NO335654B1 - Fremgangsmåte for innkapsling av stator for elektrisk maskin - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for innkapsling av stator (10) for en elektrisk maskin, ved innkapsling av aktive deler og deler av et statorhus (18) med et støperesin (15), hvilken omfatter innretting av minst en av de følgende: jernløse avstandsstykker (13), ferdigstøpte resinblokker (17) og/eller plate(r) (20) med tenner eller profiler (21), i et område (16) for endeviklinger (12) av statoren (10) før innkapsling av de aktive delene og delene av statorhuset (18) med støperesinet (15).

Description

Fremgangsmåte for innkapsling av stator for elektrisk maskin

Oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for innkapsling av en stator for en elektrisk maskin, i samsvar med innledningen til patentkrav 1.

Oppfinnelsen gjelder spesielt en fremgangsmåte for å unngå at luft fanges under støpeprosessen og hindre sprekker i og avbinding av støperesinet, på denne måten sikrer pålitelig og stabil herding og forbedret kvalitet på produksjon av den innkapslede statoren, hvilket fører til høyere pålitelighet og lengre levetid for den elektriske maskinen.

Bakgrunn

Fullstendig statorinnkapsling er brukt i visse typer elektriske maskiner, for eksempel undervanns-maskiner. Flere alternative strategier for innkapsling er beskrevet i f.eks. US 2006250037, US 2,749,456 og NO 331710 Bl.

US 2006250037 beskriver en innkapslingsprosess for aktive deler av stator hvor en støttende ring benyttes for å beskytte de aktive delene fra luftgapsiden og resin brukes bare for ender av de aktive delene. Et problem med en slik tilnærming er at luft kan bli fanget under fylling av endeområdet med innkapslingsmiddelet. En annen ulempe er at den betydelige tykkelse av ringen fører til et relativt stort "magnetisk" gap mellom stator og rotor som degenererer maskinkarakteristikkene.

US 2,749,456 beskriver en innkapslingsprosess av de aktive delene av stator uten bruk av en støttende ring, og hvor innkapslingsmiddelet dekker ender av de aktive delene og spalteåpninger ved luftgapsiden. Omkretsen av den laminerte stakken er ikke dekket av innkapslingsmiddel, men i stedet dekket av et metallrør. Fordelen med denne tilnærmingen er at det "magnetiske" gapet mellom stator og rotor er liten, hvilket fører til forbedrede maskinkarakteristikker. Ulempen med denne tilnærmingen er at topper av statorlameller er ubeskyttet. Problemet med at luft fanges kan også oppstå når innkapslingsmiddelet presses inn i hulrom inne i statoren.

I NO 331710 Bl er det beskrevet en løsning hvor støperesin dekker aktive deler fra alle sider. Den elektriske maskinen i NO331710 Bl har ikke statorhus. Denne tilnærmingen virker bra for små ringformede maskiner med diametere under cirka 1 meter. For maskiner med større diameter er den ikke egnet på grunn av all kompleksiteten med støpeformen og problemene med at luft fanges, oppsprekking av innkapslingsmiddelet og avbinding.

EP 1655819 Bl beskriver en avstandskrage for festing av en elektromotors sylindriske statorpakke inntil et sylindrisk hus bestående av en bølget seksjon på motsatt ende på statorpakken som inneholder eksternt åpne sammenpressbare omliggende spor som strekker seg i avstandskragens lengderetning.

En perspektivisk løsning for innkapsling av statorer for store maskiner omfatter bruk av et metallhus med rørform (sylindrisk form) som holder de aktive delene (laminert kjerne og viklinger) og påføring av beskyttende lag ved endene av de aktive delene og ved luftgapsiden, dvs. i statorboring. På denne måten vil beskyttende lag fullstendig dekke de aktive delene fra alle sider, bortsett fra omkretsen hvor metallhuset er anordnet. En slik løsning er vanligviskarakterisert vedde følgende problemene: Luft fanges ved hjørnene av huset og endelameller når et flytende innkapslingsmiddel trenger inn for å fylle et hulrom rundt de aktive delene. Dette fører til at luftbobler fanges i det herdede resinet, reduserer varmeoverføringsevne og degraderer statorens mekaniske egenskaper.

Dannelse av sprekker i støperesinet under herdeprosessen eller når utsatt for termiske

sjokklaster under drift.

