CN1276568C - 由收缩软管实现的定子线圈的绝缘 - Google Patents

Abstract

本文介绍一种制造旋转电机、特别是直流电机和交流电机的被绝缘的定子线圈的方法，用于制造定子线圈的绝缘，这种充裕的绝缘能够保证电机可以工作超过预期的寿命。这种定子线圈的绝缘由至少一个导电的具有矩形断面的导线棒(2)构成，还包括至少一个电绝缘的收缩软管(64)，它具有基本上为矩形的断面，所述收缩软管环绕所述导线棒(2)的外围安装，而且收缩套紧在所述的导线棒上。

Description

由收缩软管实现的定子线圈的绝缘

技术领域

本发明涉及一种用于将旋转电机定子线圈绝缘的方法，这里旋转电机特别是指直流电机和交流电机。

背景技术

一般来说，这种电机均有一个定子和一个转子，用于将机械能转换成电能(发电机)，或者反之将电能转换成机械能(电动机)，当电机进入运行状态后，定子绕组的导体中产生电压，于是，定子绕组的导体应进行绝缘，不允许在定子的导体之间发生短路。

旋转电机的定子线圈可以有各种各样的结构，其中之一是将多个相互绝缘的单一导体捆成线束，如此构成的导体束一般称为导线棒，它具有所谓的主绝缘。在制造定子线圈时，将多个导线棒的端面与端面相互结合，这种结合例如可以通过一个金属板实现，在金属板上，将第一导线棒的各自绝缘的单一导线和第二导线棒的各自绝缘的单一导线相互连接，因此，在所述金属平板区域内的导线棒的各个单一导体之间是不被绝缘的。

要将各个单一导体捆扎成导线棒形式，需将一个较长的被绝缘的单一导体在一个平面上缠绕成一个椭圆形线圈，称为线圈原型或骨架。在下面的过程中，所谓的支撑将所述的线圈原型或骨架转变为其成品形式，并且安置在电机的定子中。

在两个如上所述的制造方法中，单一导体既可以是圆形的，也可以是矩形的，定子线圈是由多个单一导体制成的导线棒或线圈原型构成，这些导线棒或线圈原型的横断面既可以是圆形的，也可以是矩形的，在本发明中，建议导线棒或线圈原型最好成矩形的横断面，它由多个矩形的单一导体所构成。导线棒可以盘绕，也就是说，单一导体相互绞接，也可以不盘绕，也就是说，单一导体并不相互绞接，而是相互平行地敷设。

根据现有技术，定子线圈(例如导线棒，线圈原型，绕组)的绝缘一般使用云母纸，考虑到机械强度问题，将这种云母纸用玻璃布载体进行强化，并以带形围绕导体缠绕，被卷绕的导体在缠绕之后发生变形，将已缠绕的导体在一种时效硬化的树脂中浸渍，形成热固性塑料的非溶化的绝缘材料，它具有热塑性基体，以带形卷绕在导体上，例如可用ASPHALT SCHELLACK公司(见BROWN BOVERI REVIEW第57卷第15页署名为R.SCHULER的题为“高压旋转电机的绝缘系统”的文章)的聚砜和聚醚丙酮作为绝缘材料(德国专利文献DE 4344044A1)。这种绝缘材料在基体的热熔化温度之上是可以重新产生塑性变形的。

这些通过缠绕完成的定子线圈的绝缘具有如下缺点，加工费时，并且投入大，其中尤其是卷绕过程和浸渍过程相当费时，根据云母纸的物理特性和浸渍树脂的特性，几乎不存在能够加快工艺处理过程的可能性。而且，这种制造过程对于要求绝缘较厚的情况也是有缺陷的，当云母纸不能充分与定子线圈相适配时，将使所得到的绝缘容易损坏。特别是在缠绕完成定子线圈之后，由于卷绕机器的调整不当，可能会在云母纸上出现褶皱和裂缝，例如通过一个在云母纸和导体之间的侧面或平面的线匝或者通过一个不当的静态或动态的拉力，这个作用力是在缠绕过程中施加在云母纸上的。此外，由于在过大的带状涂层上施加过压，它阻碍了绝缘在浸渍原型中被均匀的浸透，于是就获得了一个部分或全部含有缺陷的绝缘产品，它的短时和/或长期强度性能都有所降低，这种定子线圈绝缘产品的寿命被显著降低。

