CN1165924C - 无外观质量缺陷的浇注线圈及其成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浇注树脂绝缘的、广泛用于变压器、电抗器等产品的线圈及其柔性箔式复合材料作浇注外模的立式浇注成型方法，尤其是能实现无外观质量缺陷、无需修补或涂漆处理等修饰、成本低、操作简单的成型方法，该方法解决了传统的刚性的金属外模浇注线圈时外模内径和线圈绕线外径的公差配合不适配、合模缝缺陷等问题，从而改善了线圈的外观质量。

Description

无外观质量缺陷的浇注线圈及其成型工艺

本发明所属的技术领域：

本发明涉及一种浇注树脂绝缘的、广泛用于变压器、电抗器等产品的线圈及其柔性薄板外模立式浇注成型方法，尤其是能实现无外观缺陷、无需修补或涂漆处理等修饰、成本低、操作简单的成型方法，尤其解决了传统的金属刚性外模浇注时外模内径和线圈绕线外径的公差配合不适配问题，从而改善了线圈的外观质量，并低成本实现线圈表面优异的介电特性。

为方便阐述，本文以浇注树脂绝缘的干式电力变压器线圈为例。

本发明的技术背景：

现有的玻璃纤维增强的无填料树脂浇注变压器线圈的成型模具和方法是：在完全刚性的内模上绕制白坯线圈，然后和完全刚性的分瓣外模(壁厚一般大于5mm且有加强肋)及浇注底模装配形成浇注模腔，在模腔下方放置浇注嘴，在真空条件下从浇注嘴缓慢浇注无填料树脂至完全浸没白坯线圈，经过固化成型后拆模，修整线圈存在的各种缺陷。

浇注树脂绝缘的干式变压器线圈，外观缺陷主要表现为浇注白斑、收缩凹陷、缩孔、色泽不匀、合模缝等。其外观质量的优劣在很大程度上受制于浇注模具的结构、加工质量、模具同白坯线圈的装模配合的松紧程度、装模同心度等，而且影响到浇注渗透、固化传热、树脂固化收缩方式等。这正是传统的金属模具浇注线圈难以解决的问题。一旦出现表面缺陷则需要打磨和修补处理，这必然造成线圈外观的色泽和光泽的不均匀性，即使花费众多的人工也难以修饰得到理想的效果，而且往往是采用涂漆覆盖的方法解决，但我们知道，浇注时的金属外模都涂有脱模剂，故成品线圈的外表就残留大量脱模剂，脱模剂的存在，造成涂刷的油漆和线圈具有不良的结合界面，运行过程中极易脱落和变性。

本发明的技术课题：

本方面致力于解决因使用刚性金属外模带来的线圈诸多外观缺陷。

本发明的技术方案和成型方法：

一是使用柔性适形的外模方案解决笨重的刚性金属外模的不足，二是用具有柔性适形特性的并同时具备良好绝缘性能的箔式功能材料直接取代金属外模充当浇注外模形成模腔完成树脂浇注工序，这样，在树脂固化后箔式功能材料就成为线圈的组成部分-即外表绝缘层。由此诞生了一种新型绝缘结构和外观特征的线圈，并与之适应诞生了一种新的更能节约成本和提高工效的浇注成型工艺方法。

本发明采用柔性适形的浇注外模替代传统的刚性金属外模、用大粒度的粉状填料替代玻璃纤维填充线圈引出线凸台、控制树脂的凝胶顺序实现了浇注线圈无外观缺陷和优异的表面介电特性。彻底解决了表面质量缺陷带来的综合后遗症，并降低了浇注成本。

以下结合实施例具体阐述本发明涉及的线圈结构和适配的成型工艺：

结合图1说明本发明所述的线圈结构；

结合图2说明本发明所述的线圈的成型模具和成型方法。

图1中，1-箔式功能材料，2-外绝缘，3-上端绝缘，4-线圈绕组结构，5-内绝缘，6-下端绝缘，7-引出线铜螺母，8-引出线浇注凸台。

图2中，9-底模，10-线圈凸台侧面封板，11-线圈凸台正面封板，12-内模，13-绕组及树脂浇注料，14-模腔底部密封，15-线圈凸台侧面密封，16-侧面封板压紧螺钉，17-底模“Ω”形密封沟槽，18-外模。

