RU2593601C1 - Method for insulation of slots of magnetic cores of stators of electric motors - Google Patents
Method for insulation of slots of magnetic cores of stators of electric motors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2593601C1 RU2593601C1 RU2015124590/07A RU2015124590A RU2593601C1 RU 2593601 C1 RU2593601 C1 RU 2593601C1 RU 2015124590/07 A RU2015124590/07 A RU 2015124590/07A RU 2015124590 A RU2015124590 A RU 2015124590A RU 2593601 C1 RU2593601 C1 RU 2593601C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic core
- electrophoretic
- film
- grooves
- composition
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам изолировки пазов статоров электрических машин.The invention relates to electrical engineering, in particular to methods for isolating the grooves of the stators of electric machines.
Известен способ изготовления пазовой изоляции магнитных сердечников статоров, заключающийся в том, что по размерам паза магнитного сердечника статора электродвигателя определяют размеры заготовок пазовой коробочки и, используя формовочное приспособление, придают необходимую форму пазовой коробке, после чего укладывают заготовки в пазы [1].A known method of manufacturing a groove insulation of the magnetic cores of stators, which consists in the fact that the dimensions of the grooves of the magnetic core of the stator of the electric motor determine the dimensions of the grooves of the groove boxes and, using the molding tool, give the necessary shape to the groove box, and then put the blanks in the grooves [1].
Недостаток такого способа изготовления пазовой изоляции магнитных сердечников электродвигателей заключается в том, что при укладке коробов в пазы магнитных сердечников статоров электродвигателей и последующем размещении в пазах обмотки электродвигателя между обмоткой, корпусной изоляцией и магнитным сердечником образуются два воздушных зазора: один - между обмоткой и пазовой изоляцией, а другой - и между пазовой изоляцией и магнитным сердечником, что ухудшает теплоотвод из обмотки в магнитный сердечник. Толщина материала, из которого изготавливается пазовый короб, относительно велика, что приводит к неэффективному использованию пазов и, как следствие, к снижению коэффициента заполнения паза проводом, к снижению мощности электродвигателей и повышению их габаритов. Кроме того, производительность указанного способа изолировки пазов низка из-за необходимости последовательного размещения в каждый паз обмотки короба пазовой изоляции и из-за невозможности группового изолирования пазов одновременно у нескольких обмоток.The disadvantage of this method of manufacturing the groove insulation of the magnetic cores of the electric motors is that when air ducts are placed in the grooves of the magnetic cores of the motor stators and then placed in the grooves of the motor winding between the winding, the housing insulation and the magnetic core, two air gaps are formed: one between the winding and the groove insulation and the other between the groove insulation and the magnetic core, which affects the heat sink from the winding to the magnetic core. The thickness of the material from which the groove box is made is relatively large, which leads to inefficient use of the grooves and, as a result, to a decrease in the fill factor of the groove with the wire, to a decrease in the power of electric motors and an increase in their dimensions. In addition, the performance of this method of isolating the grooves is low due to the need for sequential placement in each groove of the winding of the duct groove insulation and due to the impossibility of group isolation of grooves simultaneously in several windings.
Известен способ изготовления пазовой изоляции магнитных сердечников статоров напылением из порошка эпоксидной смолы для изоляции классов нагревостойкости В и F или полиамидэфирных порошков для изоляции класса Н [2].A known method of manufacturing a groove insulation of the magnetic cores of stators by spraying from epoxy powder to isolate heat resistance classes B and F or polyamide ether powders for insulation class H [2].
Способ заключается в том, что холодное магнитный сердечник погружают в слой порошка эпоксидной смолы или полиамидэфирных порошков, находящегося под воздействием разряда тока высокого напряжения. Частицы полимера заряжаются и под действием электрических сил перемещаются к противоположно заряженному изделию - магнитному сердечнику статора и осаждаются на его поверхности. Магнитный сердечник извлекают из камеры напыления и удаляют напыленный порошок со всей поверхности магнитного сердечника, кроме пазов. Оставшийся в пазах порошок подвергают высокотемпературному воздействию, при котором происходит оплавление полимера и образуется изоляционное покрытие. После оплавления порошка магнитный сердечник охлаждают и вновь помещают в слой порошка эпоксидной смолы. Процесс изолировки пазов заканчивают после 7-8 таких циклов.The method consists in immersing a cold magnetic core in a layer of epoxy powder or polyamide ether powders under the influence of a high voltage current discharge. The polymer particles are charged and under the action of electric forces move to the oppositely charged product - the magnetic core of the stator and are deposited on its surface. The magnetic core is removed from the spraying chamber and the sprayed powder is removed from the entire surface of the magnetic core, except for the grooves. The powder remaining in the grooves is subjected to a high-temperature effect, during which the polymer is melted and an insulating coating is formed. After melting the powder, the magnetic core is cooled and again placed in a layer of epoxy powder. The process of isolating the grooves is completed after 7-8 such cycles.
Недостатком способа является необходимость использования высокого напряжения для зажигания электрического разряда в порошке. Кроме того, напыление указанным способом происходит не только в пазы статора, но и на все остальные части магнитного сердечника, что приводит к необходимости извлекать магнитный сердечник из порошка и удалять его излишки с поверхностей магнитного сердечника, оставляя его только в пазах магнитного сердечника. Так как за один цикл на поверхность паза осаждается тонкий слой порошка, который после его оплавления не позволяет получать требуемую для пазовой изоляции электрическую прочность, то этот цикл приходится повторять 7-8 раз. За счет этого процесс изолировки пазов одного магнитного сердечника малопроизводителен, так как длится в течение 3-4 часов. Кроме того, многослойная напыленная пазовая изоляция из порошка весьма хрупкая, что, как правило, исключает возможность механизированной намотки обмоток и их приходится укладывать в пазы вручную.The disadvantage of this method is the need to use high voltage to ignite an electric discharge in a powder. In addition, the deposition in this way occurs not only in the grooves of the stator, but also on all other parts of the magnetic core, which leads to the need to remove the magnetic core from the powder and remove its excess from the surfaces of the magnetic core, leaving it only in the grooves of the magnetic core. Since in one cycle a thin layer of powder is deposited on the surface of the groove, which, after melting it, does not allow obtaining the electric strength required for groove insulation, this cycle has to be repeated 7-8 times. Due to this, the process of isolating the grooves of one magnetic core is inefficient, since it lasts for 3-4 hours. In addition, the multilayer sprayed groove insulation of the powder is very fragile, which, as a rule, excludes the possibility of mechanized winding of the windings and they have to be laid in the grooves manually.
Наиболее близким к заявляемому является способ, описанный в патенте [3].Closest to the claimed is the method described in the patent [3].
