CN116505690B - 绝缘纸和电机定子 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种绝缘纸和电机定子。绝缘纸用于设置在电机定子的铁芯的线槽内，以隔离铁芯和位于线槽内的导线，绝缘纸具有彼此垂直的长度方向和宽度方向，在绝缘纸置于线槽的情况下，宽度方向与铁芯的轴向平行，绝缘纸包括基材、膨胀材料区域和非膨胀材料区域，在长度方向上，非膨胀材料区域设置在膨胀材料区域的两侧，膨胀材料区域包括在受热后能发生膨胀的材料，非膨胀材料区域包括在受热后不发生膨胀的材料。根据本发明的绝缘纸结构简单，且膨胀材料不容易脱落。根据本申请的电机定子绝缘性能好，可靠性高且散热效果好、成本低。

Description

绝缘纸和电机定子

技术领域

本发明涉及绝缘材料领域，具体地涉及对电机定子的绝缘，更具体地涉及一种绝缘纸和电机定子。

背景技术

在电机领域，尤其是应用于高电压平台的电机，例如新能源汽车的驱动电机，为了优化电机的绝缘性能，一种常见的方法是在定子铁芯的线槽内设置绝缘纸，以优化导线和定子铁芯之间的绝缘。

例如，中国专利公开CN111355324A公开了一种在电机定子铁芯的插槽内设置绝缘纸的方案。绝缘纸的绝缘基材上设有粘接剂层，粘接剂能在加热后发泡膨胀。为了使绝缘纸能顺利无阻地插入插槽内，防止粘接剂与插槽的端缘接触而粘接剂剥离，绝缘基材在折痕附近（即转角处）形成为露出部而不设置粘接剂层。

上述方案能在一定程度上解决粘接剂脱落的问题，但还存在改进的空间，例如如何限制发泡材料在发泡后的覆盖区域，如何避免发泡材料在发泡后的脱落等。

发明内容

本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种绝缘性能好且可靠性高、膨胀材料不容易脱落的绝缘纸和电机定子。

根据本发明的第一方面，提供一种绝缘纸，其用于设置在电机定子的铁芯的线槽内，以隔离铁芯和位于线槽内的导线，绝缘纸具有彼此垂直的长度方向和宽度方向，在绝缘纸置于线槽的情况下，宽度方向与铁芯的轴向平行，其中：

绝缘纸包括基材、膨胀材料区域和非膨胀材料区域，

在长度方向上，非膨胀材料区域设置在膨胀材料区域的两侧，

膨胀材料区域包括在受热后能发生膨胀的材料，非膨胀材料区域包括在受热后不发生膨胀的材料。

在至少一个实施方式中，非膨胀材料区域的材料包括不含发泡剂的半固化的环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯树脂中的一种或几种的复合物。

在至少一个实施方式中，非膨胀材料区域的材料的固化温度不高于膨胀材料区域的材料的膨胀温度。

在至少一个实施方式中，相邻的膨胀材料区域之间具有未被非膨胀材料区域覆盖的空白区域。

在至少一个实施方式中，在宽度方向上，非膨胀材料区域还设置在膨胀材料区域的两侧。

在至少一个实施方式中，膨胀材料区域还设置在基材的用于背离导线的外表面上。

在至少一个实施方式中，在外表面的向铁芯的内周侧开放的、用于露出线槽的槽口的位置，设有非膨胀材料区域。

根据本发明的第二方面，提供一种电机定子，其包括铁芯、导线和绝缘纸，铁芯形成有线槽，导线部分地设置在线槽内，绝缘纸至少部分地设置在线槽内以隔绝导线和铁芯，其特征在于，