首先介绍具有绝缘特性的箔式功能材料构成线圈外表绝缘的新型线圈。

图1的线圈结构类同于传统的树脂浇注线圈，它包括绕组、浇注树脂绝缘、结构增强材料等。该种线圈结构可以用含有粉体填料或不含有粉体填料的树脂浇注成型，其上下端部、内外绝缘层为纤维或粉体填料增强的树脂绝缘。线圈的特征在于：线圈的最外表面放置了一张箔式功能材料1构成的柔性薄板，充当模腔外型面和线圈外表绝缘层，固化成型后的线圈外表没有合模缝痕迹和其它外观缺陷。

箔式功能材料1的外表面具备线圈要求的颜色、光泽度、表面耐电特性等，箔式功能材料1的内表面具备和浇注树脂相容的粘接特性，箔式功能材料1具备浇注和固化过程中必须经历的高温力学性能，它可以是环氧玻璃布薄板、环氧预浸DMD复合材料、NOMEX纸、其它工程塑料的复合箔等，其厚度一般小于1毫米。注1：环氧预浸DMD复合材料是一种商品化复合箔绝缘材料，由“聚酯无纺布|塑料薄膜|聚酯无纺布″三层材料复合而成的柔软复合材料，再经环氧树脂浸渍并预固化，广泛用于电气绝缘。注2：NOMEX纸是由美国Dupont公司生产的一种聚芳酰胺绝缘纸，广泛用于电气绝缘。

该箔式功能材料1的一种典型结构是由外层透明聚酯薄膜和内层带颜色的环氧树脂预浸无纺布复合而成的复合箔。这样成型的线圈外表光洁、雅观。

该箔式功能材料1的另一种典型结构是环氧预浸DMD复合材料，该箔材的外表极易涂敷其它功能性防护涂料，如三防涂料、憎水性有机硅涂料、半导体漆等。

避免线圈外观缺陷还要考虑线圈引出线凸台区域的处理。对于白坯线圈本体用玻璃纤维毡增强的结构，对引出线浇注凸台8区域，可在线圈模腔装配完成后，用10目-100目的大粒度的石英砂或性能类似的无机填料填充，然后用带填料或无填料的树脂整体浇注。这样填充浇注的区域，由于填料含量增加，而且填充密实均匀，故树脂固化收缩小、内应力小，故不会造成凸台范围的收缩缺陷以及凸台周边的应力开裂。

该区域传统的填充方法为玻璃毡填充，不但成本高、填充工时多，而且易出现树脂收缩缩孔缺陷和树脂开裂缺陷。

外层箔式功能材料1的引入，使得这种线圈可以省却浇注树脂本体色浆，从而节约成本。

这种线圈的切割预留部分在上端，线圈下端可切割齐整或打磨齐整。

省却树脂本体色浆后，还要考虑凸台区域的外观颜色问题和线圈端部切割后的颜色问题，由于端部切割面属粗糙毛面，极易在产品出厂装修时涂刷要求颜色的绝缘漆，并且保证牢固的附着力。解决成品线圈凸台区域正面的外观颜色和其他部位相适配的方法，是在线圈凸台正面封板11的接触线圈的型面部位、在装模前喷涂厚度为0.1毫米-0.5毫米树脂胶衣并预固化，胶衣的色观和外层箔式功能材料1可以相同或相异；或是在线圈凸台正面封板11的接触线圈的型面部位处放置箔式功能材料1替代树脂胶衣。

接下来介绍具有柔性适形特性的柔性外模成型线圈的方法。

图2中给出了一种实用的、低成本的线圈浇注成型工艺方案，包括绕线、装模、浇注、固化等工序，其特征在于：采用柔性的薄板环向围拢成浇注模“Ω”形外模18，合模缝就是薄板和线圈凸台正面封板11相交的棱边，薄板厚度一般小于1毫米；当线圈绕组本体结构采用玻璃纤维填充增强时，可在线圈引出线浇注凸台8区域处、于浇注前预先灌注大粒度的石英砂代替玻璃纤维填充物，当线圈绕组本体结构采用粉状填料填充增强时，于浇注前线圈引出线浇注凸台8区域处自然留空或沿其外轮廓放置适量纤维增强材料；树脂的固化分凝胶和后固化二步完成，当补偿树脂固化时体积收缩的回料口在线圈上端时，在凝胶过程中模具自下向上传热且有一定温差，树脂的凝胶顺序是从线圈的下部开始至上部结束。

