CN112243559B - 电动机的电绝缘系统和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动机的改进的电绝缘系统、尤其是在叠片组的槽中的线绕组相对于叠片组的绝缘方面得到改进的电绝缘系统EIS。此外，本发明还涉及一种用于制造电动机的如此改进的电绝缘系统的制造方法。通过本发明首次提供了一种可能性，即如何可以通过简单地置入有吸收性的材料廉价地实现电动机的线绕组的尽可能完全的浸渍。

Description

电动机的电绝缘系统和其制造方法
本发明涉及一种电动机的改进的电绝缘系统、尤其是在叠片组的槽中的线绕组相对于叠片组的绝缘方面得到改进的电绝缘系统EIS。此外，本发明还涉及一种用于制造电动机的如此改进的电绝缘系统的制造方法。
电动机的叠片组是已知的，叠片组包括具有线绕组、通常铜线绕组的槽，其中，线通过线漆和形成绕组的表面绝缘材料电绝缘。在此，根据尺寸和功率等级存在不同的制造电动机的可能性。
在63mm至450mm的轴高度的数量级中并且与150W至1.6MW的功率相应地，所谓的定子、即叠片组通常装备有预卷绕的导体。绕组在此被机械地引入(或者说拉入)定子槽中并且随后被连接。通过表面绝缘材料、如绕组纸和各个单独的绕组线的线漆提供单线相互间以及相对于处于地电势的叠片组的电绝缘。基于槽的几何要求、如用于形成尽可能闭合的磁场线的槽齿，利用铜线和线漆可以实现85体积％的最大的槽填充，因为否则例如拉入力将变得太大，并且因此例如由于刮擦、破裂和/或由于拉伸可能会损坏表面绝缘、即例如绕组纸和/或线漆。因此在叠片组的槽中保持至少15体积％的自由体积(或者说未占用体积)，其中的一部分在导体内，并且其中的一部分在导体与槽内侧之间、例如在拐角处，导体在那里没有准确地贴靠在槽内边缘上。以最佳的方式应该通过利用浸渍树脂实现的浸渍尽可能完全填充自由体积的在导体内的部分。
为此，通常使用浸渍法、如沉浸法，其中，一个或多个定子缓慢地沉浸到液态浸渍树脂盆中，从而液态的浸渍树脂流入导体的单线与叠片组之间的空腔中，并且可以填充所述空腔。随后，被由此浸湿的定子在一定的时间段内通过温度作用和/或紫外线辐射而硬化。由此，从液态的和/或胶凝的浸渍树脂变为完成的灌封物，例如形式为完全硬化的热固性塑料作为灌封材料，浸渍树脂在沉浸池中、在导体内仍是空心的体积中填充槽的剩余的空腔。最后通过空腔的尽可能高的填充度和浸渍树脂的尽可能小的剩余焓来定义浸渍的质量。在此最佳的首先是，导体的利用浸渍树脂完全填充的空腔，其次是浸渍树脂的完全交联。
在此不利的是，为了浸渍不同的定子类型，必须将浸渍树脂的流变性和化学反应性调节到相应的定子类型上，从而也确保例如在沉浸池中完全填充空腔。
根据定子类型，需要更高的或更低的粘度，从而通过浸渍树脂完全填充空腔，并且同时快速胶凝(或者说凝胶化)，随后在从沉浸池取出定子时胶凝又防止浸渍树脂流出。
为了可以在共同的沉浸池中经济地浸渍不同的定子类型，流变性、粘度和/或沉浸池的化学成分被设置为平均值，而没有在定子类型方面进行优化。
因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供以下可能性，即可以在沉浸池中在流变性、粘度和/或胶凝时间方面利用浸渍树脂有针对性地填充导体、尤其定子的线绕组，而浸渍树脂不会产生化学改变。
该技术问题通过本发明的如在说明书和权利要求中公开的主题解决。
相应地，本发明的主题是电动机的电绝缘系统EIS，其包括具有槽的叠片组和在槽中表面电绝缘的线绕组，所述线绕组具有处于灌封材料中的各个单独的线，其中，在线绕组的线之间和/或在各个单独的线周围、但在通过表面绝缘材料限定(边界)的线绕组内设置有吸收性(或者说能吸附)的材料，所述材料适用于吸收液态的浸渍树脂，所述液态的浸渍树脂在实现了硬化和EIS完成之后形成灌封材料。此外，本发明的主题是用于制造电动机的电绝缘系统EIS的方法，其包括以下方法步骤：
-由利用线漆包围的线卷绕导体，其中，有吸收性的材料包含在完成卷绕的导体中，
-将由此制造的导体置入叠片组的槽中，
-将卷绕的叠片组浸入浸渍树脂中，
-硬化浸渍的叠片组。
本发明的一般认知是，通过将有吸收性的材料(例如形式为泡沫、形式为纤维和/或纤维部分、如聚合纤维)置入线之间和/或所卷绕的导体的线周围，所述材料在与液态的浸渍树脂接触时如海绵那样作用，并且此外甚至在体积增大的情况下吸收液态的浸渍树脂，和/或将其保持在位置中，即例如保持在具有或没有胶凝的线绕组内。由此，关于例如在沉浸池中的浸渍树脂，在较宽的粘度范围内同样好地确保线绕组的空腔的填充。设置例如在沉浸池中的浸渍树脂的特定的胶凝特性由此是多余的，因为即使在没有提前表面胶凝的情况下，液态的和未胶凝的浸渍树脂也通过有吸收性的材料的毛细作用力保持在位置中。