绝缘纸为根据本发明的第一方面提供的绝缘纸。

在至少一个实施方式中，在膨胀材料区域膨胀变形后，在长度方向上，相邻的膨胀材料区域之间形成用于使冷却剂通过的冷却间隙。

在至少一个实施方式中，绝缘纸通过折叠而形成环绕导线的纸卷，纸卷具有由绝缘纸的边缘拼接而形成的拼接边，拼接边设置在线槽的位于径向最外侧的槽底。

根据本发明的绝缘纸结构简单，且膨胀材料不容易脱落。根据本申请的电机定子绝缘性能好，可靠性高且散热效果好、成本低。

附图说明

图1是根据本申请的第一实施方式的电机定子的部分结构的示意图（只在一个线槽内示出绝缘纸和导线）。

图2是图1的电机定子省去导线的示意图。

图3是根据本申请的第一实施方式的绝缘纸展开状态的示意图。

图4是根据本申请的第一实施方式的电机定子的一个线槽的剖视的示意图，其中绝缘纸的膨胀材料未膨胀。

图5是图4中膨胀材料膨胀后的示意图。

图6是根据本申请的第二实施方式的电机定子的一个线槽的剖视的示意图，其中绝缘纸的膨胀材料未膨胀。

图7是根据本申请的第二实施方式的绝缘纸展开状态内表面的示意图。

图8是根据本申请的第二实施方式的绝缘纸展开状态外表面的示意图。

附图标记说明：

P 绝缘纸；P0 拼接边；P1 基材；P2 膨胀区域；P3 非膨胀区域；

C 线槽；C0 槽口；W 导线；G 冷却间隙；L 长度方向；A 宽度方向；R 径向。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

第一实施方式

首先参照图1至图5，介绍根据本申请的一个实施方式的绝缘纸以及包括该绝缘纸的电机定子。

除非特别说明，以下所称的径向、轴向和周向都是以定子为参照来定义的。

图1所示为扁线电机定子（以下简称定子）的一部分。定子包括铁芯S、绝缘纸P和导线W。

铁芯S形成有多个线槽C。线槽C内用于设置多层的导线W。通常导线W的外表面自带绝缘层，但是为了增强绝缘效果，尤其对应用于高压（例如400v以上、甚至800v以上）平台的定子，在线槽C内还设置包围导线W的绝缘纸，以对导线W和铁芯S起到绝缘隔离。

图2是未插入导线W时，绝缘纸P在线槽C内的状态。

展开状态下的绝缘纸P呈矩形或大致矩形。绝缘纸P经过折叠后形成一个与线槽C形状相仿的纸卷。优选地，纸卷在周向上是封闭的。纸卷的周向上具有一个拼接边P0，是由原始片状的绝缘纸P的两个边缘重叠在一起形成的。本实施方式中，拼接边P0朝向铁芯S的外周侧，或者说，拼接边P0设置在线槽C的位于径向R上最外侧的槽底，这使得拼接边P0不露出于线槽C的位于径向内侧的槽口C0。

图3示出了展开状态下的绝缘纸P的用于朝向导线W的内表面。绝缘纸P具有彼此垂直的长度方向L和宽度方向A，其中宽度方向A与定子的轴向一致。长度方向L上形成多个（本实施方式中为4个）折痕，如图中的点划线所示。沿折痕折叠后可以形成图2中的纸卷。在绝缘纸P形成为纸卷的状态下，原长度方向L构成纸卷的周向。

绝缘纸P包括基材P1和附着在基材P1上的多个膨胀材料区域P2和非膨胀材料区域P3。并且，在长度方向L上，多个膨胀材料区域P2间隔开地设置，相邻的膨胀材料区域P2之间具有既未附着膨胀材料区域P2、也未附着非膨胀材料区域P3的空白区。空白区用于形成下文将进一步介绍的冷却液通道。

在长度方向L上，每个膨胀材料区域P2的两边均形成有一个非膨胀材料区域P3。在膨胀材料受热膨胀后，非膨胀材料区域P3可以作为膨胀材料区域P2的边界，或者更形象地说可以作为“堤坝”，防止膨胀材料膨胀至用于形成冷却液通道的空白区。

