KR20030076922A - 열 스프레이에 의한 회전 전기 장치의 전기적인 도체 또는도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 제조 공정은 도체 또는 도체 번들용 고 품질 절연체의 제조를 개시한다. 이 방법에서는, 열 스프레이를 이용한 순차적인 단계로 도체 또는 도체 번들에 내부 코로나 방전 보호제, 절연체, 및 외부 코로나 방전 보호제를 도포한다. 스프레이 작업당 도포 두께는 0.2mm까지 증가되고, 즉, 결함없는 층을 보장함으로써, 부분 방전을 피할 수 있도록 한다. 또한, 열 부하에 견딜 수 있는 능력은 코팅 분말로써 무기 재료를 포함하는 충진물로 고온 소성체를 사용함으로써 향상된다.

Description

열 스프레이에 의한 회전 전기 장치의 전기적인 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING A HIGH-QUALITY INSULATION OF ELECTRIC CONDUCTORS OR CONDUCTOR BUNDLES OF ROTATING ELECTRIC MACHINES BY MEANS OF THERMAL SPRAYING}

기술 분야

본 발명은 회전 전기 장치의 절연체 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 회전 장치, 예를 들어, 고정자 코일 (stator coil), 트랜스포즈 바 (transpose bar), 및 여기 도체 (excitation conductor) 에 사용하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 공정에 관한 것이다.

배경 기술

통상, 회전 전기 장치의 도체 또는 도체 번들용 절연체의 분야에서는 다양한 공정을 사용하고 있다.

한가지 방법에서는, 원하는 절연 두께에 도달될 때까지, 유리 섬유 지지부 및 운모 페이퍼 (mica paper) 를 구비하는 테이프를 고정자 도체에 나선형으로 감는다 (wind). 후속하는 에폭시 레진의 함침 (impregnation) 에 의해, 이러한 방식에 의해 형성된 절연체 와인딩 (winding) 으로부터의 잔류 공기를 제거하고, 테이프층을 접착한다. 적절한 몰드에서의 경화에 의해, 절연체에 최종 형상을 부여한다. 제조상의 이유로, 이 공정에서는, 운모 플레이트렛 (mica platelet)이 테이프 방향으로 향하게 되며, 그 결과 완성된 절연체에서 운모 플레이트렛이 도체 표면과 평행하게 향하게 된다.

다른 방법에 따르면, EP 0 660 336 A2로부터 공지된 바와 같이, 운모가 충진된 열가소성체로 형성된 테이프를 고정자 도체 둘레에 감는다. 이 경우, 강화와 성형은 테이프를 감은 고정자 도체의 고온 프레싱에 의해 수행되며, 그 동안 공기가 제거되며, 열가소성 물질이 용융되며, 와인딩 층들이 접착성 있게 부착된다. 이 방법에서는 또한, 운모 플레이트렛들을 도체 표면에 수평하게 향한다.

마지막으로, 예를 들면, US 특허 제 5,650,031호에 기재된 바와 같이, 고정자 도체는 또한 충진물, 즉 운모가 없는 열가소성체의 압출에 의해 절연될 수 있다.

그러나, 최근에는, 절연할 회전 전기 장치의 도체는, 통상 바 또는 코일과 같이 매우 복잡한 형상의 구조를 갖는0다. 도체의 직선부는 장치의 고정자의 홈에 배치된다. 이 도체의 곡선부는, 근접하는 바 및 코일에 적절하게 접속한 후, 고정자의 양쪽 끝단으로부터 돌출하는 와인딩 헤드를 형성한다. 대형 회전 장치의 경우, 직선부의 길이는 6m를 초과할 수 있다. 이와 같은 문제로 인해, 통상 절연체 및 도체는, 절연체가 탈착되는 곳에 형성되는 공동에 의한 열응력 차이 때문에 시간에 대하여 절연체에 결함을 유발하는 다른 열 팽창 계수 α를 가지므로, 예를 들어, 절연체의 제조 중에 공기 함유와 같은 결함을 발생하게 된다. 이와 같은 결함에서 부분 방전이 발생하므로, 절연체의 손상으로 이르게 될 것이다. 이 경우에서는 또한, 100nC 범위에서의 부분 방전 작용은 매우 통상적으로발생한다.

이러한 부분 방전의 활성화의 관점에서, 지금까지는 필드 방향에 대해 수직하게 향하는 운모 플레이트렛의 장벽 역할때문에, 장치 절연이 안정적으로 작업될 수 있었다. 이는 공동으로부터 시작되는 플래쉬오버 (flashover passage) 경로의 형성을 방지한다. 통상, 장기간 신뢰도을 위한 작업 필드 강도의 상한치로, 2.5 내지 2.75kV/mm가 간주된다. 그러나, 몇몇 경우, 중간 또는 고전압 절연체에 이용되는 다른 절연 시스템에 의해서 이와 같은 최대 레벨을 초과한다.