根据本发明的有利的实施方式，有吸收性的材料以纤维的形式存在。在此，纤维可以是长纤维和/或连续纤维(或者说无端头纤维)。纤维可以如导线那样进行卷绕，并且与导线形成卷绕的导体。
“导体”当前是指线的绕组，所述线共同在表面绝缘材料、例如纸中进行卷绕并且形成一束绕组线，该束绕组线被引入叠片组的槽中。如果在横截面中切开导体，那么在最佳情况下会看到若干圆，这些圆示出线的直径，所述线在导体中形成“最紧密的”填料，与晶体中的最紧密的球形填料类似。与最紧密的球形填料的空间填充(其是74％)类似，当前认为，可以利用有吸收性的材料填充导体中的空腔的其余的26体积％。根据本发明力求达到的是，利用有吸收性的材料尽可能多地填充该空腔，所述空腔由于尺寸设计原因原本也不能被线使用。
在此尤其也有利的是，纤维同时与绕组线、尤其铜线的捆束卷绕，并且因此在导体中的铜线之间、与铜线一起存在于绕组中和完成的电动机中。
根据本发明的优选的实施方式，在此这样选择纤维匝圈相对于铜线匝圈的数量，使得由此在槽中和/或导体中不占用能够被铜线填充的空间。
纤维匝圈的数量相应在电压场中被选择为在足够高与尽可能小之间，所述数量足够高使得存在定子组在硬化之后的尽可能完全的浸湿，所述数量尽可能小以使利用导线材料、尤其能导电的绕组线、优选铜线在线绕组中实现的体积填充度没有受到损害。
在卷绕过程中，纤维主要放置到线之间的空腔中，并且因此不会降低或者只不明显地降低体积填充度。由于在卷绕过程中的拉力，各个单独的纤维附加地被拉伸并且因此减小其直径。
例如，在导体中长纤维和/或连续纤维以每十根线一根纤维的比例存在。尤其地，在导体中纤维与线的比例在如上所述的1比10的范围内，，最大不超过2比1的范围，即在导体中，纤维比线多。相应的份额例如取决于纤维的吸收能力、纤维的直径等。
根据本发明的另外的实施方式，作为对捆扎的补充或备选，将纤维围绕绕组线铺设、牵拉和/或纺织。
根据本发明的另外的实施方式，作为对卷绕的补充或备选地，通过喷射和/或其它的导入过程例如以泡沫和/或短纤维和/或超短纤维的形式将纤维置入绕组线中。
根据本发明的有利的实施方式，纤维本身是经过表面处理的。表面处理例如用于使纤维可以更容易地与在表面具有线漆的绕组线卷绕。纤维的表面处理优选用于，使纤维在绕组线的绝缘结构的线漆上更好地滑动。因此，纤维更好地并且更容易地与绕组线共同卷绕。
例如，绕组线在表面利用粘合剂被处理，从而实现纤维在线漆上的轻易的粘附，由此使纤维更好地粘附在绕组束中，直到绕组、即线-纤维束通过置入过程被固定或放置在槽中。
例如，粘合剂选自以下组的粘合剂：喷雾式粘合剂、Uhu、Tesa、3M，以及上述和/或补充的粘合剂种类的任何的粘合剂混合物。
在选择适当的粘合剂时尤其提出以下问题，与浸渍树脂的兼容性如何、粘合剂的交联的完整性如何、粘合作用如何和/或是否可重新定位地和/或可再次去除地安置粘住的纤维。所考虑的粘合剂的化学基础尤其还延伸到丙烯酸粘合剂。
粘合剂份额刚好被选择为这样高，使得纱线在卷绕期间、即在卷绕过程期间保持在卷绕复合物中，并且没有分离。因此，大部分单纤维是自由的，并且在绕组线、尤其铜线的在其它情况下为空的间隙中形成非常大的表面。
根据本发明的有利的实施方式，例如通过粘合剂首先压紧纤维，从而在卷绕期间纤维的有效体积更小。在此尤其有利的是，选择以下粘合剂，该粘合剂随后在定子的预加热阶段中、尤其有利地在定子的实际浸渍之前又能够、至少部分地又能够被去除、即挥发、蒸发和/或分解为气态的产物。
由此又不具有粘合剂的纤维随后又可以展开和/或膨胀，并且随后在一定程度上呈现出最佳的吸收能力和用于吸收浸渍树脂的毛细作用力。
因此，例如通过将定子浸入沉浸池中而到达纤维和线绕组的液态的浸渍树脂通过纤维的毛细作用力和/或通过纤维的膨胀被拉到线绕组的线之间的间隙中并且保持在那里。
由此，不再需要大规模的触变，并且可以简化化学基础，使得不再需要用于将液态的浸渍树脂机械固定在导体中的精确的胶凝过程。总体上可以选择较低的粘度，因为浸渍树脂的由于位于线绕组之间的纤维的毛细作用力导致的回流被至少部分地抑制。
由此也加速和改进浸渍树脂在外侧的流出，因为不再将浸渍树脂的胶凝特性严格地设置在尽可能高的范围内。这意味着，浸渍树脂不再快速胶凝，并且因此可以更好地流出。