Avbinding mellom støperesin og stator - hvilket fører til problemer med å sikre riktig adhesjon

for jevn fordeling av laster og effektiv varmeoverføring.

Sprekkene dannes hovedsakelig på grunn av krymping og kontakt av det krympende innkapslingsmiddelet med skarpe hjørner av den laminerte statorkjernen. Krymping av resinet kan under herdeprosessen være i størrelsesorden 1-4 %, hvilket er betydelig. Bredden til resinet langs den aktive delen av maskinen ved statorens indre diameter er typisk noen få millimeter (i mange tilfeller 3-6 mm), slik at krymping under herding ikke vil gi for store problemer. Men ved enden av statoren, hvor endeviklingene er, er resinets tykkelse typisk over 10 mm slik at krymping i dette området kan føre til sprekker, først og fremst ved skarpe kanter av den laminerte statorkjernen.

Fanging av luft kan trolig forhindres ved rotering av hele støpeformen under oppfylling av den med innkapslingsmiddel, men dette vil gjøre prosessen for kompleks og oppsettet for kostbart.

Det er kjent at resinet vil avbindes fra statorhuset ved avskalling ettersom resinet vil krympe mot midten av statoren når den herdes. Dersom det er et sted med mindre adhesjonsegenskaper kan en sprekk dannes her og den vil utvikles rundt statorhuset. Siden statorhuset er en glatt overflate er det ingenting som vil stoppe utviklingen av avbindingen.

Måten å løse de ovenfor beskrevne problemene på, beskrevet i denne oppfinnelsen, er å plassere noen elementer i endeviklingsområdet, hvilket vil hjelpe til med å forhindre de uønskede effektene.

Det er kjent å ha bruksspesifikke elementer i endeviklingsområdet. I noen tilfeller er de bruksspesifikke elementene til hjelp for innkapslingsprosessen, mens i mange tilfeller er formålet helt forskjellig.

For eksempel er det i US 3,046,604 beskrevet innpakking av glassfibermateriale rundt viklingshoder for viklingene ved statorlamellendene for å tilveiebringe stabil posisjon av endeviklingen under støpe-prosessen, for å øke isoleringseffekten og for å minimere mengden innkapslingsmateriale.

Det er også typisk å bruke andre elementer i endeviklingsområdet, så som såkalte fingerplater, selv om formålet med å ha fingerplater ikke har noe å gjøre med innkapsling. Den mest typiske bruken av fingerplatene er for å holde den laminerte stakken sammen. I f.eks. US 6,949,858 er fingerplater brukt for å tilveiebringe aksiale klemkrefter på lamellene for å holde lamellene sammen.

I US 6,653,759 er det beskrevet bruk av støttende fingerplater for spoler for å støtte endeviklingene ved statorender, hvilket fører til mindre vibrasjoner og mindre spenning for spoleisolasjon. De støtter også sporkiler som gir fast spolestøtte i alle retninger.

Noen ganger er det anordnet kjølekanaler i fingerplater for forbedret kjøling. I f.eks. US 2012091723 er det beskrevet bruk av innløpstrakt-formede fingerplater festet til statorlamellene for å forbedre luftstrømningen i luftgapet og derigjennom bedre kjøling.

US 2,902,611 beskriver fingerplate-kjølekanaler for bedre kjøling ved endeviklingene.

Følgelig, kjent teknikk feiler i å tilveiebringe løsninger til problemene ved fanging av luft, sprekk-dannelse og avbinding, som beskrevet ovenfor.

Formål

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for forbedring av innkapslingsprosessen til en stator i elektriske maskiner ved å løse de ovenfor nevnte problemene.

Det er spesielt et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for innkapsling av stator for en elektrisk maskin som forhindrer at luft fanges i støperesin under støpeprosessen.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for innkapsling av stator for en elektrisk maskin som unngår sprekker i innkapslingsmiddelet.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for innkapsling av en elektrisk maskin som unngår avbinding mellom støperesinet og statoren.

Ytterligere formål vil fremgå ved betraktning av patentkravene og den etterfølgende eksempelbeskrivelsen.

Oppfinnelsen

En fremgangsmåte i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1. Fordelaktige trekk ved fremgangsmåten er beskrevet i de avhengige patentkravene.