图3所示的膨胀材料区域P2和两边的非膨胀材料区域P3在长度方向L上是紧挨的。然而，在其它可能的实施方式中，原始状态下，即膨胀材料未发生膨胀的情况下，膨胀材料区域P2和相邻的非膨胀材料区域P3之间可以具有小的空白区，该小的空白区为膨胀材料向非膨胀材料区域P3的膨胀提供了一定的空间。

基材P1例如可以是芳纶纤维纯纸，或芳纶纤维纸与聚酰亚胺薄膜复合（使用耐高温胶粘剂复合）而成的复合纸。典型的复合纸结构为Nomex纤维纸/PI薄膜/Nomex纤维纸（简称NHN），复合胶粘剂例如可以采用环氧类、聚氨酯类、或聚丙烯酸酯类胶粘剂。

膨胀材料区域P2的材料例如为含有发泡剂的环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯树脂等中的一种或几种的复合物。

非膨胀材料区域P3的材料例如为不含发泡剂的半固化的B阶环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯树脂等中的一种或几种的复合物。

优选地，非膨胀材料区域P3的材料的固化温度不高于膨胀材料区域P2的材料的膨胀温度。这使得，在加热绝缘纸的过程中，非膨胀材料区域P3首先完成固化，之后膨胀材料区域P2才发生膨胀。固化的非膨胀材料区域P3在膨胀材料膨胀前，就已形成坚固的“堤坝”，防止膨胀材料在膨胀过程中越过边界堵住冷却液通道。

优选地，非膨胀材料区域P3的材料的熔融温度为100℃~110℃；非膨胀材料区域P3的材料的固化温度为110℃~130℃；膨胀材料区域P2的材料的膨胀温度为140℃~160℃。

图4示出了被折叠为纸卷形式的绝缘纸P在线槽C内未膨胀时的状态。在本实施方式中，绝缘纸P的背离导线W的外表面完全被膨胀材料区域P2覆盖。应当理解，这并不是必须的，在其它可能的实施方式中，绝缘纸P的外表面也可以像内表面一样，间隔地设置有膨胀材料区域P2和非膨胀材料区域P3，并且部分地空出用于形成冷却液通道。

图5示出了图4中的绝缘纸P在加热后，膨胀材料膨胀后的状态。膨胀材料在膨胀过程中，向线槽C内的各空隙流动，以增强槽内的绝缘性能。而通过选择合适配比的膨胀材料，可以控制膨胀材料的膨胀比例，并借助非膨胀材料区域P3的阻挡作用，在相邻的非膨胀材料区域P3之间形成未被填充的间隙G，该间隙G可以参与构成冷却液通道。

通过在定子上设置合理的外接流路，可以将冷却液导通至间隙G，以贴近导线W的方式，对该产热明显区域进行有效的降温。

应当理解，受膨胀材料膨胀比例的影响，线槽C内也可以有部分并非受非膨胀材料区域P3界定的间隙参与构成冷却液通道，例如图5中处于中部区域的间隙G。

第二实施方式

参照图6至图8，介绍本申请的第二实施方式。第二实施方式是第一实施方式的变型，对于与第一实施方式中的部件结构或功能相同或相似的部件标注相同的附图标记，并省略对这些部件的具体说明。

本实施方式与第一实施方式的区域主要有三个方面。

第一，参照图6，在初始状态，即膨胀材料未发生膨胀的情况下，非膨胀材料区域P3的厚度大于膨胀材料区域P2的厚度。这使得非膨胀材料区域P3的“堤坝”作用更明显，使得膨胀材料在膨胀过程中更不容易越过非膨胀材料区域P3。

第二，参照图7和图8，在宽度方向A上，膨胀材料区域P2的两边也设有非膨胀材料区域P3。这两个位于轴向端部的非膨胀材料区域P3可以防止膨胀材料膨胀后流出线槽，即在线槽的轴向端部对膨胀材料形成封堵。