此外采用公知的电缆制造技术和方法对导线束加外包皮，即将具有圆形断面的导线束进行挤压，用热固性塑料或弹性体外包皮，如US A 5,650,031和WO97/11831所公开的专利主题所涉及的对定子线圈加绝缘的方法，其中定子线圈被放入一个挤压设备的中心孔内，定子线圈具有一个复杂的原型，采用经过挤压的热固性塑料材料同时在该复杂线圈原型的每一侧实现外包皮，尤其是通过一种复合挤压完成外包皮处理。

在已有的电缆制造技术中，采用聚合物绝缘也是公知的，在电缆上利用热收缩技术构成绝缘，这里涉及的软管是具有圆形断面的预制软管，可以由交联的热固性塑料、弹性体、聚偏氟乙烯、PVC、硅树脂弹性体或聚四氟乙烯制成。这些材料在制造之后在加热状态下伸长和冷却，在冷却之后，材料将保持其扩张的形状。这种特性似乎是由其结晶体中心所形成，其中扩张的大分子是固定的。通过再次加热，结晶体区在超过结晶体的熔化点之后熔解，于是大分子又恢复到未扩张的状态，于是，绝缘实现收缩。然后，软管冷收缩的技术也是公知的，软管在冷却状态下发生机械扩张，在扩张状态下的软管通过一个支撑结构被支撑，软管在扩张的状态下能够长期维持，此后，软管通过绝缘构件滑移和固定，将支撑结构通过适当的方式去掉，例如摘掉通过螺旋形开孔的支撑结构。可是这种已有的收缩技术不能适用于具有矩形断面的定子线圈，因为所述紧靠矩形导体的边缘上的软管的断面是圆形断面，这样，在收缩之后，或者在电机运行期间短期加载之后，由于热应力和机械应力的作用，定子线圈的绝缘很容易被撕开或发生断裂。

在制造定子线圈时，特别是在弯曲导体时，以及在加工和组装定子时，定子线圈的绝缘必然受到相当高的机械作用力，这种作用力可能会损坏定子线圈的绝缘。为此，定子线圈的绝缘在电机运行期间应当能够满足综合要求。一方面，在具有很高电压的导体和定子之间的绝缘要满足隔离所产生的电磁场的要求，另一方面，由于在导体中产生热，对绝缘提出能够实现必要的热交换，因为在电机运行期间，在绝缘上会产生很高的温度，根据所用材料的不同的膨胀情况，会产生机械交变应力。于是造成在导体和绝缘体之间粘合的剪切力，此外，在绝缘体和定子的槽壁之间的交界表面上会出现磨粒磨损的危险。由于存在上述高的作用力，定子线圈的绝缘可能会出现裂缝，这是导致短路的隐患。如果发生短路的话，将可能导致整个电机的故障，由此需要经常或频繁的维修和高的消耗成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种对旋转电机的定子线圈加以绝缘的方法，能够实现定子线圈的绝缘，而且定子线圈的绝缘能够保证电机具有预期的持久工作寿命。

本发明的上述目的的技术解决方案在于一种制造旋转电机、特别是直流电机和交流电机的被绝缘的定子线圈的方法，定子线圈的主绝缘由至少一个导电的具有矩形断面的导线棒构成，还包括至少一个电绝缘的收缩软管，它具有矩形的断面，所述收缩软管环绕所述导线棒的外围安装，而且收缩套紧在所述的导线棒上。