Способ-прототип заключается в том, что всю поверхность магнитного сердечника, за исключением пазов, закрывают герметическим диэлектрическим кожухом, выполненным из эластичного агрессивно-устойчивого материала, размещают магнитный сердечник с упомянутым кожухом в сосуд, в который заливают электрофоретический состав, состоящий из следующих компонентов, в % по объему:The prototype method consists in the fact that the entire surface of the magnetic core, with the exception of the grooves, is closed with a hermetic dielectric casing made of an elastic, aggressive-resistant material, a magnetic core with the said casing is placed in a vessel into which an electrophoretic composition consisting of the following components is poured, in% by volume:
лак ПЭ-939 марки В - (29÷30),varnish PE-939 grade B - (29 ÷ 30),
1% - нашатырный спирт 1% - NH4OH-(11,0÷12,0),1% -
диоксан (С4Н8О2) - остальное,dioxane (C 4 H 8 O 2 ) - the rest,
закрывают сосуд крышкой, подводят к торцам магнитного сердечника два электрода, выдерживая расстояние в 10-20 мм от торца магнитного сердечника, подают на магнитный сердечник положительный потенциал от источника постоянного напряжения, а на электроды подают отрицательный потенциал от упомянутого источника постоянного напряжения, и при плотностях тока j, лежащих в диапазоне 2-10 мА/см2, проводят электрофоретическое осаждение пленкообразующего вещества в течение времени, определяемого из выражения:close the vessel with a lid, bring two electrodes to the ends of the magnetic core, maintaining a distance of 10-20 mm from the end of the magnetic core, apply a positive potential to the magnetic core from a constant voltage source, and negative potential from the mentioned constant voltage source to the electrodes, and at densities current j lying in the range of 2-10 mA / cm 2 conduct electrophoretic deposition of the film-forming substance for a time determined from the expression:
где с - плотность эмали, кг/м3, d - толщина пазовой изоляции, м, k - выход сухого остатка по току, кг/А×с,where c is the density of enamel, kg / m 3 , d is the thickness of the groove insulation, m, k is the output of the dry residue by current, kg / A × s,
после чего магнитный сердечник извлекают из электрофоретического состава, освобождают его от герметичного диэлектрического кожуха и осажденную на поверхность пазов пленку подвергают термообработке в течение 4-5 мин при температуре 380-390°С.after which the magnetic core is removed from the electrophoretic composition, it is freed from the sealed dielectric casing and the film deposited on the surface of the grooves is subjected to heat treatment for 4-5 minutes at a temperature of 380-390 ° C.
Недостатком способа-прототипа является то, что осажденная на поверхности пазов пленка имеет относительно низкую теплопроводность. Это затрудняет теплоотвод из статорной обмотки электрической машины в магнитный сердечник и в окружающую среду в процессе работы электродвигателя, что приводит к повышенному перегреву обмотки и в конечном итоге к снижению надежности и долговечности электродвигателя.The disadvantage of the prototype method is that the film deposited on the surface of the grooves has a relatively low thermal conductivity. This makes it difficult to heat from the stator winding of the electric machine to the magnetic core and to the environment during operation of the electric motor, which leads to increased overheating of the winding and ultimately to a decrease in the reliability and durability of the electric motor.
Кроме того, пленка, осажденная по способу-прототипу на поверхность пазов статора, содержит в себе растворитель, поэтому при ее термообработке при температурах 380-390°С происходит вскипание растворителя и его интенсивный выход из пленки, что приводит к нарушению ее однородности, к появлению на ней пор и других дефектов, что снижает ее электрическую прочность и, как следствие этого, надежность и долговечность двигателя.In addition, the film deposited by the prototype method onto the surface of the stator grooves contains a solvent, therefore, during its heat treatment at temperatures of 380-390 ° C, the solvent boils and its intensive exit from the film, which leads to a violation of its uniformity, leads to on it then and other defects, which reduces its electric strength and, as a consequence of this, the reliability and durability of the engine.
Еще одним недостатком способа-прототипа является нестабильность свойств электрофоретического состава, что связано с нестабильностью свойств исходного пленкообразующего состава ПЭ-939 марки В, изменяющихся от одной партии лака к другой.Another disadvantage of the prototype method is the instability of the properties of the electrophoretic composition, which is associated with the instability of the properties of the initial film-forming composition of PE-939 grade B, varying from one batch of varnish to another.
Техническая задача, на которую направлено настоящее изобретение, состоит в повышении теплопроводности пазовой изоляции магнитного сердечника и ее качества.The technical problem to which the present invention is directed is to increase the thermal conductivity of the groove insulation of the magnetic core and its quality.
Задача решается тем, что в способе изготовленияThe problem is solved in that in the manufacturing method
Техническая задача, на которую направлено настоящее изобретение, состоит в повышении теплопроводности пазовой изоляции и ее качества.The technical problem to which the present invention is directed is to increase the thermal conductivity of the groove insulation and its quality.