예를 들면, 알루미나 충진 에폭시 레진을 가스 절연 회로에 사용하는 핀형 절연체에서, 장기적인 작업을 위한 최대 필드는 4kV/mm이고, 폴리에틸렌을 사용하는 고전압 케이블에 대한 최대 필드는 약 12kV/mm이다. 이와 같은 통상의 절연 시스템의 공통된 특징은 작업 부하하에서도 부분 방전이 없는 것이다. 그러나, 장치 절연에 대한 이러한 절연 시스템의 적용은 본 발명에 적용되는 것이 불가능하므로, 이 경우, 절연체에는 약한 전기적인 부하만을 가하여, 본 발명에 따른 결함으로부터의 자유도가 결정적으로 중요하지 않고, 결과적으로 결함이 수용될 수 있다. 다른 통상의 절연 기술은 본 발명에 따른 적용에 의해 부과된 요구에 적합하다.

그러나, 게다가, 현재에도 이용되는 운모룰 사용하는 통상의 공정 및 재료는 이미 30년 이전부터 지속적으로 이용되어 왔고, 이 종래 기술에 대한 개량으로부터는 단지 단계적인 향상만을 기대할 수 있다. 그러므로, 종래 기술을 발전시키고, 종래 기술에 비해 단축된 쓰루풋 시간 및 감소된 제조 비용으로, 또한, 환경친화적 제조 공정, 예를 들면, 용매의 사용, 방출, 특수 폐기물의 배출이 없고, 결함이 있는 경우, 그 결함리 부분 방전을 유발하지 않는 고품질 절연체를 개발하기 위한 이 종래 기술을 더 개량하는 것은 거의 불가능하다.

발명의 요약

따라서, 본 발명의 목적은, 고품질의 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 공정을 제공하여, 단축된 쓰루풋 시간 및 감소된 생산 원가로 환경 친화적인 추세에 부합되는 절연체를 생산할 수 있도록 한다.

본 발명에 따르면, 그 목적은 청구항 제 1항에서 기재된 특징을 갖고 도체 및 도체 번들에 대해 고품질 절연체를 제조하는 공정에 의해 달성된다. 본 발명의 유익한 기술들이 하위 청구항에 나타낸다.

테스트 및 작동 부하하에서 부분 방전으로 이르게 할 결함이 없는 도체 및 도체 번들용 고품질 절연체를 생산하기 위한 본 발명의 제조 공정은, 배향된 운모 플레이트렛이 더 이상 필요하지 않은 것을 의미한다. 많은 폴리머에 대해 40wt% 이상의 농도로 운모를 혼합하는 것이 어렵기 때문에, 이 절연체에 대한 생산 공정의 선택 및 재료의 선택의 두 가지를 크게 촉진한다.

도면의 간단한 설명

이하, 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 열 스프레이 장치의 구조를 나타낸 것이다..

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 공정이 수행되는 방법을 도시하는 흐름도를 나타낸 것이다.

도 3은 열 스프레이 기술을 수단으로 생산된 층구조를 도시하는 도를 나타낸 것이다.

실시예

이하, 회전 전기 장치의 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체를 제조하기 위한 공정을 상세하게 설명한다. 먼저, 절연체의 기본 구조를 다룰 것이고, 그 다음에 본 발명에 따른 공정을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 공정에 이용되고 도포되는 절연체는 세 층을 포함한다. 제 1 층은 전도성으로 또는 반전도성으로 채워진 폴리머로 구성되는 내부 코로나 방전 보호제로 도포된다. 이 경우, 이와 같은 절연층의 폴리머 재료와 성공적으로 조합될 수 있는 폴리머를 사용한다. 절연층으로는 동일한 폴리머를 사용하는 것이 바람직하다.

고전압 케이블의 경우에는, 내부 코로나 방전 보호제는 전기적 그리고 기계적 경계층을 디커플링 (decoupling) 하는 역할을 한다. 전기적인 관점에서, 내부 코로나 방전 보호제는 동일한 전위를 금속 도체, 예컨대, 전기적 도체의 일부분으로서 갖고, 반대로, 기계적인 관점에서, 절연체의 일부분을 갖는다. 탈착에 따른 전압 강하가 없으므로, 절연 슬리브 및 도체가 탈착되는 점이 부분 방전되지 않는다.

본 발명에 따른 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 공정은 다음의 요건을 만족한다.

1) 제조 공정은, 초기 바 또는 코일, 예컨대, 트랜스포즈되고, 절연되지 않고, 경화된 바 또는 코일의 특정한 형상과 실제로 무관해야 한다.

2) 종래 기술과 구별되는 고품질 절연체는 T_max=180℃까지 열 안정 향상을 갖고, 약 5kV/mm의 장기간 작업에 대해서 손상없이 최대 필드를 견딜 수 있어야 한다.

3) 또한, 초기 바 또는 코일의 오차가 더 클 것으로 간주되더라도, 공정은 절연체의 상수 두께를 Δd/d＜10% 오차로 허용하고 동시에, 0.3 내지 7mm의 층 두께로 제조하는 것이 가능하여야 한다.

4) 제조 시간을 줄이기 위해, 바 또는 코일당 쓰루풋 시간은 최대 1 내지 3시간이 되어야 한다.