Den foreliggende oppfinnelsen er tiltenkt å løse de ovenfor beskrevne problemene ved å introdusere bruksspesifikke elementer i endeviklingsområde til en stator for en elektrisk maskin før innkapsling av aktive deler av statorhus med et støperesin. De bruksspesifikke elementene er innrettet for å tjene en eller flere av de følgende formålene:

hindre luft fra å fanges når støperesin flyter over deler som innkapsles,

hindre sprekker i herdende støperesin på grunn av eliminering av skarpe hjørner av

lamellstakken,

redusere mengde resinvolum ved endeviklinger og derigjennom redusere spenning skapt

av krympingen av resinet under herding, og

hindre avbinding mellom statorhus og resin.

I samsvar med en første utførelsesform av fremgangsmåten omfatter den anordning av elementer i form av jernløse avståndsstykker i et endeviklingsområde før innkapsling av aktive deler og deler av statorhuset med et støperesin. De jernløse avstandsstykkene er tilpasset for å festes til statorlameller under endeviklingene og oppviser en spesiell form, dvs. fortrinnsvis oppviser en tverrsnittsdel som er nær triangulær eller trapesformet. De jernløse avstandsstykkene er innrettet for å forhindre luft fra å fanges under støpeprosessen ved å tilveiebringe en nedadgående vinkel fra ytre diameter til indre diameter for aktive deler av statoren. I tillegg er de jernløse avstandsstykkene fortrinnsvis videre forsynt med glatte runde hjørner ved luftgapside for å hjelpe til med å unngå sprekker i støperesinet under herdeprosessen. Videre, gjennom at skarpe hjørner av statorlamellene er dekket av jernløse avstå ndsstykker unngås sprekker i støperesinet under støpeprosessen når utsatt for termiske laster. I tillegg er de jernløse avstandsstykkene innrettet for å okkupere plass, derigjennom reduserer mengden støperesin, følgelig reduserer dens krymping, og derigjennom forhindrer sprekker.

I samsvar med en andre utførelsesform av fremgangsmåten omfatter den anordning av elementer i form av ferdigstøpte resinblokker i et endeviklingsområde før innkapsling av aktive deler og deler av statorhuset med et støperesin. De ferdigstøpte blokkene er innrettet for å okkupere plass og derigjennom redusere mengden av støperesinet og følgelig redusere dens krymping og forhindre sprekker.

I samsvar med en tredje utførelsesform omfatter fremgangsmåten anordning av elementer i form av en plate forsynt med tenner eller profiler langs dens lengde i et endeviklingsområde før innkapsling av aktive deler og deler av statorhuset med et støperesin. Platen forsynt med tenner eller profiler langs dens lengde er anordnet til en statorhusoverflate ved hjelp av f.eks. liming eller lignende festemetoder. Ved innretting av en slik plate med tenner eller profiler vil det løse problemet med avbinding. Ettersom en resinring ønsker å krympe mot midten av statoren vil den holdes på plass av skjærkrefter og ikke strekkrefter. Adhesjonsegenskapene er betydelig større i skjær enn i strekk. Dette vil i stor grad eller helt eliminere muligheten for resinet å avbindes fra statorhuset. I tillegg vil man ha muligheten til å benytte et aggressivt bindemiddel ved binding av platen til statorhuset som sikrer at den er godt festet. Bruk av en slik plate vil også øke den tilgjengelige overflaten som resinet bindes til, som ytterligere reduserer spenning.

Fremgangsmåten i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen muliggjør en enkel støpeprosess av statoren og produserer en mer pålitelig innkapsling.

Følgelig omfatter fremgangsmåten i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen anordning av bruksspesifikke elementer i endeviklingsområdet av en stator før innkapsling med et støperesin. Gjennom dette hindres luft fra å fanges, sprekker og avbinding mellom statorhuset og resinet. En annen fordel med fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen er at mengden resinvolum som trengs ved endeviklingene er redusert og derigjennom begrenses spenning som skapes av at resinet krymper under herding.

For ytterligere prosesspålitelighet kan et glassfibernett anordnes i statorboring før innkapsling.

Ytterligere foretrukne trekk og fordelaktige detaljer ved den foreliggende oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende eksempelbeskrivelsen.