Задача решается тем, что в способе изолировки пазов магнитных сердечников статоров электродвигателей, заключающемся, в том, что всю поверхность магнитного сердечника, за исключением пазов, закрывают герметическим диэлектрическим кожухом, выполненным из эластичного агрессивно-устойчивого материала, размещают магнитный сердечник с упомянутым кожухом в сосуд, в который заливают электрофоретический состав, закрывают сосуд крышкой, подводят к торцам магнитного сердечника два электрода, выдерживая расстояние в 10÷20 мм от торца магнитного сердечника, подают на магнитный сердечник положительный потенциал от источника постоянного напряжения, а на электроды подают отрицательный потенциал от упомянутого источника постоянного напряжения, и при плотностях тока, лежащих в диапазоне 2÷10 мА/см2, проводят электрофоретическое осаждение пленкообразующего вещества в течение времени, определяемого из выражения:The problem is solved in that in the method of isolating the grooves of the magnetic cores of the stators of electric motors, which consists in closing the entire surface of the magnetic core, with the exception of the grooves, with a hermetic dielectric casing made of an elastic, aggressive-resistant material, and placing the magnetic core with the casing in the vessel into which the electrophoretic composition is poured, close the vessel with a lid, bring two electrodes to the ends of the magnetic core, maintaining a distance of 10 ÷ 20 mm from the end of the magnetic core, a positive potential is supplied to the magnetic core from a constant voltage source, and a negative potential is supplied to the electrodes from said constant voltage source, and at current densities lying in the range of 2 to 10 mA / cm 2 , an electrophoretic deposition of a film-forming substance is carried out over time, defined from the expression:
где с - плотность эмали, кг/м3, d - толщина пазовой изоляции, м, k - выход сухого остатка по току, кг/А×с, j - плотность тока электрофореза, мА/см2, после чего магнитный сердечник извлекают из электрофоретического состава, освобождают его от герметичного диэлектрического кожуха и осажденную на поверхность пазов пленку подвергают термообработке, при этом процесс нанесения слоя эмаль-изоляции осуществляют, используя электрофоретический состав, состоящий из следующих компонентов, в мас.ч.:where c is the density of enamel, kg / m 3 , d is the thickness of the groove insulation, m, k is the output of the dry residue by current, kg / A × s, j is the electrophoresis current density, mA / cm 2 , after which the magnetic core is removed from electrophoretic composition, release it from the sealed dielectric casing and the film deposited on the surface of the grooves is subjected to heat treatment, while the process of applying a layer of enamel insulation is carried out using the electrophoretic composition, consisting of the following components, in parts by weight:
причем предварительно осуществляют приготовление указанного электрофоретического состава в лаковарочном аппарате, снабженном рубашкой для обогрева и дисковой мешалкой, в который загружают указанную выше смесь растворителей (ксиленол, сольвент), полибутилтитанат, диэтиленгликоль, смолу ТС-1 и белые нанотрубки из нитрида бора, разогревают содержимое до 100÷110°С и производят постоянное перемешивание до полного растворения смолы в течение 1÷1,5 ч, остужают приготовленную смесь до 40÷50°С, добавляют в нее диоксан, 1%-ный нашатырный спирт, продолжая перемешивание полученной смеси в течение 0,5÷1,0 ч, после чего фильтруют полученный электрофоретический состав и переливают в эмаль-агрегат и в указанном составе проводят анафоретическое осаждение диэлектрической пленки на поверхность пазов, после чего магнитный сердечник извлекают из электрофоретического состава, освобождают его от герметичного диэлектрического кожуха, помещают магнитные сердечники в вакуумный термошкаф, создают в нем разрежение 30÷40 Торр и при температуре 40÷50°С сушат осажденную на поверхность пазов пленку в течение 3÷5 мин, затем повышают температуру в термошкафу до 380÷390°С и запекают диэлектрическую пленку в течение 2-3 мин.moreover, the said electrophoretic composition is preliminarily prepared in a lacquer apparatus equipped with a heating jacket and a disk mixer, into which the above mixture of solvents (xylenol, solvent), polybutyl titanate, diethylene glycol, TC-1 resin and white boron nitride nanotubes are heated, the contents are heated to 100 ÷ 110 ° C and produce constant stirring until the resin is completely dissolved within 1 ÷ 1.5 h, cool the prepared mixture to 40 ÷ 50 ° C, add dioxane, 1% ammonia, stirring the resulting mixture for 0.5 ÷ 1.0 h, after which the obtained electrophoretic composition is filtered and poured into an enamel aggregate and anaphoretic deposition of the dielectric film on the groove surface is carried out in the specified composition, after which the magnetic core is removed from the electrophoretic composition, released it from a sealed dielectric casing, put the magnetic cores in a vacuum oven, create a vacuum of 30 ÷ 40 Torr in it and at a temperature of 40 ÷ 50 ° C, dry the film deposited on the surface of the grooves for
На фиг. 1 представлена схема реализации заявляемого способа. На фиг. 2 схематически изображен торец магнитного сердечника. Фиг. 1 и фиг. 2 служат для пояснения сущности изобретения.In FIG. 1 presents a diagram of the implementation of the proposed method. In FIG. 2 schematically shows the end face of a magnetic core. FIG. 1 and FIG. 2 serve to clarify the invention.
На фиг. 1 и 2 введены следующие обозначения:In FIG. 1 and 2, the following notation is introduced:
1 - магнитный сердечник; 2 - пазы; 3 - кожух; 4 - диэлектрические стойки; 5 - сосуд; 6 - электрофоретический состав; 7 - крышка; 8 - электрод; 9 - источник постоянного напряжения; 10 - изолятор, 11 - амперметр.1 - magnetic core; 2 - grooves; 3 - a casing; 4 - dielectric racks; 5 - vessel; 6 - electrophoretic composition; 7 - a cover; 8 - electrode; 9 - a constant voltage source; 10 - insulator, 11 - ammeter.
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Изоляция обмоток электрической машины является одним из наиболее важных ее элементов. Она должна обладать одновременно целым комплексом свойств: высокой теплопроводностью, теплостойкостью, нагревостойкостью, высокой электрической и механической прочностью, стойкостью к воздействию пропиточных составов, технологичностью. В наибольшей степени указанным выше требованиям удовлетворяет способ-прототип.The insulation of the windings of an electric machine is one of its most important elements. It should simultaneously have a whole range of properties: high thermal conductivity, heat resistance, heat resistance, high electrical and mechanical strength, resistance to the effects of impregnating compounds, manufacturability. To the greatest extent the above requirements are satisfied by the prototype method.
В способе-прототипе для устранения недостатков аналогов предлагается использовать электрофоретическое осаждение изоляционной пленки в пазы магнитного сердечника статоров с последующей запечкой этой пленки.In the prototype method, to eliminate the disadvantages of analogues, it is proposed to use electrophoretic deposition of the insulating film into the grooves of the magnetic core of the stators, followed by baking of this film.
Электроосаждение как метод получения лакокрасочных покрытий нашел промышленное применение примерно в середине 60-х годов. Быстрое распространение этого метода связано с целым рядом достоинств, из которых наиболее существенными являются:Electrodeposition as a method of obtaining coatings found industrial application around the mid-60s. The rapid spread of this method is associated with a number of advantages, of which the most significant are:
а) высокая равномерность получаемых покрытий по толщине и ее относительная независимость от конфигурации и габаритов изделия;a) high uniformity of the resulting coatings in thickness and its relative independence from the configuration and dimensions of the product;
б) более высокая коррозионная стойкость осаждаемых пленок по сравнению с пленками, полученными традиционным способом;b) higher corrosion resistance of the deposited films in comparison with films obtained in the traditional way;
с) высокая экономичность при достаточно большой производительности;c) high efficiency with a sufficiently large productivity;
д) возможность регулирования толщины пленок с помощью изменения плотности тока или потенциала;d) the ability to control the thickness of the films by changing the current density or potential;
е) быстрота роста покрытий;e) the growth rate of coatings;
ж) возможность автоматизации технологического процесса и проведение его при обычных условиях (комнатной температуре и нормальном давлении).g) the ability to automate the process and conduct it under ordinary conditions (room temperature and normal pressure).
Электрохимические полимерные покрытия - одно из направлений современного развития лакокрасочной технологии.Electrochemical polymer coatings are one of the areas of modern development of paint and varnish technology.