根据本发明的制造旋转电机、特别是直流电机和交流电机的被绝缘的定子线圈的方法，定子线圈由至少一个导电的具有基本上为矩形断面的导线棒构成，其中包括至少一个电绝缘的收缩软管，它具有基本上为矩形的断面，收缩软管将所述导线棒包围在其中，而且收缩套紧其内的所述导线棒，其优点在于，通过一个软管的收缩作用，实现定子线圈的绝缘，并且保证了绝缘具有优良的性能。特别是，由于电绝缘的收缩软管在导线棒的每个位置上都是套紧的，避免了褶皱和空腔的形成，因为收缩软管的所有界面均与导线棒的接触面靠紧，防止了在接触面上出现收缩软管的裂缝。此外，可以采用已有的成型工艺(挤压，注模)进行收缩软管的预制，然后在组装之前通过电气部件检测保证得到最优化的绝缘质量。下一步，具有确定厚度的收缩软管将所述导线棒包围在其中，以所要求的方式，均匀地套紧在导线棒的每个位置上，从而获得一个令人满意的电气和机械绝缘，这种定子线圈的优异的绝缘足以保证电机能够工作超过电机的预期寿命。

根据本发明的方法的很少和简单的实施步骤，能够以省时和省钱的方式和方法制造出被绝缘的定子线圈，可以方便地将预制的导线棒加以绝缘，于是在放置导线棒之前或之后，最后完成所要求的绝缘。

本发明的优越性是明显的，所述的收缩软管在冷却状态下呈机械扩张特性，并且环绕着一个支撑装置或支撑套筒安装，在用收缩软管套住所述的支撑套筒之后，将导线棒套装在其内，因此支撑套筒相对于导线断面具有一个尺寸余量，能够使收缩软管方便地套装在导线棒上。

下面说明将收缩软管套装在导线棒上的装置，在将套在支撑套筒上的收缩软管套装在导线棒上之后，将位于收缩软管和导线棒之间的支撑套筒退去，支撑套筒最好是通过螺旋形隔开的，支撑套筒被去掉之后，收缩软管就和导线棒结合在一起了。

另一方面，将收缩软管套装在导线棒上的装置也可以是这样的，所述支撑套筒具有一种可熔解的聚合物，当将套在支撑套筒上的收缩软管套装在导线棒上之后，通过将支撑套筒加热熔解，使扩张的收缩软管能够松弛，从而套装在导线棒上。已经熔解的支撑套筒还可以起到粘贴和增厚物料的作用，如果支撑套筒是可导电材料的，支撑套筒熔解的同时，可以起到内部爬电保护的功能。

本发明的方法还有一个优点，收缩软管可以采用热收缩的材料制成，它在加热状态下发生机械扩张，并且在扩张情况下被冷却，通过选择具有特定特性的材料，使扩张的一部分可在冷却状态下维持，于是有利于将收缩软管套在导线棒上，接着，收缩软管在热力作用下收紧在导线棒上，于是无需再使用其他设备，绝缘则形成。

此外，可以利用压缩空气协助组装工作，压缩空气用于扩张软管。

另外，本发明的一个有利方案是，由具有不同特性的多层材料构成的收缩软管套装在导线棒的外周边上，这些收缩软管层用于内部爬电保护、槽爬电保护和弓形爬电保护，而且用作主绝缘。这种收缩软管优选采用复合挤出法，吹制成型法或注模法制造。

本发明的另一个有利方案是，将多个具有不同性能的收缩软管和/或软管套装在导线棒的外周边上，这些收缩软管和/或软管用于内部爬电保护、槽爬电保护和弓形爬电保护，而且用作主绝缘。

当收缩软管在它与导线棒的接触面上使用了热固性粘结剂时，则会在导线棒和收缩软管之间建立良好的机械联结，这样能够避免形成空腔，改善了热传导性能，防止了发生间隙放电现象，于是无需再设置内部爬电保护。

如果收缩软管是由一种挤压弹性软管构成的，则它的优点一方面是能够连续生产，另一方面是弹性体杆的几何尺寸能够不同，而且可以调节，这种弹性体制成的绝缘在需要弯曲时不会出现裂缝。本发明使用高弹性的弹性体，同时具有高耐热性和强电性能，如果采用硅树脂弹性体，则可以保证更高的热负载能力。

在一个优选的本发明的方法实施例中，导线棒在用弹性体外包皮之后，制成其成品，通过渐开线弯曲，导线棒成品上覆盖的绝缘被强烈扩张。根据本发明的方法，采用弹性体做绝缘显然具有优越性，因为它的机械、电和抗热强度不会由于通过弯曲处理而使绝缘性能有所下降或受到限制。