Eksempel

Den foreliggende oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet mer detaljert ved henvisning til de vedlagte tegningene, hvor: Fig. 1 viser et perspektivriss av statorendedel forsynt med elementer i samsvar med en første utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen, Fig. 2 viser et tverrsnittsriss som illustrerer detaljer ved en stator for en halvpart av en elektrisk maskin, Fig. 3 viser et lukket riss av runde hjørner for elementene i samsvar med den første utførelses-formen av den foreliggende oppfinnelsen for å unngå skarphet ved statorlamellkanter, Fig. 3 viser et perspektivriss av statorendedel forsynt med elementer i samsvar med en andre utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen festet til statorhuset, Fig. 5 illustrerer effekten av en resinring som trekker seg sammen innover og fører til avbinding av resin fra statorhuset gjennom avskalling, og Fig. 6 viser elementer av en tredje utførelsesform i samsvar med oppfinnelsen anordnet til statoroverflaten.

Henvising er nå gjort til Fig. 1 som viser et perspektivriss av endedel av en stator 10, inneholdende lamellstakk 11, endeviklinger 12 og ett sett av elementer 13 i samsvar med en første utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Elementene 13 i samsvar med den første utførelsesformen er i form av jernløse avstandsstykker og disse er festet til enden av statorlamellstakken 11 ved hjelp av egnede midler. De jernløse avstandsstykkene 13 har en spesiell form som oppviser en nedadgående vinkel fra ytre diameter (statorhusside 18) til indre diameter (luftgapside). De jernløse avstandsstykkene 13 har fortrinnsvis en triangulær form eller trapesform (sett i tverrsnitt), men kan ha enhver lignende form for formålet med å unngå at luft fanges. De jernløse avstandsstykkene 13 kan ha en form som en ring, bestående av mange elementsegmenter. Ringen oppviser følgelig et variabelt tverrsnitt.

De jernløse avstandsstykkene 13 er fortrinnsvis av ikke-magnetisk og ikke-ledende materiale.

De jernløse avstandsstykkene 13 kan fortrinnsvis videre være laget av det samme materialet som et støperesin 15 eller laget av materialer kompatible med støperesinet 15, eller laget av glassfiber.

Henvising er nå gjort til Fig. 2 som illustrerer et tverrsnittsriss av en stator av en halvdel av den elektriske maskinen. Detaljene til rotor 14 av den elektriske maskinen er ikke innenfor omfanget til denne oppfinnelsen og vil ikke bli beskrevet ytterligere. Ved hjelp av anordning av disse spesielle formede jernløse avstandsstykkene 13 unngås fare for at luft fanges og sprekker, samt tilveiebringer en mer pålitelig og enklere støpeprosess med et gitt innkapslingsmateriale 15. Et glassfibernett 22 kan videre anordnes i statorboring for å øke påliteligheten til prosessen.

Som vist i Fig. 3 er de jernløse avstandsstykkene 13 fortrinnsvis forsynt mer runde hjørner for å unngå skarphet ved kanter av statorlamellstakken 11. Som det ble diskutert tidligere så er krympingen av støperesinet 15 større ved endedeler av statoren 10 sammenlignet med luftgapområdet. Krympingen av støperesinet 15 ved hjørner av statorlameller 11 ved luftgapside gir problemer med sprekker.

Henvisning er nå gjort til Fig. 4 som illustrerer et perspektivriss av endedel av statoren 10. Krympingen av støperesinet 15 i endedel 16 av stator 10 kan unngås ved introduksjon av elementer 17 i samsvar med en andre utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen, i form av ferdigstøpte resinblokker. Disse resinblokkene 17 er festet til et statorhus 18 og reduserer de effektive endedels-områdene 16 og derigjennom reduserer spenningene utviklet i støpeprosessen og reduserte problemer utviklet på grunn av krymping. Resinblokken 17 er f.eks. skrudd til en endeflens av statoren 10, men kan også holdes på plass på andre måter. Resinblokken 17 kan lages av det samme materialet som det innkapslende resinet 15 som vil bli brukt eller et materiale som er kompatibelt med støpe-resinet 15. Funksjonen til disse resinblokkene 17 er også å redusere volumet av resin 15 som trengs for å fylle området mellom endeviklingene 12 og endeflensen. Dersom dette ikke hadde vært gjort er det en fare for å få store krympekrefter mellom resinet 15 og statorhuset 18/flensen. Siden de er laget av det samme resinet eller et kompatibelt resin vil man få god adhesjon til støperesinet 15.