본 발명에 따른 제조 공정을 만족시키기 위한 이와 같은 요건의 관점에서, 초기점으로써 통상의 열 스프레이 공정을 사용하는 것을 고려할 수 있다.

예를 들어, 도르트먼드 대학, 재료 과학의 의장, H. D. Steffens 저서, "Morderne Beschichtungsverfahren" (Mordern coating processes), 1996년 DGM Informationsgesellschaft Verlag, 2nd edition에서는, 이와 같은 타입의 통상의 열 스프레이 공정을 개시하고 있다. 이 내용에 따르면, DIN EN 657에 따른 열 스프레이는, 스프레이 첨가제가 (부분적으로) 내부 또는 외부 스프레이 설비에서 용융되고 구비된 표면으로 방전된다. 스프레이 첨가제 층의 도포은 액상 또는 소성체 상태 모두에서 발생할 것이다. 달성될 수 있는 층 두께는 약 10㎛에서수 mm까지 확장될 수 있다. 스프레이하는 동안, 통상, 기판은 저 열부하와 동시에 250℃미만의 표면 온도로 이르게 되고, 만약 생산물이 적합한 방법으로 수행된다면, 심지어 50℃미만으로 이를 수 있도록 한다. 그 결과, 기판 재료 및 스프레이 첨가제의 결합의 가능성을 제한한다.

통상의 열 스프레이 공정의 문제점은, 이와 같은 공정에 의해 제조된 열 스프레이층이 도포 공정에 영향을 주는 특정 구조를 가지므로, 소망하지 않는 특성을 초래할 수 있을 것이다. 기판으로의 불순물의 이동 중 또는 후 반응, 다양한 층을 통한 경화 및 온도 증가 동안의 기계적 영향들은, 많은 불안정 그리고 준안정 상태로 특징되는 구조를 초래할 수 있다. 열 스프레이 층은 종종 스프레이 공정 및 사용된 스프레이 첨가제에 의해 종종 라멜라 층 구조를 갖게 되고, 많거나 적은 기공, 이종성, 이방성 및 미세 크랙에 의해 특징된다. 몇몇 경우, 기판 표면과 접촉되기 전에 완전하게 용융되지 않거나 이미 다시 냉각된 산화물 또는 질화물 및 스프레이 미립자는 그 층에 통합된다. 그리고, 지금까지는, 저온 소성체에 대한 이러한 공정을 적용하는 것이 공지되어 왔다. 또한, 지금까지는, 다양한 층에 이용되는 재료가 다른 다층 구조의 제조물에는 이 공정이 이용되지 않았다.

도 3은 이와 같은 타입의 열 스프레이 층의 도포를 도시하였으며, 이 층은 기판 상에 개구부 (10), 산화된 미립자 (11), 및 용융되지 않은 미립자 (13) 를 포함한다. 또한, 이와 같은 층은 종종 낮은 접착 수준을 갖는다. 열 스프레이 층은 또한 기계적, 열적, 열기계적 공정을 견딘 후에, 형성된 내부 응력 상태와 함께, 기공도, 접착성, 경도 및 연성과 같은 층 특성이 두드러지게 향상하도록 할 수 있다.

지금까지 이용되어온 코팅 기술에 대한 열 스프레이의 장점은, 사실상 제조 기술당 비용이 두드러지게 감소되고, 와인딩 로봇, 진공/압력 용기, 액상 레진의 냉각 저장용 장치 등과 같은 값비싼 특수 장비가 필요하지 않고 상업적으로 이용 가능한 코팅 유닛 및 로봇으로 교체할 수 있는 것이다. 또한, 이 기술은 통상의 기술보다는 매우 넓은 범위로 자동화될 수 있다. 쓰루풋 시간은 0.5 내지 3시간으로 두드러지게 단축된다. 따라서, 열 스프레이 공정의 이용은 투자 비용을 절감시킬 수 있고, 쓰루풋 시간을 단축할 수 있으며, 높은 수준의 자동화를 달성할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 공정에서, 통상의 열 스프레이 공정은 이와 같은 방법으로 발달되고, 종래 기술과 달리 손상없이 고온을 견딜 수 있는 부분 방전에 이르게 할 수 있는 결함없는 내부 및 외부 코로나 방전 보호제를 포함하는 전도성 절연체를 도포할 수 있다.

먼저, 본 발명에 따른 제조 공정에 사용되는 재료를 간략하게 다음의 내용에서 다룰 것이다.