本发明的其他推荐的实施例、特征和细节将通过说明书实施例部分和附图进行展开说明，下面将结合附图所示的实施例对本发明加以进一步说明。

附图说明

下面将结合附图所示的实施例进一步说明本发明。附图为：

图1a一个带有导线棒和收缩软管的被绝缘的定子线圈的断面图；

图1b一个带有导线棒、支撑套筒和收缩软管(在收缩前)的被绝缘的定子线圈的断面图；

图2图1b的局部剖开的侧视图；及

图3一个弯曲已被绝缘的导线棒的设备。

具体实施方式

在各附图中，仅给出了用于理解本发明的最基本的部件和构件，显然，本发明的方法和设备完全可以以多种方式实现，或者由所属领域的普通技术人员据此做出各种改型方案，然而，上述所有方式和方案均未脱离本发明的原理和教导。

图1a是一个被绝缘的定子线圈60的断面图，一个矩形导线棒2由一个收缩软管64所包围。所述导线棒本身一般是由若干单一的被绝缘的导体捆绑而成，在盘绕的导线棒中，单一的导体的一部分相互绞合，同时在没有盘绕的导线棒中，各单一的导体并未加以绞合，而是相互平行敷设，在本发明中，也可以使用具有圆形剖面的单一导体构成的导线棒，不过，特别优选的是，采用本发明的方法更适用于加工具有矩形剖面的单一导体构成的导线棒。而且，应用具有矩形剖面的单一导体构成导线棒，能够获得本发明的所有预期的优益效果，各单一导体的矩形剖面和/或导线棒的矩形剖面与矩形的偏差最小。在一个由若干单一导体构成的导线棒形成的结构中，它们相互能够临时的结合在一起，可以实现一个均匀和没有空隙的导线棒外包层的主绝缘。例如，通过采用弹性材料或能够抗粘合力的机械弱胶粘剂，将各单一导体临时粘合，于是不会对之后的弯曲构成阻碍。此外，也可以使用一种胶粘剂，在适当加热之后(例如在弯曲之前)，它具有粘合力，于是有助于随后的弯曲过程。

图1a中展示的收缩软管64最好由热收缩材料制成，这种材料在加热状态得到扩展，并且通过一个随后的冷却过程至少部分地或完全地维持在已伸长的状态，于是在软管上没有机械作用力。在加热时，收缩软管恢复其橡胶弹性，而且在加热作用下热压收缩形成在所述导线棒上。

图1b中展示的一个被绝缘的定子线圈60的断面图，包括一个导电的导线棒2，它可以被盘绕，具有矩形剖面，并且由一个带有紧靠导体断面的尺寸余量65的支撑套筒62所包围，绝缘材料制成的支撑套筒64具有比所包围的导体断面尺寸大的矩形剖面，为导体断面提供支撑，并且能够简单组装，也就是说，能够使软管推入。这里还建议，收缩软管的内断面或者外断面是矩形断面，图中所述的收缩软管最好是由冷收缩的材料制成。

在图1a和1b中所示的实施例的情况下，收缩软管可以用热收缩的或冷收缩的材料制成，这种收缩软管最好具有矩形剖面，而且与导线棒的矩形相互匹配，整个收缩软管的内剖面相对于导体断面应当具有一个尺寸公差范围下限，这样能够保证以最优方式安置在导体断面上，尤其是收缩软管的内横截面和外横截面是矩形的。

用于制造收缩软管的材料建议使用本身具有高弹性的弹性体。于是，收缩软管具有高弹性和很好的耐热性，由此可以具有高电气强度和热稳定性。尤其是对于具有大负载的高热电机，采用硅树脂弹性体做绝缘是较适当的选择，采用弹性体(相对于其他材料而言)做绝缘的好处是在材料的耐久力和机械柔韧性方面都是能够满足使用要求的，就弹性体本身而言，可以选用冷交联型或热交联型弹性体，如果是冷交联型弹性体的情况，交联开始例如通过将两种成分加以混合，其中一种成分包含一种交联物；如果是热交联型弹性体的情况，可以加热已经过注模和挤压处理的弹性体实现交联，在挤压过程中，所述的交联以及挤压的排出例如可以通过送热风实现。