Практическое применение электрохимических полимерных покрытий сдерживается недостаточной изученностью процессов формирования пленки на подложке.The practical use of electrochemical polymer coatings is constrained by insufficient knowledge of the processes of film formation on the substrate.
Методика нанесения эмаль-изоляции состоит в следующем. В ванну с электрофоретическим составом погружается изделие, к которому подведен один из полюсов источника постоянного тока. Под действием постоянного электрического поля в среде с высокой диэлектрической проницаемостью осуществляется перенос ионов или ионизированных мицелл пленкообразователя в направлении приложенного поля (к изделию). Осаждение пленкообразующего материала начинается на острых кромках и выступах изделия, плотность заряда на которых наиболее высока. По мере увеличения осажденного слоя происходит перераспределение силовых линий поля и пленка равномерной толщины покрывает все изделие.The method of applying enamel insulation is as follows. An article is immersed in a bath with an electrophoretic composition, to which one of the poles of a direct current source is connected. Under the influence of a constant electric field in a medium with high dielectric constant, ions or ionized micelles of the film former are transferred in the direction of the applied field (to the product). The deposition of film-forming material begins on the sharp edges and protrusions of the product, the charge density on which is the highest. As the deposited layer increases, the field lines of the field are redistributed and a film of uniform thickness covers the entire product.
Выход осадка зависит от продолжительности электроосаждения и от количества поглощенного электричества и лимитируется электрическим сопротивлением полученного слоя. По мере нарастания толщины покрытия она вначале возрастает линейно от времени осаждения, затем при достижении некоторой критической толщины пленки, зависящей от свойств состава, происходит уменьшение плотности тока и снижение скорости электроосаждения. Поэтому электроосаждение можно рассматривать как процесс с саморегулирующимися значениями толщины и сплошности покрытий.The precipitate output depends on the duration of electrodeposition and on the amount of absorbed electricity and is limited by the electrical resistance of the resulting layer. As the thickness of the coating increases, it initially increases linearly with the deposition time, then, when a certain critical film thickness is reached, which depends on the composition properties, the current density decreases and the electrodeposition rate decreases. Therefore, electrodeposition can be considered as a process with self-regulating values of the thickness and continuity of coatings.
Полиион пленкообразующего в составе должен нести заряд, противоположный по знаку заряду изделия. В соответствии с этим различают электроосаждение на аноде, или анодное осаждение (анафорез), и электроосаждение на катоде, или катодное осаждение (катафорез).The film-forming polyion in the composition should carry a charge opposite in sign to the charge of the product. Accordingly, electrodeposition at the anode, or anode deposition (anaphoresis), and electrodeposition at the cathode, or cathode deposition (cataphoresis) are distinguished.
Основное достоинство электрофоретического эмалирования проводов по сравнению с традиционными методами эмалирования - возможность наложения равномерной изоляции необходимой толщины за один цикл, в том числе и на острых углах изделий, поскольку толщина наносимого покрытия легко регулируется изменением подаваемого на электроды напряжения и времени электроосаждения.The main advantage of electrophoretic enameling of wires in comparison with traditional enameling methods is the possibility of applying uniform insulation of the required thickness in one cycle, including at the sharp corners of products, since the thickness of the applied coating is easily controlled by changing the voltage and electrodeposition time applied to the electrodes.
Основными характеристиками электрофоретических систем являются: рассеивающая способность, условный выход по току, удельная электропроводность.The main characteristics of electrophoretic systems are: dissipating ability, conditional current output, electrical conductivity.
Под рассеивающей способностью понимают свойство лакокрасочного материала проникать в труднодоступные места изделий и образовывать равномерные по толщине покрытия. Рассеивающая способность зависит от режима электроосаждения и от состава материала (пленкообразующего, растворителя, электролита и др.).By scattering power is understood the property of a paint and varnish material to penetrate into inaccessible places of products and to form coatings uniform in thickness. The scattering ability depends on the electrodeposition mode and on the composition of the material (film-forming, solvent, electrolyte, etc.).
Условный выход по току показывает, сколько лакокрасочного материала осаждается на поверхности изделия при протекании определенного количества электричества. Этот показатель важен для оценки энергозатрат.The conditional current output shows how much paint material is deposited on the surface of the product when a certain amount of electricity flows. This indicator is important for estimating energy costs.
Удельная электропроводность - величина, показывающая способность лакокрасочного материала проводить электрический ток. Она зависит от природы пленкообразующего, рН (кислотности) и температуры состава. Поскольку единой теории электрофореза нет, то поиск составов, обладающих электрофоретическими свойствами, и отработка режимов электрофореза осуществляются экспериментально.Electrical conductivity is a value that shows the ability of a paint and varnish material to conduct electric current. It depends on the nature of the film-forming, pH (acidity) and temperature of the composition. Since there is no unified theory of electrophoresis, the search for compounds with electrophoretic properties and the development of electrophoresis are carried out experimentally.
Выявление оптимального компонентного соотношения в электрофоретическом составе осуществляли экспериментальным путем с применением теории планирования эксперимента. Было выявлено, что процесс электроосаждения эмаль-изоляции можно реализовать при следующих соотношениях компонентов электрофоретического состава, в мас.ч.:The determination of the optimal component ratio in the electrophoretic composition was carried out experimentally using the theory of experimental design. It was found that the process of electrodeposition of enamel insulation can be implemented with the following ratios of components of the electrophoretic composition, in parts by weight:
Электрофоретическое осаждение пленкообразующего происходит при всех указанных соотношениях компонентов. Выход концентрации компонентов электрофоретического состава за указанные диапазоны приводит к снижению качественных показателей эмаль-изоляции (рассеивающей способности лака, равномерности пленки, электрической и механической прочности и др.).The electrophoretic deposition of the film-forming occurs at all the indicated ratios of the components. The output of the concentration of the components of the electrophoretic composition beyond the indicated ranges leads to a decrease in the quality indicators of enamel insulation (dispersing ability of varnish, uniformity of the film, electrical and mechanical strength, etc.).
При указанном соотношении компонентов электрофоретического состава величина получаемой толщины электрофоретической пленки зависит от плотности тока электрофореза и времени проведения электроосаждения. Было установлено, что качественные пленки получаются в диапазоне плотностей тока от 2 мА/см2 до 10 мА/см2. При плотностях тока с величиной меньше 2 мА/см2 пленка становится рыхлой и качество эмаль-изоляции ухудшается. Увеличение плотностей тока за 10 мА/см2 приводит к повышенному растворению материала проволоки, к дефектообразованию в осажденной пленке, что также ухудшает качество эмаль-изоляции.With the indicated ratio of the components of the electrophoretic composition, the value of the obtained thickness of the electrophoretic film depends on the current density of the electrophoresis and the time of electrodeposition. It was found that the film quality obtained in the current density range of 2 mA / cm2 to 10 mA / cm 2. At current densities of less than 2 mA / cm 2, the film becomes loose and the quality of enamel insulation deteriorates. An increase in current densities over 10 mA / cm 2 leads to increased dissolution of the wire material, to defect formation in the deposited film, which also affects the quality of enamel insulation.
