因为较小的碱性而优选地由E型玻璃(E-Glas)制成。

用于通过部分的子导线绝缘提高槽8中的电导线10的填充度的根据本发明的想法适用于电机1的定子5或定子区段中的一层、两层或多层绕组。

线圈21的生产方法从现在起如图6在原理上示出的那样具有下述步骤：

提供40裸露的子导线9。该子导线9通过部分绝缘根据步骤41利用能预定的覆盖16进行绝缘。通过随后借助于绑带30的缠绕42附加地缠绕子导线9上的绝缘体15。在步骤43中加热聚酯纤维和玻璃纤维组成的纤维混合物，从而熔化聚酯并且因此将玻璃纤维与已有的基底、即绝缘层15和/或裸露的子导线9的表面粘在一起。在步骤44中将导线10成型为线圈21，在其中，为线圈21的成型而应用提供轮廓的主体，在其上安置有导线10。随后，这些子导线9与主绝缘体11一起浸渍。

可替换于此的是，线圈21也能够根据图6如下地制造：

提供40裸露的子导线9，该子导线9通过部分绝缘根据步骤41利用能预定的覆盖体16进行绝缘，根据步骤45以玻璃纤维绑带缠绕该子导线9，随后根据步骤46以树脂和漆浸渍缠绕的子导线9并且实现硬化，这实现了粘贴。最后根据步骤46制造的导线10从现在起同样根据步骤44成型为线圈21，在其中，为该线圈21的成型而应用提供轮廓的主体，在其上安置有导线10。

这样的线圈21在绕组系统3中由电机1、尤其是高压电机例如在风力发电机的范围中采用。通过定子5或定子区段的槽8中的导线10的相对提高的铜或铝填充度，提高了这样的电机1的效率。

Claims

1.一种电导线(10)，所述电导线具有两个或多个子导线(9)，其中，所述子导线(9)相互绝缘，其中，所述子导线(9)到该导线(10)中的相邻子导线(9)之间仅具有绝缘层(15)，其中，所述绝缘层(15)是粘贴在所述子导线(9)上的膜或者是漆绝缘体，其中，每个所述子导线(9)或所述导线(10)被由聚酯纤维和玻璃纤维制成的绑带或只被由玻璃纤维制成的绑带包绕。

2.根据权利要求1所述的电导线(10)，其特征在于，所述子导线(9)具有基本上为矩形或正方形的横截面。

3.根据权利要求1或2所述的电导线(10)，其特征在于，在横截面中观察，所述子导线(9)在邻接由所述绝缘层(15)覆盖的一侧的棱边半径上是绝缘的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电导线(10)，其特征在于，在横截面中观察，所述绝缘层对所述子导线(9)的覆盖在30至70％之间。

5.一种电机的绕组系统(3)的线圈(21)，具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的导线(10)。

6.一种电机(1)的定子(5)或定子区段，具有布置在所述定子(5)或所述定子区段的槽(8)中的绕组系统(3)，所述绕组系统的每相都具有单个的能相互电接触的线圈(21)，其中，所述线圈(21)具有一个或多个导线(10)，所述导线各自由多个子导线(9)构造，其中，所述子导线(9)相互绝缘，其中，至少在相应的所述槽(8)中，所述子导线(9)到该子导线的导线(10)中的相邻子导线(9)之间仅具有绝缘层(15)，其中，每个所述子导线(9)被聚酯纤维-玻璃纤维绑带或只被玻璃纤维绑带包绕。

7.根据权利要求6所述的定子(5)或定子区段，其特征在于，一个导线(10)的所述子导线(9)至少在所述定子(5)的所述槽(8)中是径向和/或水平布置的。

8.一种电机(1)、尤其是高压电机，具有根据权利要求6或7所述的定子(5)或定子区段。

9.一种用于制造导线(10)、电机(1)的定子(5)或定子区段的方法，所述方法通过以下步骤实现：

-提供裸露的子导线(9)，

-将绝缘层(15)部分地置于所述子导线(9)上，尤其通过可预定地覆盖在周向上观察30至70％的所述子导线(9)来实现，

-布置所述导线(10)的所述子导线(9)，使得所述子导线(9)到该导线(10)中的相邻子导线(9)之间仅具有所述绝缘层(15)，

-其中，每个所述子导线(9)和/或所述导线(10)被由聚酯纤维和玻璃纤维制成的绑带包绕，尤其被单层地包绕，

-其中，对由聚酯纤维和玻璃纤维组成的纤维混合物加热，使得聚酯熔化并进而使玻璃纤维与现有的基底粘贴在一起，其中，所述基底是所述绝缘层(15)或裸露的子导线(9)的表面。

10.根据权利要求9所述的用于制造导线(10)、电机(1)的定子(5)或定子区段的方法，所述方法通过以下步骤实现：

-提供裸露的子导线(9)，

-其中，用玻璃纤维绑带缠绕所述子导线(9)，随后利用树脂或漆进行浸渍并且之后实现硬化。

11.一种用于由导线(10)来制造线圈(21)的方法，所述导线是根据权利要求9或10所述的方法制造的，其中，为了所述线圈(21)的成型而应用提供轮廓的主体，在所述主体上放置所述导线(10)。

12.一种用于制造定子(5)或定子区段的绕组系统(3)的方法，所述方法通过以下步骤实现：

-提供导磁的基体、尤其是叠片组(22)，所述基体具有基本上轴向延伸的槽(8)，

-根据能预定的绕组方案将预先制成的、根据权利要求5所述的线圈(21)或根据权利要求1至4中任一项所述的导线(10)置入所述槽(8)中，以得到定子(5)或定子区段的绕组系统(3)，

-将所述槽(8)中的所述绕组系统(3)浸渍。