主绝缘的材料特性可以通过添加有机物(例如硅酸)和无机物(例如石英粉)构成的填充物进行调节，以便满足电机的相应的机械性能的要求，由此完成电机定子线圈的主绝缘。

在某些实际应用情况下，导线棒一般要求具有槽爬电保护和可控制(弓形爬电保护)，而且在必要时，要求具有内部爬电保护，定子线圈的内部爬电保护一般是一个导电材料层，它位于主绝缘和导线棒之间。内部爬电保护的作用是保障在导线棒上每单位长度的电位是在限定的不会发生放电的安全数值内，这种放电一般是由于在导线棒和主绝缘之间存在有害的空腔所致。定子线圈的槽爬电保护和外部爬电保护一般发生在主绝缘和定子槽之间放置的导电材料层上，外部爬电保护产生一个限定的单位长度电位，能够防止局部放电现象发生，这种局部放电例如在定子槽的加工余量中被绝缘的导线棒上设置不同的间距导致出现高电位而放电，控制(弓形爬电保护)一般用于防止在一个导线棒的槽口上发生放电现象。本发明提供了多种应用的可能性，保护层的设置例如在弹性体上有导电的或半导电的涂层，相应的线卷(例如自身焊接的)通过幅射或加热可以被拉长，也可以采用冷收缩式或热收缩式软管(例如用于套住杆状物)以及涨圈(例如用于线圈)。如果采用收缩式软管或涨圈作为内部爬电保护，则具有如下优点，在其内侧装有一种流体状的塑性材料，用于充填装满位于导线棒的表面上的空腔，类似的，外部爬电保护也是可以实现的。

在本发明方法的又一个推荐的实施例中，采用多个收缩式软管或采用一个由多层构成的收缩式软管形成内部爬电保护、主绝缘和/或外部爬电保护。

在图2中，展示了被绝缘的定子线圈60，收缩式软管64在图中以局部剖面视图的形式绘出，收缩式软管64环绕着支撑套筒62，该套筒具有螺旋形布置的开孔66，用于去掉所述支撑套筒。

在制造绝缘的定子线圈60时，收缩式软管64在冷却状态下产生机械上的扩展，在扩展的状态下，收缩式软管套在支撑套筒62的外周边上，并且收缩式软管维持在扩展的状态下。之后，将由收缩式软管64套着的支撑套筒62套在导线棒2上，必要时加以固定，于是导线棒2的周边被支撑套筒62所环绕，在将由收缩式软管64套着的支撑套筒62套在导线棒2上之后，在收缩式软管64和导线棒2之间的支撑套筒62通过一个螺旋式拆开，使支撑套筒62沿着螺旋式的开孔66被去除，于是收缩式软管64在其本身的松弛和膨胀力的作用下将导线棒2套紧，如此进行绝缘的导线棒2通过一个弯曲设备以与定子相适配的形式弯曲加工，使绝缘的导线棒2能够直接弯曲敷设在定子上，并且具有所要求的足够的柔性。

可替代的方案是，支撑套筒62不是打孔的螺旋式构造，而是由一个可熔解的聚合物制成，例如热塑性材料或在二元状态下的热固性塑料。通过加热过程，使支撑套筒发生熔解，于是被伸展的软管能够松弛，并且紧贴在导线上。这种可熔解的聚合物在凝固之后，可以用作胶粘剂或密封材料充填在可能出现的空腔内。聚合物是导电的，它同时还起到内部爬电保护的功能。

图3展示的是一个对现有技术设备改进了的弯曲设备。绝缘后的导线棒在夹具18中被传送至弯曲设备中，并且依靠夹具18的运动相对于半径规20加工成所需的导线形状，在半径规20和从收缩式软管64伸出的导线棒2的绝缘层4之间安置一个保护层22，它使由半径规产生的压力均匀分布在表面上，防止所述的绝缘层4的断面受力过量。由于机械负载能够被均匀分布，绝缘层不致受损，这种渐开线的弯曲使绝缘层4得到很大的拉长，但是由于收缩式软管64是由性能优良的弹性体制成的，因此经过弯曲加工的绝缘导线棒不会出现任何损伤。