Время проведения электроосаждения пленкообразующего зависит от плотности тока и требуемой толщины пленки. Рассмотрим процесс нанесения эмаль-изоляции более подробно.The time of the electrodeposition of the film-forming depends on the current density and the required film thickness. Consider the process of applying enamel insulation in more detail.
Масса m пленкообразующего вещества, осевшая на металлическую основу, прямо пропорциональна прошедшему через электрофоретический состав заряду q: m=kq (1).The mass m of the film-forming substance deposited on a metal base is directly proportional to the charge q passing through the electrophoretic composition: m = kq (1).
В свою очередь q=J×t (2), где k - выход сухого остатка пленкообразующего по току, кг/А×с, ток электрофореза J, A; t - время электрофореза, с.In turn, q = J × t (2), where k is the output of the dry residue of the film-forming current, kg / A × s, the electrophoresis current J, A; t is the time of electrophoresis, s.
Подставив в формулу (1) выражение (2), получим: m=kJt (3).Substituting expression (2) into formula (1), we obtain: m = kJt (3).
Выразим ток J через произведение плотности тока j на площадь S части поверхности проволоки, погруженной в электрофоретический состав:We express the current J through the product of the current density j by the area S of the surface part of the wire immersed in the electrophoretic composition:
J=jS (4), где S - площадь магнитного сердечника, на которую осаждают пленку, м2.J = jS (4), where S is the area of the magnetic core onto which the film is deposited, m 2 .
Подставив выражение (4) в выражение (3), получим: m=kSjt (5).Substituting expression (4) into expression (3), we obtain: m = kSjt (5).
С другой стороны, массу m эмалевой пленки площади S магнитного сердечника можно определить по формуле: m=cV=cSd (6), где с - плотность эмали, кг/м3; d - толщина эмалевой изоляции, м, V - объем изоляционной пленки.On the other hand, the mass m enamel film area S of the magnetic core can be determined from the formula: m = cV = cSd (6), where - the enamel density, kg / m 3; d is the thickness of the enamel insulation, m, V is the volume of the insulating film.
Приравняв правые части выражений (4) и (6) друг к другу и преобразовав полученное выражение относительно времени электрофореза t, получим:Equating the right parts of expressions (4) and (6) to each other and transforming the resulting expression with respect to the time of electrophoresis t, we obtain:
Однако теплопроводность электрофоретических пленок, осаждаемых на поверхность пазов по способу-прототипу, низка и составляет величину λ=0,2 Вт/м×K. Низкая теплопроводность пазовой изоляции, роль которой в прототипе выполняет электоосажденная на поверхность пазов диэлектрическая пленка, создает высокое тепловое сопротивление на границе обмотка - магнитный сердечник, который, помимо прочего, выполняет роль радиатора, служащего для теплоотвода из обмотки. Высокое тепловое сопротивление корпусной изоляции приводит к тому, что в процессе эксплуатации электрической машины тепло из обмотки в магнитный сердечник статора и в окружающую среду отводится плохо, что вызывает повышенные температурные нагрузки на витковую изоляцию обмотки и, как следствие этого, приводит к возрастанию вероятности отказа обмотки, к снижению ее надежности и долговечности.However, the thermal conductivity of electrophoretic films deposited on the surface of the grooves according to the prototype method is low and amounts to λ = 0.2 W / m × K. The low thermal conductivity of the groove insulation, the role of which in the prototype is played by a dielectric film deposited on the groove surface of the grooves, creates a high thermal resistance at the boundary of the winding - the magnetic core, which, among other things, acts as a radiator for heat removal from the winding. The high thermal resistance of the housing insulation leads to the fact that during operation of the electric machine, heat from the winding to the stator magnetic core and to the environment is poorly removed, which causes increased temperature loads on the winding insulation of the winding and, as a result, increases the probability of winding failure , to reduce its reliability and durability.
Приготовление указанного электрофоретического состава осуществляют в лаковарочном аппарате, снабженном рубашкой для обогрева и дисковой мешалкой, в который загружают указанную выше смесь растворителей (ксиленол, сольвент), полибутилтитанат, диэтиленгликоль, смолу ТС-1 и белые нанотрубки из нитрида бора, разогревают содержимое до (100÷110)°С и производят постоянное перемешивание до полного растворения смолы в течение 1,2 ч.The preparation of the indicated electrophoretic composition is carried out in a lacquer apparatus equipped with a heating jacket and a disk stirrer, into which the above mixture of solvents (xylenol, solvent), polybutyl titanate, diethylene glycol, TC-1 resin and white boron nitride nanotubes are heated, the contents are heated to 100 ( ÷ 110) ° C and produce constant stirring until the resin is completely dissolved within 1.2 hours
Выбор диапазона температур 100÷110°С разогрева указанной выше смеси обусловлен следующими соображениями. С одной стороны, чем выше температура, тем более интенсивно и равномерно по объему происходит растворение и разбавление смолы ТС-1 и распределение нанотрубок из титаната бария. С другой стороны, температуру нельзя повышать выше температуры кипения входящих в состав компонентов. Значения температуры кипения входящих в состав компонентов следующие: у ксилола - 138,3÷144,4°С; у сольвента 120÷190°С; у этиленгликоля 245°С. Поэтому диапазон разогрева смеси, равный 100÷110°С, с одной стороны, достаточно высок, а с другой - он ниже температуры кипения входящих в состав компонентов. Непрерывное помешивание состава в течение 1+1,5 ч установлено эмпирически и необходимо для равномерного распределения компонентов состава по объему.The choice of the temperature range 100 ÷ 110 ° C for heating the above mixture is due to the following considerations. On the one hand, the higher the temperature, the more intensively and uniformly in volume the dissolution and dilution of TS-1 resin and the distribution of barium titanate nanotubes occur. On the other hand, the temperature cannot be raised above the boiling point of the constituent components. The boiling points of the constituent components are as follows: for xylene - 138.3 ÷ 144.4 ° C; solvent 120 ÷ 190 ° C; ethylene glycol has 245 ° C. Therefore, the range of heating the mixture, equal to 100 ÷ 110 ° C, on the one hand, is quite high, and on the other hand, it is lower than the boiling point of the constituents. Continuous stirring of the composition for 1 + 1.5 hours was established empirically and is necessary for the uniform distribution of the components of the composition throughout the volume.