본 발명에 따른 공정에서, 종래 기술과 다르게 사용되는 스프레이 첨가물은 무기 재료를 포함하는 충진물이 포함된 고온 소성체이다. 이러한 고온 소성체를 선택할 때, 재료는 열 부하에 적합하고, 적어도 적합한 입계 사이즈 분포를 갖는 분말 형상으로 또는 분말로 전환되어 이용할 수 있어야 한다. 무기 충진물의 충진은 통상적으로, 크립 (creep) 파괴 강도를 향상하고, 열 팽창 계수를 감소시키며, 절연체의 열전도성을 향상시키는 것을 소망한다. 먼저, 고온 소성체의 예로써는, 공지된 고 성능의 열가소성체 (폴리에테르 에테르 케톤 (PEEK), 폴리에테르이미드 (PEI), 폴리아미드 이미드 (PAI), 폴리이미드 (PI), 폴리페닐렌 술폰 (PPSU), 폴리에테르술폰 (PES), 폴리페닐렌 설파이드 (PPS), 폴리프탈아미드 (PPA) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN) 및 몇몇 폴리아미드 (예를 들면, PA9, PA46, PPA) 와 같이 고온에서 견딜 수 있는 공업 열소성체가 공지되어 있다. 이러한 공업 열소성체는 모두 230℃ 이상의 용융점을 갖고, >200℃의 열 뒤틀림 온도를 갖는다. 비록, 몇몇 경우, 기재된 공업 열소성체의 장기간 사용 온도를 180℃ 미만으로 인가하더라도, 이 온도는 기계 절연체로 사용되는 것과 관련이 없다. 고온에 적합한 열 경화제를 사용하는 것 또한 가능하다. 이와 같은 온도를 결정하기 위한 표준 테스트는, 상승된 온도에서의 기계적 강도를 표준으로, 인장 강도를 감소시키는데 사용한다. 그러나, 장치 절연체에 대한 인장 강도는 상대적으로 두드러진다. 가장 중요한 기계적 요건은, 예를 들면, 슬롯 분리, 와인딩 헤드의 지지부 등과 같은 요소를 보호하여 영향을 줌으로써, 표면 압력하의 소성 크립을 피하는 것이다. 180℃에서, 5 내지 10배의 부하 하의 장기간의 크립은, 상기 기재된 공업 열소성체가 충진된 상태에서 그와 같은 부하를 잘 견딜 수 있는가를 테스트한다.

열가소성체와 함께, B 상태의 열경화제, 즉, 아직 크로스링크되지 않아서 용융될 수 있는 재료를 사용할 수 있다. 열 크로스링크를 완료하기 위해, 부가적인 열 처리가 필요하다. 정전 스프레이로 명칭되는 일 층과 같은 열경화체를 도포하는 통상의 방법에 대해 가능한 일 장점은, 열스프레이의 경우, 미립자가 바의 표면 온도보다 더 높도록 구성된다. 결과적으로, 이러한 미립자는 바의 표면의 온도와 대응되는 점도보다 더 낮은 점도로 액상막을 도포한다. 필름이 매끄러운 프로파일을 갖도록, 충분하게 낮은 점도를 갖는 것이 중요하므로, 적절하게 예비 가열된 바로 우수한 결과를 달성하는 것이 가능하다.

충진물로써 공지된 무기 재료를 사용할 수 있다. 이 경우, 섬유 형상으로 충진물, 예를 들면, E-글라스 또는 퀄츠 (quartz) 글라스의 단섬유 또는 그래뉼형 (granular) 충진물을 도포할 수 있다. 섬유 형상에서 충진물의 경우에는, 전달 또는 주입 속도가 낮은 문제가 발생한다. 그러나, 이는 그래뉼형 또는 구형 충진물과 섬유 형상의 충진물의 조합에 의해 완화되어도 무방하다.

충진물은 폴리머로 합성될 필요가 없다. 경험상, 합성된 그래뉼을 밀링하는 것은 지나친 상 분리를 초래하고, 결과적으로, 몇몇 경우, 2-성분 충진물/폴리머 혼합이 있게 한다. 또한, 섬유-충진 화합물의 경우, 밀링은 섬유 충진물을 매우 분쇄시켜, 이러한 방법으로 짧아진 섬유가 더 이상 강화 작용을 하지 않도록 한다.

이하, 도체 또는 도체 번들의 절연체에 대한, 본 발명에 따른 방법 및 이와 같은 방법에 필요한 본 발명에 따른 코팅 장치를 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 공정을 수행하기 위한 코팅 장치의 구조를 도 1에 도시한 바와 같이 다룬다.

코팅 장치는 분말 저장소 (1) 및 분말 전달 장치 (2) 를 포함한다. 분말 형상의 코팅 재료로서의 고온 소성체는 분말 저장소 (1) 에 저장된다. 분말-전달 장치 (2) 는 분말 저장소 (1) 로부터 생성되는 코팅 재료의 지속적인 분말 방전을 제어하기 위한 장치를 포함한다.

또한, 코팅 장치는, 인가된 코팅 재료의 양, 코팅하고자 하는 목적물 (5) 을 지나가는 스프레이 총의 작업의 속도 v 및 사용된 코팅 재료 (6) 의 용융이 제어될 수 있는 제어부 (4) 가 구비된 스프레이 총 (3) 을 포함한다. 레이져 스프레이, 용융조 (melted bath) 스프레이, 플레임 (flame) 스프레이, 폭발 스프레이, 고속 플레임 스프레이, 아크 (arc) 스프레이 및 플라즈마 스프레이와 같은 공정이 가능한 열 스프레이 공정의 본 발명의 공정에 따르면, 고 미립자 속도를 이용하는 공정이 적합하다.