在绕组头(或者说绕组端部)的浸渍中，可以产生附加的优点，因为线绕组之间所存在的空间由于纤维以定义的方式被填充以树脂。尤其当在逆变器上运行时，通过附加地借助纤维引入的浸渍树脂和由此形成的附加灌封物，在通过逆变器触发的高的电压峰值的情况下实现了更高的使用寿命。
根据本发明，线-纤维绕组、如定子绕组的几乎完全的浸渍，即利用浸渍树脂填充气穴能够实现绕组中的明显更好的热导出。
通过本发明，利用廉价的材料和制造方式中的小改变(如常规的卷绕过程中的附加纤维)，对未浸渍的定子进行处理，使得所述定子可以更高效地并且更廉价地被浸渍。在此，大的优点尤其在于唯一的浸渍层的由此可用的制造变化性。
通过将纤维置入绕组的空腔中而产生毛细作用，所述毛细作用优选将液态的浸渍树脂保持在线的间隙中。在此，纤维的置入可以容易地整合到前述的卷绕过程中，而不用显著地改变卷绕过程。
浸渍过程可以在时间上被优化，因为过程持续时间在过去主要与胶凝持续时间有关，现在由于上述的毛细作用，不必再等到胶凝持续时间完全过去。
可以更廉价地获得浸渍树脂，因为技术要求、如胶凝时间、触变和/或精确定义的反应变化过程明显更低。
制造变化性提高，因为上述的点不再起决定作用，并且因此不同的轴高度的定子可以在相同的设施/相同的过程中运行。
由于较少的预反应和可能被污染的树脂从定子滴落回树脂盆中，所以需要较少的清洁和/或调节耗费。此外可以减少废品。
通过本发明首次提供了一种可能性，即如何可以通过置入纤维廉价地实现电动机的线绕组的尽可能完全的浸渍。

Claims (12)

1.一种电动机的电绝缘系统EIS，包括具有槽的叠片组和在所述槽中表面电绝缘的线绕组，所述线绕组具有处于灌封材料中的各个单独的线，其中，在线绕组的线之间和/或在各个单独的线周围、但在通过表面绝缘材料限定的线绕组内设置有吸收性的材料，所述有吸收性的材料适用于吸收液态的浸渍树脂，所述液态的浸渍树脂在实现了硬化和EIS完成之后形成灌封材料，其中，所述有吸收性的材料在与液态的浸渍树脂接触时在体积增大的情况下吸收液态的浸渍树脂，其中，所述有吸收性的材料以纤维的形式与绕组线卷绕成导体，因此纤维存在于导体中的绕组线之间，其中，这样选择纤维匝圈相对于绕组线的数量，使得由此在槽中和/或导体中不占用能够被绕组线填充的空间。
2.根据权利要求1所述的绝缘系统，其中，所述有吸收性的材料至少部分包括泡沫。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘系统，其中，所述有吸收性的材料至少部分包括纤维。
4.根据前述权利要求中任一项所述的绝缘系统，其中，所述有吸收性的材料至少部分包括连续纤维。
5.根据前述权利要求中任一项所述的绝缘系统，其中，所述有吸收性的材料至少部分包括长纤维。
6.根据前述权利要求中任一项所述的绝缘系统，其中，有吸收性的材料在导体中的份额在不超过导体中的总体积的26体积％的范围内。
7.根据前述权利要求中任一项所述的绝缘系统，所述绝缘系统包括至少部分在表面被处理的纤维。
8.根据前述权利要求中任一项所述的绝缘系统，所述绝缘系统包括在表面利用粘合剂被处理的纤维。
9.一种用于制造电动机的电绝缘系统的方法，所述方法包括以下方法步骤：
-由利用线漆包围的绕组线卷绕导体，其中，有吸收性的材料包含在完成卷绕的导体中，
-将由此制造的导体置入叠片组的槽中，
-将卷绕的叠片组浸入浸渍树脂中，
-硬化浸渍的叠片组，
其中，所述有吸收性的材料在与液态的浸渍树脂接触时在体积增大的情况下吸收液态的浸渍树脂，
其中，所述有吸收性的材料以纤维的形式与绕组线卷绕成导体，因此纤维存在于导体中的绕组线之间，其中，这样选择纤维匝圈相对于绕组线的数量，使得由此在槽中和/或导体中不占用能够被绕组线填充的空间。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，至少也将纤维用作有吸收性的材料。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，在将导体引入叠片组的槽中与将叠片组浸入浸渍树脂中之间，加入用于加热叠片组的中间步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在导体中使用具有表面的粘合剂涂层的纤维，其中，至少部分将粘合剂选择为，使得所述粘合剂在加热的中间步骤期间分解和/或蒸发。
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