По истечении указанного времени остужают приготовленную смесь до (40÷50)°С, добавляют в нее диоксан, 1%-ный нашатырный спирт, продолжая перемешивание полученной смеси в течение 0,5÷1,0 ч, после чего фильтруют полученный электрофоретический состав и переливают в эмаль-агрегат.After the specified time, the prepared mixture is cooled to (40 ÷ 50) ° C, dioxane, 1% ammonia is added to it, while stirring the resulting mixture for 0.5 ÷ 1.0 h, after which the resulting electrophoretic composition is filtered and pour into the enamel aggregate.
Остужение указанной выше смеси до температуры 40°С÷50°С обусловлено тем, что температура кипения диоксана равна 101,4°С, нашатырного спирта - (78,15÷78,39)°С. Именно эти 2 компонента придают составу электрофоретические свойства и от точности их дозировки зависят режимы осаждения пленок и их качество. Поэтому диапазон температур выбран из условия исключения вскипания указанных компонентов и их интенсивного испарения в процессе перемешивания состава. Эмпирически установлено, что диапазон 40°С÷50°С и время 0,5÷1,0 ч является оптимальным, обеспечивающим получение качественного электрофоретического состава.The above mixture is cooled to a temperature of 40 ° C to 50 ° C due to the fact that the boiling point of dioxane is 101.4 ° C, of ammonia - (78.15 ÷ 78.39) ° C. It is these 2 components that give the composition electrophoretic properties and the deposition modes of the films and their quality depend on the accuracy of their dosage. Therefore, the temperature range is selected from the condition of eliminating the boiling of these components and their intensive evaporation during mixing of the composition. It is empirically established that a range of 40 ° C to 50 ° C and a time of 0.5 ÷ 1.0 h is optimal, providing a high-quality electrophoretic composition.
Выбор диапазона объемного содержания в составе наполнителя из белых нанотрубок нитрида бора был обусловлен следующими соображениями. При концентрации белых нанотрубок нитрида бора ниже, чем 10 мас.ч., снижается теплопроводность электрофоретически осажденных пленок, а при концентрациях выше 12 об. % резко снижается рассеивающая способность электрофоретического состава. Для обоснования выбора указанного диапазона концентрации нанотрубок из нитрида бора были проведены эксперименты. Сущность этих экспериментов заключалась в следующем. Две пластины из стали марки 2013, которая применяется для изготовления магнитных сердечников статоров электродвигателей, толщина которых была равна 1 мм, а размеры 15×50 мм, устанавливались плоскостями параллельно друг другу на расстоянии 20 мм и закреплялись в диэлектрической крышке и к ним подключалось постоянное напряжение. После этого пластины погружались в сосуд, наполненный электрофоретическим составом, указанным выше. Компонентное содержание состава и их количественное содержание в составе оставалось неизменным, а изменялось лишь массовая часть нанотрубок из титаната бария.The choice of the range of volumetric contents in the composition of the filler of white nanotubes of boron nitride was due to the following considerations. When the concentration of white nanotubes of boron nitride is lower than 10 parts by weight, the thermal conductivity of electrophoretically deposited films decreases, and at concentrations above 12 vol. % dramatically decreases the scattering ability of the electrophoretic composition. To substantiate the choice of the indicated concentration range of boron nitride nanotubes, experiments were performed. The essence of these experiments was as follows. Two plates made of steel grade 2013, which is used for the manufacture of magnetic cores of electric motor stators, the thickness of which was 1 mm and dimensions 15 × 50 mm, were installed by planes parallel to each other at a distance of 20 mm and fixed in a dielectric cover and a constant voltage was connected to them . After this, the plates were immersed in a vessel filled with the electrophoretic composition indicated above. The component content of the composition and their quantitative content in the composition remained unchanged, and only the mass part of the barium titanate nanotubes changed.
В состав всыпали порошок нанотрубок из нитрида бора, и от опыта к опыту последовательно увеличивали его концентрацию от 1 до 14 мас.ч. После введения в электрофоретический состав белых нанотрубок из нитрида бора состав тщательно перемешивали для равномерного распределения порошка нанотрубок по объему электрофоретического состава. Осаждение пленок на пластину-анод осуществляли при плотности тока j=6 мА/см2 в течение одинакового времени равного t=150 с. При каждой фиксированной концентрации белых нанотрубок в электрофоретическом составе осаждение вели не менее чем на 4 образцах пластин. После электрофоретического осаждения пленок их извлекали из электрофоретического состава и подвергали термообработке: осаждение пленок на пластину-анод осуществляли при плотности тока j=6 мА/см2 в течение одинакового времени, равного t=l50 с. При каждой фиксированной концентрации белых нанотрубок в электрофоретическом составе осаждение вели не менее чем на 4 образцах пластин. После электрофоретического осаждения пленок их извлекали из электрофоретического состава и подвергали термообработке: две из 4 пластин сушили, как в прототипе, в течение (4÷5) мин при температуре (380÷390)°С, а две других - по заявляемому способу в вакуумном термошкафу, где создавали разрежение (30÷40) Торр и при температуре (40÷50)°С сушили осажденную на поверхность пластин пленку в течение 3÷5 мин. Затем повышали температуру в термошкафу до (380÷390)°С и запекали диэлектрическую пленку в течение 2-3 мин. Исследования теплопроводности электрофоретически осажденных пленок проводили на приборе LFA447 при температуре 25°С. Экспериментально определяемой характеристикой тепловых свойств пленок являлась их температуропроводность, используя которую определяли теплопроводность пленок. Измерение температуропроводности было основано на методе вспышки. Данный метод удовлетворял требованиям ГОСТ 8.140.-82 и ГОСТ 8.141-75. Высохшие пленки подвергались пробою постоянным напряжением, при использовании универсальной пробивной установки УПУ-10. Пробой осуществляли путем подвода 5 мм шарика-электрода к пленке и подачи на него напряжения от УПУ-10. При этом пластина, на которую была осаждена пленка, заземлялась. Поскольку электрофоретическая пленка осаждалась на обе стороны анода (со стороны, повернутой к катоду и с обратной стороны), то определялось среднее пробивное напряжение с каждой стороны анода. Среднее пробивное напряжение определялось по результатам пробоя пленки, не менее чем в 5 точках осажденной пленки с каждой стороны анодной пластины. Рассеивающую способность электрофоретического состава оценивали по отношению среднего пробивного напряжения пленки, определенного с обратной стороны пластины, к среднему напряжению пробивного напряжения пленки со стороны, обращенной к катоду. Рассеивающая способность тем лучше, чем ближе к 1 отношение указанных средних значений пробивных напряжений.Powder of boron nitride nanotubes was poured into the composition, and from experiment to experiment, its concentration was successively increased from 1 to 14 parts by weight. After the introduction of white nanotubes of boron nitride into the electrophoretic composition, the composition was thoroughly mixed to uniformly distribute the nanotube powder over the volume of the electrophoretic composition. The films were deposited onto the anode plate at a current density of j = 6 mA / cm 2 for the same time t = 150 s. For each fixed concentration of white nanotubes in the electrophoretic composition, deposition was performed on