또한, 코팅 장치는 로드 (rod) 또는 코일 회전 및 고정 장치 (도시하지 않음) 를 포함한다. 코팅하는 동안 워크피스 (workpiece) 를 고정하기 위해 이 로드 또는 코일 회전 및 고정 장치를 사용한다. 단일 로봇을 사용하여 코팅을 단순하게 하기 위해 세로축에 대한 워크피스의 회전 시, 코팅되지 않은 워크피스의 이와 같은 부분, 즉, 코일 아이렛 (eyelet) 또는 로드 아이렛은, 로드 또는 코일 회전 및 고정 장치에 대한 주고정점으로 이용된다. 이 로드 또는 코일 회전 및 고정 장치는 이 로봇의 추가축으로써 작업되는 것이 바람직하다.

또한, 코팅 장치는 바 또는 코일 히터 (7) 를 구비하고, 코팅하는 동안 워크피스를 가열한다. 부하 및 코일 히터 (7) 의 목적은, 액체로 남아있는 액체 소성체 미립자를 일시적으로 도포하여, 그들이 지속적으로 기공없는 막으로 도포되는 것을 보장하는 것이다. 이와 같은 목적을 위해 필요한 온도는 용융 점도를 매우 연장한다. 유도 또는 저항열은, 열을 전기적으로 형성하는데 있어서 가장 간단하다. 유도 가열의 경우, 열은 도체 둘레에 배치된 중간 또는 고 주파수 코일에 의해 영향을 받는 반면, 저항 열은 바 또는 코일과 DC 또는 저 전압으로 접속함으로써 영향을 받는다.

예를 들면, 플레임 스프레이에 대해, 또는 다른 실시예로서, 코팅 장치는 추가적으로 코팅 위치의 온도를 모니터링하기 위한 장치 (도시되지 않음) 를 포함한다. 특히, 플레임은 전기적 가열과 함께 워크피스를 가열하고, 또는 다른 코팅 공정의 경우 층 두께가 증가됨에 따라 표면 온도가 저하되기 때문에, 온도 모니터링 장치가 필요하다. 코팅 위치에서의 워크피스의 온도는 코팅 재료의 용융점보다 두드러지게 높아야 하지만, 폴리머가 열적으로 저하되지 않도록 높지않아야 하므로, 온도 모니터링을 수행한다. 플레임 온도 및 전기적 가열 온도를 다른 것과 최적화시켜 조화되도록, 표면 온도의 실시간 측정을 실시한다. 따라서, 예를 들면, 온도 모니터링 장치로써 쇼트 인터그레이션 (intergration) 시간을 이용하는 IR 측정 유닛이 있다.

도 1에 전술 및 도시한 장치와 함께, 코팅 장치는 또한, 코팅하고자하는 워크피스, 예컨대 바 또는 코일을 지나가는 스프레이 총의 작업을 실행 및 제어하는 스프레이 로봇과, 파괴적인 소음으로부터 환경을 보호하고, 도포된 코팅을 먼지 입자와 같은 오염물로부터 보호하기 위한 소음 제거기 및 먼지 캐비넷을 구비한다.

전술한 코팅 장치에 의해 실시되는, 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체를 제조하기 위한 본 발명에 따른 공정을 아래에 설명한다.

본 발명에 다른 공정을 흐름도의 형식으로 도 2a 및 도 2b에 도시하며, 다음의 단계를 포함한다.

1) 바 또는 코일을 회전 및 고정 장치에 마운팅하는 단계

첫 번째 단계 S1에서는, 코팅하고자 하는 바 또는 코일을 회전 및 고정 장치에 마운팅하여, 코팅 공정동안 바 또는 코일을 고정하고 스프레이 총에 대해 대응하는 바 또는 코일의 면을 회전시키기 위해 사용한다. 이는 보장성을 더욱 향상시키고, 특히, 보다 안정적으로 회전 및 고정 장치 (4) 에 배치되므로, 도체의 내부 접착 본딩 또는 그 둘레를 테이프로 와인딩함으로써 바 또는 코일을 예비 강화시키는 장점이 있다. 상대적으로 큰 목적물의 경우, 설비의 안정성을 보장하기 위해 중간 지지부를 추가적으로 사용한다. 회전부 및 고정 장치 (4) 의 회전은 스프레이 로봇의 제어 장치에 의해 제어된다.

2) 바 또는 코일을 전기적 가열부에 접속하는 단계

다음의 단계 (S2) 에서는, 전술한 유도 또는 저항식 전기적 히터에 바 또는 코일을 접속하고, 소망의 기판 온도로 가열한다.

3) 스프레이 총에 대응시켜 바 또는 코일 위치를 배향하는 단계

그 후, 단계 S3에서는, 스프레이 개시를 위해 바 또는 코일 위치를 배향한다. 스프레이 로봇의 제어 장치는, 회전 및 고정 장치 (4) 의 대응되는 회전을 제어함으로써, 회전부가 바 또는 코일의 평면부의 하나가 완료된 후에, 스프레이총에 대해 수직이 되도록 한다.