浇注模具的底模9开有通风的孔道，使得模具内部外部具有尽可能相当的热风对流状态。

浇注模具的外模18可以是可重复使用的柔性的薄板模具，或是由线圈绝缘组成部分的箔式功能材料1充当，或二者的结合。

当浇注模具的外模18是一张箔式功能材料1制成的薄板时，该薄板作为线圈的外层绝缘组成部分，永久性和线圈结合。当线圈浇注料省却色浆时，解决成品线圈凸台区域正面的外观颜色和其他部位相适配的方法，是在线圈凸台正面封板11的接触线圈的型面部位、在装模前喷涂厚度为0.1毫米-0.5毫米树脂胶衣并预固化，胶衣的色观和外层箔式功能材料1可以相同或相异；或是在线圈凸台正面封板11的接触线圈的型面部位处放置箔式功能材料1替代树脂胶衣。

当浇注模具的外模18是不锈钢板、环氧玻璃布板、聚四氟乙烯等工程塑料板时，作为外模的薄板可重复使用。“Ω”形外模结构是靠装模时薄板的弹性弯曲变形获得的，拆模后的薄板仍然为平整的薄板，由于“Ω”形外模薄板的展开长度可以大于线圈外轮廓周长，使得一张外模薄板可适应不同直径的线圈成型。

浇注模具的外模18还可以是贴附重复使用的外模薄板的内壁放置作为线圈外表绝缘的箔式功能材料1的组合。树脂固化后浇注外模和箔式功能材料1分离。这种情况下可以省却浇注树脂中的色浆，采用更薄的箔式功能材料1，而且非常容易实现用不同的色观标识不同相别的线圈。这种方式可以降低线圈的成本。

成型图1所示的线圈，关键要解决模具的密封和承重问题。承重方案自然可归结到刚性的内模和心轴上，属现有技术方案此处不作赘述。图2中内模、底模和心轴的装配关系为现有的技术方案(故未示意画出内模、底模和心轴的紧定结构，底模和内模间靠橡胶条密封、靠模具心轴轴向压紧连接在一起)，内模、底模、心轴作为承重承力的主体部分，柔性的外模不能承力。柔性的外模18在位于底模上的“Ω”形密封沟槽17处同底模密封，适形“Ω”形密封沟槽1 7的深度约5毫米，模腔底部密封14的密封方式为在沟槽内灌封流体密封胶，在线圈浇注树脂前流体密封胶必须能硬化成固体或弹性体，例如采用RTV液体橡胶密封或廉价的不饱和聚酯树脂密封。密封时，模具底板要水平，密封液不要溢出密封沟槽。可利用线圈加热干燥工序实现密封料的加热硬化。外模18在位于线圈凸台正面封板11处依靠线圈凸台侧面密封15形成浇注模腔的圆柱面合模缝处橡胶条轴向线密封，线圈凸台的侧面及根部的过渡R角由适形的线圈凸台侧面封板10合模时定型。

在装配凸台侧面封板10时，可以实现先固定外模18的自由端然后使外模18获得几何形变，这样使柔性外模18获得沿环向的面内张力，从而完成对线圈本体的紧密包裹。

线圈的总体成型工艺是这样的：装配内模12及底模9-→绕线→线圈直立翻转→包外层绝缘材料2→装配线圈凸台正面封板11、外模18(或箔式功能材料1)、线圈凸台侧面封板10→浇注模腔底部灌胶密封及浇注模腔立面合模缝处橡胶条轴向线密封处理→石英砂灌注引出线凸台8区域→整体工件预热、干燥→真空浇注→树脂凝胶、后固化-→拆模→线圈切割→修整→检验及成品入库。

传统的2×(1/2)对开的刚性金属外模，不但尺寸庞大，而且非常笨重，用箔式功能材料1取代金属刚性外模成型线圈，可以节约大笔金属外模的制造、存放和维护费用，并且可大大节约装模和拆模工时、减轻劳动强度。

用本发明所述的方法成型浇注线圈，由于外模的柔软和适形性，对白坯线圈的外层绝缘具有自然适中的包裹力度，故不必考虑传统方式装模时内外模同心度、绝缘材料压缩量、绕线裕度等烦琐的公差配合及工序控制问题，也就不会造成对浇注质量的不良影响。