at least 4 wafer samples. After electrophoretic deposition of the films, they were removed from the electrophoretic composition and subjected to heat treatment: the films were deposited on the anode plate at a current density j = 6 mA / cm 2 for the same time equal to t = l50 s. For each fixed concentration of white nanotubes in the electrophoretic composition, deposition was performed on at least 4 wafer samples. After electrophoretic deposition of the films, they were removed from the electrophoretic composition and subjected to heat treatment: two of the 4 plates were dried, as in the prototype, for (4 ÷ 5) minutes at a temperature of (380 ÷ 390) ° С, and the other two, according to the claimed method, in a vacuum in a heating cabinet where a vacuum of (30 ÷ 40) Torr was created, and at a temperature of (40 ÷ 50) ° С, the film deposited on the surface of the plates was dried for 3 ÷ 5 min. Then, the temperature in the oven was raised to (380 ÷ 390) ° C and the dielectric film was baked for 2-3 minutes. Investigations of the thermal conductivity of electrophoretically deposited films were carried out on an LFA447 instrument at a temperature of 25 ° C. The experimentally determined characteristic of the thermal properties of the films was their thermal diffusivity, using which the thermal conductivity of the films was determined. The thermal diffusivity measurement was based on the flash method. This method met the requirements of GOST 8.140.-82 and GOST 8.141-75. The dried films were subjected to breakdown by a constant voltage when using the universal punching unit UPU-10. The breakdown was carried out by supplying a 5 mm ball electrode to the film and applying voltage from UPU-10 to it. In this case, the plate on which the film was deposited was grounded. Since the electrophoretic film was deposited on both sides of the anode (from the side turned to the cathode and from the reverse side), the average breakdown voltage on each side of the anode was determined. The average breakdown voltage was determined by the breakdown of the film, at least 5 points of the deposited film on each side of the anode plate. The dissipation ability of the electrophoretic composition was evaluated by the ratio of the average breakdown voltage of the film, determined from the back side of the plate, to the average voltage of the breakdown voltage of the film from the side facing the cathode. The scattering power is better, the closer to 1 the ratio of the indicated average values of the breakdown voltage.
Исследования показали, что при увеличении объемного содержания в электрофоретическом составе нанотрубок из нитрида бора теплопроводность до концентраций 7% растет практически прямо пропорционально увеличению концентрации нанотрубок. Теплопроводность пленок увеличивается пропорционально концентрации и при превышении последней 7%, но угол наклона указанной зависимости становится намного меньше.Studies have shown that with an increase in the volume content in the electrophoretic composition of boron nitride nanotubes, the thermal conductivity up to concentrations of 7% grows almost directly proportional to the increase in the concentration of nanotubes. The thermal conductivity of the films increases in proportion to the concentration and when the last 7% is exceeded, but the inclination angle of this dependence becomes much smaller.
В таблице 1 приведены некоторые экспериментальные результаты, позволяющие обосновать выбранные в заявляемом способе диапазоны величин и показать преимущества заявляемого способа по сравнению со способом-прототипом. Исследования показали, что при увеличении объемного содержания в электрофоретическом составе нанотрубок из нитрида бора теплопроводность до концентраций 10 мас.ч. растет практически прямо пропорционально увеличению концентрации нанотрубок. Теплопроводность пленок увеличивается пропорционально концентрации и при превышении последней 10 мас.ч., но угол наклона указанной зависимости становится намного меньше.Table 1 shows some experimental results that make it possible to justify the ranges of values selected in the claimed method and show the advantages of the proposed method compared to the prototype method. Studies have shown that with an increase in the volume content in the electrophoretic composition of boron nitride nanotubes, the thermal conductivity is up to concentrations of 10 parts by weight. grows almost directly proportional to the increase in the concentration of nanotubes. The thermal conductivity of the films increases in proportion to the concentration and when the last 10 parts by weight are exceeded, but the angle of inclination of this dependence becomes much smaller.
В таблице 1 приведены некоторые экспериментальные результаты, позволяющие обосновать выбранные в заявляемом способе диапазоны величин и показать преимущества заявляемого способа по сравнению со способом-прототипом.Table 1 shows some experimental results that make it possible to justify the ranges of values selected in the claimed method and show the advantages of the proposed method compared to the prototype method.
Как следует из таблицы 1, теплопроводность пленок при добавлении в них нанотрубок из нитрида бора возрастает при увеличении концентрации трубок в составе. По сравнению с прототипом теплопроводность пленок в заявляемом способе в среднем в 2÷2,6 раза выше. Среднее пробивное напряжение пленок, полученных по способу-прототипу, в среднем на 20% ниже, чем пробивное напряжение пленок аналогичной толщины, но полученных по заявляемому способу. При увеличении концентрации нанотрубок за 12 мас.ч снижается рассеивающая способность состава. В частности, при концентрации в электрофоретическом составе нанотрубок из нитрида бора равной 14 вес.ч. среднее пробивное напряжение с обратной стороны анода (не повернутой к катоду) становится ниже, чем среднее пробивное напряжение пленки, осажденной на сторону анода, повернутую к катоду, ниже на 30% (рассеивающая способность 0,7). При увеличении массовых частей нанотрубок за 14 рассеивающая способность электрофоретического состава снижается. Снижение рассеивающей способности приводит к тому, что пленка, осажденная в разные участки проводов, будет иметь неоднородные электроизоляционные свойства, что существенно снижает надежность изоляции обмоток.As follows from table 1, the thermal conductivity of the films with the addition of boron nitride nanotubes in them increases with an increase in the concentration of tubes in the composition. Compared with the prototype, the thermal conductivity of the films in the claimed method is on average 2 ÷ 2.6 times higher. The average breakdown voltage of the films obtained by the prototype method is on average 20% lower than the breakdown voltage of films of a similar thickness, but obtained by the claimed method. With an increase in the concentration of nanotubes for 12 wt.h, the scattering ability of the composition decreases. In particular, at a concentration in the electrophoretic composition of boron nitride nanotubes equal to 14 parts by weight the average breakdown voltage on the reverse side of the anode (not turned to the cathode) becomes lower than the average breakdown voltage of the film deposited on the side of the anode turned to the cathode, lower by 30% (dissipation capacity of 0.7). With an increase in the mass parts of nanotubes over 14, the scattering power of the electrophoretic composition decreases. The decrease in scattering power leads to the fact that the film deposited in different sections of the wires will have inhomogeneous electrical insulation properties, which significantly reduces the reliability of the insulation of the windings.