4) 내부 코로나 방전 보호제를 스프레이하는 단계

다음으로, 첫 번째 실제 코팅 단계 (단계 S4) 에서, 적합한 폭의 세로 지그재그 경로에 내부 코로나 방전 보호제를 도포한다. 큰 목적물을 코팅하는 경우, 많은 양의 스프레이 총을 동시에 사용하고, 스프레이 로봇에 의해 제어할 수 있다. 큰 목적물의 경우에는, 스프레이 총이 접근할 때, 스프레이 로봇의 제어 장치의 제어 하에, 중간 지지부가 자동적으로 이동한다. 층 두께는, 분말-전달 장치 및 코팅하기 위한 바 또는 코일을 지나 스프레이 총이 이동하는 속도에 의해 결정되므로, 스프레이 로봇의 제어 장치에 의해 변화될 수 있다. 스프레이 통과 당 스프레이 두께는 0.05 내지 0.2mm인 것이 바람직하다.

5) 바 또는 코일을 회전하는 단계

평면부의 코팅이 완료된 후, 단계 S5에서는, 회전 및 고정 장치는 바 또는 코일을 회전시키고, 스프레이 로봇의 제어 장치가 회전을 제어한다. 코팅하고자 하는 바 또는 코일의 다음 면이 스프레이 총과 수직하도록 다시 한번 배향시킨다.

다음으로, 전술한 단계 S3 및 S4를 코일의 다른 면에 실시한다. 코팅하고자 하는 바 또는 코일의 남은 면에 동일한 절차를 실시한다. 또한, 코일의 경우는 코일의 다른 림에 대해 반복하여 실시한다.

그러나, 만약 단계 S0에서, 바 또는 코일의 예비 강화를 위해 도체 또는 반방전 층으로 제공되는 스트립을 이용해왔다면, 이미 테이프에 의해 방지부를 도포하였기 때문에, 내부 코로나 방전 보호제의 도포를 위한 단계 S3 내지 S5를 분산한다.

통상, 내부 코로나 방전 보호제에 대해 필요한 코팅 두께는 단일 통과로 도포될 수 있다. 그렇지 않다면, 단계 S3 내지 S5를 반복한다.

6) 코팅 분말을 교체하는 단계

바 또는 도체의 내부 코로나 방전 보호제로의 코팅 공정이 완료된 다음, 단계 S6에서는, 분말 저장소 (1), 또는 분말 저장소 (1), 분말 전달 장치 (2) 및 스프레이 총 (3) 을 포함하는 전체 스프레이 배치를 내부 코로나 방전 보호부에 대해 절연층을 필요로 하도록 변경한다.

7) 바 또는 코일을 절연층으로 코팅하는 단계

코팅 재료를 변경한 다음에는, 내부 코로나 방전 보호제 코팅을 위해, 전술한 단계 S3 내지 S5를 수행하여 절연층을 도포한다 (단계 S7). 이 경우, 코팅 재료는 절연 충진 분말이다. 코팅을 한번 이상 통과하여 소망의 절연 두께에 도달할 때까지 실시한다. 이 경우, 스프레이 로봇의 제어 장치에 의해 기판 온도를 조절하는 것이 필요하기 때문에, 기판 온도가 다시 조절되더라도, 액체 코팅 재료가 접촉부로 도달하는 표면 온도는, 코팅 재료의 두께 증가에 따라 감소한다.

코팅하고자 하는 목적물의 기판 온도의 지속적인 기록은 재조절에 대해 장점을 갖는다. 예를 들면, "고속 (fast) IR 카메라"는 표면 온도를 스프레이 지점에서 지속적으로 측정한다.

이와 같은 방법에서는, 예를 들면, 다음의 요소가 기판의 온도에 영향을 줄수 있다.

- 긴 변위 거리 L의 경우, 흡입 공기는 스프레이층 및 기판을 지나치게 냉각한다. 따라서, 전기적 가열에 의해 층 재료를 적합한 온도로 고정해야 하므로, 스프레이 지점에서 적합한 온도를 달성할 수 있다. 따라서, 표면 온도를 모니터링하기 위해, "저속 (slower) IR 카메라" 를 추가적으로 형성하여, 가열을 신뢰성 있게 제어할 수 있다.

- 층 두께가 성장함에 따라, 코팅 도포를 위한 적합한 표면 온도를 유지시켜야 한다. 이는 기판 온도가 지속적으로 증가되어야 하는 것을 의미한다. 그러나, 이미 도포된 층 재료의 오버 가열을 방지하기 위해 또는 이 재료가 흐르는 것을 방지하기 위해, 기판 온도를 감소시킬 수 있으므로, 이미 도포된 기판에 근접한 층은 경화된다. 만약, 코팅하고자 하는 도체가 할로우 (hollow) 도체 또는 웨이브가이드 (waveguide) 라면, 냉각을, 예를 들면, 공기 수단에 의해 내부로부터 실시한다. 그러나, 두꺼운 도체의 경우, 고온 열용량이 기판을 너무 늦게 냉각될 수 있다.