用本发明所述的方法成型浇注线圈，制造费用低，操作简捷，没有线圈外观质量缺陷，同时线圈外表可以附加很强的装饰性色彩或图案，可以做成镜面表面或亚光表面。

Claims (9)

1、一种浇注树脂绝缘的电气产品的线圈，包括导体、固体绝缘材料和结构增强材料，其特征在于：浇注线圈的外表面放置了一张箔式功能材料(1)构成的柔性薄板作为线圈外表绝缘层，固化成型后的线圈外表没有合模缝痕迹、浇注白斑、收缩凹陷、缩孔、色泽不匀外观缺陷，不同相别的三相线圈的外表颜色取决于箔式功能材料(1)呈现的相同或相异的颜色。

2、根据权利要求1所述的线圈，其特征在于：外层箔式功能材料(1)的外表面具备线圈要求的颜色、光泽度、表面耐电特性，箔式功能材料(1)的内表面具备和浇注树脂相容的粘接特性，箔式功能材料(1)具备线圈浇注和固化过程中必须经历的高温力学性能，它可以是环氧玻璃布薄板、环氧预浸DMD复合箔、NOMEX纸、其它工程塑料的复合箔。

3、根据权利要求1所述的线圈，其特征在于：引出线浇注凸台(8)区域由大于200目的粉体填料、或10目-100目的粒状填料、或二者的结合形成的填料填充增强的树脂浇注体。

4、根据权利要求1所述的线圈，其特征在于：绕组及树脂浇注料(13)本体中，可以省却色浆；浇注树脂可以含有粉体无机填料。

5、一种浇注树脂绝缘的、无外观质量缺陷的线圈的立式浇注成型方法，包括绕线、装模、浇注、固化等工序，其特征在于：采用柔性的薄板环向围拢成浇注模“Ω”形外模(18)，合模缝就是薄板和线圈凸台正面封板(11)相交的棱边；当线圈绕组本体结构采用玻璃纤维填充增强时，可在线圈引出线浇注凸台(8)区域处、于浇注前预先灌注大粒度的石英砂代替玻璃纤维填充物，当线圈绕组本体结构采用粉状填料填充增强时，于浇注前线圈引出线浇注凸台(8)区域处自然留空或沿其外轮廓放置适量纤维增强材料；树脂的固化分凝胶和后固化二步完成，当补偿树脂固化时体积收缩的回料口在线圈上端时，树脂的凝胶顺序是从线圈的下部开始至上部结束。

6、根据权利要求5所述的线圈的成型方法，其特征在于：整个工件的承重承力部位为刚性内模(12)及模具心轴，外模(18)只承受环向的张紧力，这种对线圈的包裹张力由线圈凸台侧面封板(10)在装配时施加；浇注模外模(18)在底模“Ω”形密封沟槽(17)处同底模密封，底模“Ω”形密封沟槽(17)的深度约5毫米，模腔底部密封(14)的密封方式为在沟槽内灌封流体密封胶，在线圈浇注树脂前流体密封胶硬化成固体或弹性体，外模(18)在位于线圈凸台正面封板(11)处依靠线圈凸台侧面密封(15)形成浇注模腔的圆柱段的合模缝线密封。

7、根据权利要求5所述的线圈的成型方法，其特征在于：浇注模具的外模(18)是一张箔式功能材料(1)制成的薄板，该薄板作为线圈的外层绝缘组成部分，永久性和线圈结合；在线圈凸台正面封板(11)接触线圈的型面部位，装模前喷涂树脂胶衣并预固化、或贴附上箔式功能材料(1)的方法解决线圈凸台区域正面的外观颜色适配问题。

8、根据权利要求5所述的线圈的成型方法，其特征在于：浇注模具的外模(18)是重复使用的薄板，可以是不锈钢板、环氧玻璃布板、聚四氟乙烯工程塑料板，并且一张外模薄板可适应一定直径范围内的线圈成型。

9、根据权利要求5所述的线圈的成型方法，其特征在于：浇注模具的外模(18)是重复使用的外模薄板和箔式功能材料(1)的组合，箔式功能材料(1)贴附外模薄板内壁放置；待树脂固化后箔式功能材料(1)和线圈本体粘接结合在一起，而重复使用的外模薄板和箔式功能材料(1)分离。

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