Henvisning er nå gjort til Fig. 5 som illustrerer effekten av en resinring 19 som trekker seg sammen innover og fører til avbinding av resin 15 fra statorhuset 18 gjennom avskalling. Dersom det er et sted med mindre adhesjonsegenskaper kan en sprekk dannes her og den vil utvikles rundt statorhuset 18. Siden statorhuset 18 er en glatt overflate er det ingenting som vil stoppe utviklingen av avbindingen.

En mulig løsning på dette vil være å innrette elementer 20 i samsvar med en tredje utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen, i form av binding av en plate 20 til statoroverflaten, hvilken plate 20 er forsynt med tenner eller profiler 21 langs dens lengde, som vist i Fig. 6. Platen 20 og tennene eller profilene 21 er fortrinnsvis laget av det samme materialet som støperesinet 15, et materiale som er kompatibelt med støperesinet 15 eller glassfiber.

Ettersom resinringen 19 ønsker å krympe mot midten av statoren 10 vil den holdes på plass av skjærkrefter og ikke strekkrefter. Adhesjonsegenskapene er betydelig større i skjær enn i strekk. Dette vil i en stor grad eller helt eliminere muligheten for resin 15 å avbindes fra statorhuset 18.1 tillegg har man muligheten til å benytte et aggressivt bindemiddel når man binder platen 20 til statorhuset 18 som sikrer at den er godt festet. Det å ha et slikt system vil også øke den tilgjengelige overflaten som resinet 15 bindes til, som ytterligere reduserer spenning.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for innkapsling av stator (10) for en elektrisk maskin, ved innkapsling av aktive deler og deler av et statorhus (18) med et støperesin (15),karakterisert vedinnretting av minst en av de følgende: -jernløse avstandsstykker (13), - ferdigstøpte resinblokker (17), og/eller - plate(r) (20) med tenner eller profiler (21), i et området (16) for endeviklinger (12) av statoren (10) før innkapsling av de aktive delene og delene av statorhuset (18) med støperesinet (15).

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1,karakterisert vedanordning av både jernløse avstandsstykker (13) og ferdigstøpte resinblokker (17) før innkapsling.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1,karakterisert vedanordning av både jernløse avstandsstykker (13) og plate(r) (20) med tenner eller profiler (13) før innkapsling.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1,karakterisert vedanordning av både ferdigstøpte resinblokker (17) og plate(r) med tenner eller profiler (21) før innkapsling.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1,karakterisert vedanordning av jernløse avstandsstykker (13), ferdigstøpte resinblokker (17) og plate(r) (20) med tenner eller profiler (21) før innkapsling.

6. Fremgangsmåte i samsvar ett av kravene 1-5,karakterisert vedbruk av jernløse avstandsstykker (13) av ikke-magnetiskog ikke-ledende materiale.

7. Fremgangsmåte i samsvar ett av kravene 1-6,karakterisert vedbruk av jernløse avstandsstykker (13), ferdigstøpte resinblokker (17) og/eller plate(r) (20) med tenner eller profiler (21) laget av det samme materialet som støperesinet (15).

8. Fremgangsmåte i samsvar ett av kravene 1-6,karakterisert vedbruk av jernløse avstandsstykker (13) og/eller plate(r) (20) med tenner eller profiler (21) laget av materialer kompatible med støperesinet (15).

9. Fremgangsmåte i samsvar ett av kravene 1-8,karakterisert vedbruk av jernløse avstandsstykker (13) formet som en ring som har variabelt tverrsnitt.

10. Fremgangsmåte i samsvar med krav 9,karakterisert vedfesting av de jernløse avstandsstykkene (13) til en lamellstakk (11) av statoren (10) og at tverrsnittet til ringen av jernløse avstandsstykker (13) er triangulær og/eller trapesformet.

11. Fremgangsmåte i samsvar med krav 9 eller 10,karakterisert vedbruk av en ring av jernløse avstandsstykker (13) forsynt med runde hjørner, sett i tverrsnitt.

12. Fremgangsmåte i samsvar ett av kravene 9-11,karakterisert vedbruk av en segmentert ring av jernløse avstandsstykker (13).

13. Fremgangsmåte i samsvar ett av kravene 9-11,karakterisert vedbruk av en ring av jernløse avstandsstykker (13) laget av glassfiber.

14. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1,karakterisert vedbruk av plate(r) (20) med tenner eller profiler (21) laget av glassfiber.

15. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1,karakterisert vedanordning av et glassfibernett (22) i statorboring før innkapsling.

16. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1,karakterisert vedbruk av et støperesin (15) av kompositt eller polymer.