도포하고자 하는 형상 조건 및 층 두께를 고려할 때, 적절한 기판 온도로 기판을 초기 가열한 후, 기판은 더 가열시키는 것, 냉각시키는 것, 각각의 코팅 작업에 대해 표면을 예비 가열하는 것, 또는 에너지의 공급을 조금 변경함으로써 스프레이 온도를 변경하는 것이 필요할 것이다.

이 경우 원칙적으로, 스프레이 층이 두꺼워 질수록, 불량한 가열 조건 때문에, 표면 온도는 기판 온도에 의한 영향을 덜 받을 수 있다. 따라서, 기판에대한 온도 차이가 감소하는 것이 바람직하며, 예를 들면, 플레임 또는 라디에이터로 가열하거나 공기로 냉각함으로써, 표면 온도가 코팅면으로부터 증가되도록 제어하여야 한다. 연료 가스의 흐름에 영향을 주면서 플레임 온도를 제어할 수 있다.

이 경우, 결과 층의 역효과들을 갖는 파라미터가 변경되는 것을 방지 할 수 있도록 하므로, 스프레이 지점에 직선으로 주입되는 층 표면 온도의 온라인 (on-line) 방향은 특히 유리하다. 예를 들면, 온라인 스프레이 지점 온도 측정이 도포된 층에 역효과를 줄 수 있는 소정의 설정값으로부터의 이탈을 표시하면, 에너지 공급에 영향을 주기 위한 층의 스프레이 공정시의 H₂질량 흐름을 제어할 수 있고; 예를 들면, 소정의 값 미만으로 온도가 감소되면 H₂질량 흐름을 증가시킴으로써, 온도가 소정의 값을 초과할 때 감소된다. 이 조절은 단계적으로 실시된다. 이와 같은 방법으로, 소망의 공정 파라미터를 쉽게 유지할 수 있으므로, 층의 균일한 품질을 달성할 수 있다.

8) 바 또는 코일을 외부 코로나 방전 보호제로 코팅하는 단계

절연 물질을 소정의 두께로 코팅한 후, 먼저, 단계 S6 (절연체용 코팅 재료를 외부 코로나 방전 보호제용 코팅 재료로 교체하는 것) 및 그 후 외부 코로나 방전 보호제를 제조하기 위해 코팅 재료를 사용하는 단계 S7을 반복한다. 이 경우, 외부 코로나 방전 보호제용 코팅 재료는 전도성 충진 폴리머로 구성된다.

9) 최종 단계

마지막 단계 S9에서, 바 또는 코일을 코팅한 후, 이 코팅체를 냉각하여, 다음으로 바 또는 코일을 회전 또는 고정 장치로부터 제거한다. 만약, 필요하다면, 구리 등으로 구성되는 바 또는 코일 표면과 절연체간의 열응력을 감소시키기 위해, 추가의 공정 또는 표면 열처리를 다음으로 수행한다. 열경화제로 코팅하는 경우, 후-경화를 달성할 수 있다.

또한, 다음으로, 추가의 단계 S10에서, 코팅하는 동안 회전 및 고정 장치용 고정 점으로 사용된 바 끝단 또는 코일 아이렛을 코팅 작업이 완료되기 전에 코팅할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 공정 및 본 발명에 따른 장치는, 간단한 방법으로 추가의 특별한 도구나 장치를 필요로 하지 않고, 종래 기술보다 경제적으로 바 또는 코일용 절연체를 제조하고, 절연체 결함의 부재에 의한 부분 방전으로 향상된 저항을 갖는 것을 가능하게 한다.

요약하면, 본 발명에 따른 공정은 도체 또는 도체 번들용 고 품질 절연체의 제조를 개시한다. 이 공정에서는, 열 스프레이 방식에 의한 순차적인 단계로, 내부 코로나 방전 보호제, 절연체, 및 외부 코로나 방전 보호제 모두를 도체 또는 도체 번들에 도포한다. 스프레이 통과당 도포 두께를 0.2mm까지 증가시키고, 결함없는 층을 보장하므로, 부분 방전을 피하게 된다. 또한, 고온 및 고온 경화에서 견딜 수 있는 고 성능 열소성체, 공업적 열소성체를 사용함으로써 열 부하를 견딜 수 있는 능력은 두드러지게 향상한다.

Claims (19)

1. (S1) 회전 및 고정 장치에 코팅된 도체 또는 도체 번들을 마운팅하는 단계;

   (S2) 소정의 기판 온도로 상기 도체 또는 도체 번들을 가열하는 단계;

   (S3) 상기 도체 또는 도체 번들 배치를 스프레이 총에 대해 수직한 평면으로 배향하는 단계;

   (S4) 가열된 상기 기판에 액상 또는 소성체 내부 코로나 방전 보호제를 도포 막 두께가 약 0.05 내지 0.2mm가 되도록 스프레이하는 하는 단계;

   (S5) 상기 도체 또는 도체 번들의 다른 평면이 상기 스프레이 총과 수직하게 배향되도록, 상기 도체 또는 도체 번들을 회전하고, 다음으로, 상기 도체 또는 도체 번들의 모든면의 코팅이 완료될 때까지, 상기 단계 S3 및 S4를 반복하고, S5 단계를 반복하는 단계;