优选地，膨胀材料区域P2在宽度方向A上的尺寸不大于线槽C在轴向上的长度。

第三，同时参考图6和图8，在绝缘纸P的外表面，在绝缘纸P用于露出线槽C的槽口C0的位置，设有非膨胀材料区域P3。这个区域的非膨胀材料可以起到对槽口C0的“封堵”作用，防止膨胀材料从槽口C0脱落。

应当理解，上述实施方式及其部分方面或特征可以适当地组合。

本发明至少具有以下优点中的一个优点：

（i）在膨胀材料区域的外侧设置非膨胀材料，构成对膨胀区域的边界限定，可以使得膨胀材料受控地膨胀，在保证绝缘效果的情况下，不容易从线槽内脱落。

（ii）非膨胀材料区域之间自然形成冷却液通道，大大降低了在定子铁芯内部通过其它工艺构建冷却液通道的成本，且该冷却液通道靠近（或者紧挨）导线，降温效果好。

当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本发明的范围。

Claims (8)

1.一种绝缘纸，其用于设置在电机定子的铁芯（S）的线槽（C）内，以隔离所述铁芯（S）和位于所述线槽（C）内的导线，所述绝缘纸具有彼此垂直的长度方向（L）和宽度方向（A），在所述绝缘纸置于所述线槽（C）的情况下，所述宽度方向（A）与所述铁芯（S）的轴向平行，其特征在于：

所述绝缘纸包括基材（P1）、膨胀材料区域（P2）和非膨胀材料区域（P3），所述膨胀材料区域（P2）和所述非膨胀材料区域（P3）均附着于所述基材（P1），

在所述长度方向（L）上，所述非膨胀材料区域（P3）设置在所述膨胀材料区域（P2）的两侧，

所述膨胀材料区域（P2）包括在受热后能发生膨胀的材料，所述非膨胀材料区域（P3）包括在受热后不发生膨胀的材料，

所述非膨胀材料区域（P3）的材料的固化温度不高于所述膨胀材料区域（P2）的材料的膨胀温度，

相邻的所述膨胀材料区域（P2）之间具有未被所述非膨胀材料区域（P3）覆盖的空白区域，所述空白区域用于形成冷却液通道。

2.根据权利要求1所述的绝缘纸，其特征在于，所述非膨胀材料区域（P3）的材料包括不含发泡剂的半固化的环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯树脂中的一种或几种的复合物。

3.根据权利要求1所述的绝缘纸，其特征在于，在所述宽度方向（A）上，所述非膨胀材料区域（P3）还设置在所述膨胀材料区域（P2）的两侧。

4.根据权利要求1所述的绝缘纸，其特征在于，所述膨胀材料区域（P2）还设置在所述基材（P1）的用于背离所述导线的外表面上。

5.根据权利要求4所述的绝缘纸，其特征在于，在所述外表面的向所述铁芯（S）的内周侧开放的、用于露出所述线槽（C）的槽口（C0）的位置，设有所述非膨胀材料区域（P3）。

6.一种电机定子，其包括铁芯（S）、导线（W）和绝缘纸（P），所述铁芯（S）形成有线槽（C），所述导线（W）部分地设置在所述线槽（C）内，所述绝缘纸（P）至少部分地设置在所述线槽（C）内以隔绝所述导线（W）和所述铁芯（S），其特征在于，

所述绝缘纸（P）为根据权利要求1至5中任一项所述的绝缘纸。

7.根据权利要求6所述的电机定子，其特征在于，在所述膨胀材料区域（P2）膨胀变形后，在所述长度方向（L）上，相邻的所述膨胀材料区域（P2）之间形成用于使冷却剂通过的冷却间隙（G）。

8.根据权利要求7所述的电机定子，其特征在于，所述绝缘纸（P）通过折叠而形成环绕所述导线（W）的纸卷，所述纸卷具有由所述绝缘纸（P）的边缘拼接而形成的拼接边（P0），所述拼接边（P0）设置在所述线槽（C）的位于径向最外侧的槽底。