由于导线棒是由许多单一导线捆成的线束，经过弯曲加工之后，由导线棒构成的主绝缘中的各单一导线相互之间可能会有相对位移，而且在导线棒的表面上的单一导线相对于主绝缘也会有位移，因此建议在导线棒和主绝缘之间敷设隔离层，它使单一导线相对于主绝缘的位移具有更小的磨擦力，这例如可以通过用隔离剂对导线棒进行处理实现。如果在隔离层所在区域内采用与主绝缘固定联结的内部爬电保护措施，则由于在导线的隔离层面上的相对位移而出现的裂缝就无关紧要，如果没有内部爬电保护措施，所述的位移大多是不敏感的界的，因为在弯曲范围(在控制调整之后)内的这种电场是减小的。

如果采用内部爬电保护措施的话，其好处是相对于主绝缘具有良好的附着性，然而相对于导线棒的表面则具有很小的附着性，这里绝缘层和爬电保护基于相同的化学材料基(化学联结)形成，而内部爬电保护和漆包线上漆基于不同的化学材料基形成，最好具有很小的亲和性。上述的分隔手段可以加强这种效果，导线棒本身在后续的弯曲加工调整范围内最好不盘绕。

正如前面的说明书所描述的，根据上述的实施例可以做出许多改变和完善方案，然而这些改变没有超出本发明的保护范围。

Claims (17)

1、一种制造旋转电机的被绝缘的定子线圈的方法，定子线圈的主绝缘由至少一个导电的具有矩形断面的导线棒构成，还包括至少一个电绝缘的收缩软管，它具有矩形的断面，所述收缩软管环绕所述导线棒的外围安装，其特征在于，所述收缩套紧在所述的导线棒上，所述收缩软管在冷却状态下被机械扩张，从而套装在一个支撑套筒的外周边上，在用收缩软管套装支撑套筒之前，支撑套筒安置在导线棒上。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋转电机是直流电机和交流电机。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将套装在支撑套筒外周边上收缩软管安置在导线棒上之后，将位于收缩软管和导线棒之间的支撑套筒通过所述支撑套筒的螺旋形隔开线去掉。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述支撑套筒是一个可熔解的导电的聚合物，在将套装在支撑套筒外周边上收缩软管安置在导线棒上之后，将支撑套筒通过加热至熔解处理。

5、根据权利要求1-4中之一所述的方法，其特征在于，所述收缩软管由多个径向相靠放置的具有不同特性的层构成的。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述收缩软管是通过复合挤压、吹制成型或者注模工艺制成。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若干具有不同特性的收缩软管和/或软管安装在导线棒的外周边上。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述收缩软管在其与导线棒的接触面上具有一种热稳定的胶粘剂。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述收缩软管由一种经过挤压的弹性体软管制成。

10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用收缩软管套装在导线棒外周边后，依靠弯曲设备加工成与定子适配的弯曲形状。

11、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，导线棒是由多个单一导线构成。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述单一导线具有矩形的横截面。

13、根据权利要求11的方法，其中各单一导线临时相互联结在一起。

14、根据权利要求11-13中之一的方法，其特征在于，所述导线棒在渐开线的区域内是不盘绕的。

15、一种制造旋转电机的被绝缘的定子线圈的方法，定子线圈的主绝缘由至少一个导电的具有矩形断面的导线棒构成，还包括至少一个电绝缘的收缩软管，它具有矩形的断面，所述收缩软管环绕所述导线棒的外围安装，其特征在于，所述收缩套紧在所述的导线棒上，以及所述收缩软管采用热收缩材料制成，它在加热状态下收缩套紧在所述导线棒上。

16、一种制造旋转电机的被绝缘的定子线圈的方法，定子线圈的主绝缘由至少一个导电的具有矩形断面的导线棒构成，还包括至少一个电绝缘的收缩软管，它具有矩形的断面，所述收缩软管环绕所述导线棒的外围安装，其特征在于，所述收缩套紧在所述的导线棒上，所述收缩软管在冷却状态下安置在所述导线棒上，软管是通过压缩空气被扩张的。

17、用于做导线棒(2)的外包皮的收缩软管，其中所述收缩软管(64)具有一个矩形的内横截面，其中所述收缩软管(64)环绕套装在一个支撑套筒(62)上。

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