   (S6) 코팅 분말을 절연체 충진 분말로 변경하는 단계;

   (S7) 상기 전술된 단계 S3 내지 S5에 따라, 상기 도체 또는 도체 번들의 모든 면에 상기 절연체 충진 분말을 적어도 한번 이상 통과시켜, 상기 도체 또는 도체 번들을 코팅하는 단계;

   (S8) 외부 코로나 방전 보호제용 코팅 분말, 예를 들면, 전도성으로 충진된 분말을 사용하여, 상기 단계 S6 내지 S7을 수행하는 단계; 및

   (S9) 상기 코팅된 도체 또는 도체 번들을 냉각시키고, 상기 회전 및 고정 장치로부터 이를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 도체 또는 도체 번들로서, 도체 바, 트랜스포즈 바 또는 코일을 사용하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, (S0) 상기 도체의 내부 접착 본딩 또는 이 둘레를 와인딩하는 테이프에 의해, 상기 도체 또는 도체 번들을 예비 강화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 단계 S0에서, 강화를 위해, 상기 테이프를 전도성 또는 반도체층으로 사용한다면, 상기 내부 코로나 방전 보호제의 도포를 위한 단계인 상기 S3 및 S5가 배제되는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
5. 제 1 내지 4항에 있어서, 상기 코팅 분말은 무기 재료를 포함하는 충진물과 함께 고온 소성체를 사용하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
6. 제 5항에 있어서, 이용되는 상기 고온 소성체는 고성능 열소성체 (폴리에테르 에테르 케톤 (PEEK), 폴리에테르이미드 (PEI), 폴리아미드 이미드 (PAI), 폴리이미드 (PI), 폴리페닐렌 술폰 (PPSU), 폴리에테르술폰 (PES), 폴리페닐렌 술폰 (PSU), 폴리페닐렌 설파이드 (PPS), 폴리프탈아미드 (PPA)), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN), 폴리아미드 (예를 들면 PA9, PA46, PPA) 와 같이 고온에서 견딜 수 있는 공업적 열소성체인 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
7. 제 5항에 있어서, 이용되는 상기 고온 소성체는 고온 열경화성인 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
8. 제 1 내지 7항에 있어서, 상기 단계 S3 내지 S5 과 S7 및 S8에서는, 도체 또는 도체 번들의 다른 면에 다른 층 두께를 도포할 수 있는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
9. 제 1 내지 8항에 있어서, 상기 단계 S2에서는, 유도 또는 저항에 의한 전기적 가열에 의해 상기 기판의 가열을 실시하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
10. 제 1 내지 9항에 있어서, 상기 단계 S3에서는, 상기 스프레이 로봇의 제어장치에 의해 상기 도체 또는 도체 번들의 방위를 제어하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
11. 제 1 내지 10항에 있어서, 상기 단계 S1에서는, 상대적으로 큰 상기 도체 또는 도체 번들을 코팅하는 경우, 상기 복수개의 스프레이 총을 동시에 사용하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
12. 제 1 내지 11항에 있어서, 상기 단계 S1에서는, 상대적으로 큰 상기 도체 또는 도체 번들의 경우, 신뢰성있는 배치를 보장하기 위해 중간 지지부를 사용하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 스프레이 총이 도달할 때, 스프레이 로봇의 제어 장치의 제어 하에서, 상기 중간 지지부가 자동으로 이동하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
14. 제 1 내지 13 항에 있어서, 상기 스프레이 로봇의 제어 장치에 의해, 도포된 층 두께를 제어함으로써, 분말 전달 장치 및 상기 스프레이 총의 작업 속도를 대응하여 제어하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
15. 제 1 내지 14 항에 있어서, 상기 단계 S5에서, 상기 도체 및 도체 번들의 회전은, 상기 도체 또는 도체 번들의 평면이 상기 스프레이 총과 수직하도록 배향하는 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
16. 제 1 내지 15 항에 있어서, 상기 단계 S6에서, 분말 저장소, 또는 분말 저장소, 분말 전달 장치 및 스프레이 총을 포함하는 전체 스프레이 설비를 교환함으로써, 상기 코팅 분말을 변경하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
17. 제 1 내지 16 항에 있어서, 상기 단계 S7에서, 표면 온도를 접촉없이 모니터링하고, 기록된 표면 온도에 따라 기판 온도를 재조절하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
18. 제 1 내지 17 항에 있어서, 상기 도체 또는 도체 번들의 코팅을 완료하고, 상기 도체 또는 도체 번들을 회전 또는 고정 장치로부터 제거한 후, 상기 회전 및 고정 장치에 대한 고정점으로 사용되었던 바단부 또는 코일 아이렛을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.
19. 제 1 내지 18 항에 있어서, 상기 도체 또는 도체 번들에 상대적으로 큰 층 두께를 도포하는 경우, 기판 및 스프레이 지점 외측에 근접하는 층을 냉각하여, 이러한 층들을 고형화시켜 더 이상 흐르지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 도체 또는 도체 번들용 고품질 절연체의 제조 방법.