Создание разрежения в термошкафу на первом этапе сушки электрофоретических пленок, осажденных на поверхность пазов, обусловлено следующими причинами.The creation of rarefaction in a heating cabinet at the first stage of drying electrophoretic films deposited on the surface of the grooves is due to the following reasons.
Запекание осажденных электрофоретическим путем пленок в способе-прототипе осуществляется при температуре (380÷390)°С и приводит к вскипанию и интенсивному испарению из осажденных пленок растворителя и иных жидких фракций, что вызывает нарушение монолитности пленок и приводит к образованию в них многочисленных дефектов. Чтобы этого не происходило, в заявляемом способе сушку пленок проводят в два этапа. На первом этапе в термошкафу создают разряжение и термообработку пленок производят при относительно низких температурах.The baking of the films deposited by electrophoretic method in the prototype method is carried out at a temperature of (380 ÷ 390) ° C and leads to boiling and intensive evaporation of the solvent and other liquid fractions from the deposited films, which causes a violation of the monolithicity of the films and leads to the formation of numerous defects in them. To avoid this, in the inventive method, the drying of the films is carried out in two stages. At the first stage, a vacuum is created in the heating cabinet and the films are heat treated at relatively low temperatures.
Известно, что чем ниже величина разрежения, тем меньше температура вскипания жидкости. Например, при разрежении 10 Торр вода закипает при 18°С. При разрежении в 50 Торр вода начинает кипеть при сравнительно низкой температуре, равной 30°С. Растворитель, поскольку его температура кипения на (20÷40)°С выше температуры кипения воды, при разрежении (40÷50) Торр начинает кипеть при температуре (40÷50)°С. Получение разрежения в (40÷50) Торр достаточно просто осуществляется относительно дешевыми форвакуумными насосами. Достаточно низкая температура кипения растворителя (диоксана) при давлении в (40÷50) Торр дает возможность получения указанного разрежения более дешевыми форвакуумными насосами. Поэтому первый этап сушки требует поднять температуру в термошкафу только до (40÷50)°С. При разрежении (40÷50) Торр и указанной выше температуре испаритель улетучивается из обмотки в несколько раз интенсивнее, чем при нормальном давлении и температуре. Поэтому первый этап сушки в заявляемом способе потребует в 4÷5 раз меньше энергозатрат, чем если бы указанный этап производили при нормальном давлении и температуре.It is known that the lower the vacuum, the lower the boiling point of the liquid. For example, at a vacuum of 10 Torr, water boils at 18 ° C. With a vacuum of 50 Torr, the water begins to boil at a relatively low temperature of 30 ° C. The solvent, since its boiling point is (20–40) ° С higher than the boiling point of water, when rarefied (40–50) Torr begins to boil at a temperature of (40–50) ° С. Obtaining a vacuum in (40 ÷ 50) Torr is quite simply carried out by relatively cheap fore-vacuum pumps. A sufficiently low boiling point of the solvent (dioxane) at a pressure of (40 ÷ 50) Torr makes it possible to obtain the specified vacuum with cheaper fore-vacuum pumps. Therefore, the first stage of drying requires raising the temperature in the oven only to (40 ÷ 50) ° С. With a rarefaction (40 ÷ 50) Torr and the temperature indicated above, the evaporator evaporates from the winding several times more intensively than at normal pressure and temperature. Therefore, the first stage of drying in the claimed method will require 4 ÷ 5 times less energy than if this stage was carried out at normal pressure and temperature.
Полное удаление растворителя из осажденных на поверхность пазов диэлектрических пленок при температуре (40÷50)°С и разрежение в (40÷50) Торр происходит в течение 3-5 мин. По истечении этого времени температуру в печи поднимают до 380÷390°С и проводят окончательную сушку в течении 2-3 мин.The complete removal of the solvent from the dielectric films deposited on the surface of the grooves at a temperature of (40 ÷ 50) ° С and rarefaction at (40 ÷ 50) Torr occurs within 3-5 minutes. After this time, the temperature in the furnace is raised to 380 ÷ 390 ° C and the final drying is carried out for 2-3 minutes.
Пример конкретного выполненияConcrete example
По заявляемому способу производили изолировку пазов магнитного сердечника статора АИР71 В8, по номинальной мощности Рн=0,25 кВт. Число полюсов 2р=8.According to the claimed method, the grooves of the stator magnetic core were AIRI B8 insulated, at rated power Рн = 0.25 kW. The number of poles 2p = 8.
Технические данные двигателя приведены ниже:Engine specifications are given below:
Размеры сердечника статора: а) наружный диаметр, Da=116,00 мм; б) внутренний диаметр, Di=78,00 мм; в) длина, L1=80,00 мм; г) число зубцов (пазов), Z1=36;Dimensions of the stator core: a) outer diameter, Da = 116.00 mm; b) inner diameter, Di = 78.00 mm; c) length, L1 = 80.00 mm; g) the number of teeth (grooves), Z1 = 36;
Паз статора: а) паз полуовальный; б) полная высота паза, h=12,40 мм; в) меньшая ширина паза, В1=4,00 мм; г) большая ширина паза, В2=5,40 мм; д) ширина шлица, m=1,90 мм; е) высота шлица, 1=0,60 ммStator groove: a) semi-oval groove; b) the total height of the groove, h = 12.40 mm; c) a smaller groove width, B1 = 4.00 mm; d) a large groove width, B2 = 5.40 mm; e) slot width, m = 1.90 mm; e) slot height, 1 = 0.60 mm
Обмоточные данные: число эффективных проводников в пазу, Sп=133; число элементарных проводников в одном эффективном, Nэл=1; число параллельных ветвей, а=1; диаметр голого провода, Dгол=0,40 мм; диаметр изолированного провода, Dиз=0,45 мм; марка провода - ПЭТВ-2 или ПЭТВ-М; класс изоляции - ″В″.Winding data: the number of effective conductors in the groove, Sp = 133; the number of elementary conductors in one effective, Nel = 1; the number of parallel branches, a = 1; the diameter of the bare wire, Dhol = 0.40 mm; the diameter of the insulated wire, Diz = 0.45 mm; wire grade - PETV-2 or PETV-M; isolation class is ″ B ″.
Размеры и материалы изоляции и выводов:Dimensions and materials of insulation and conclusions:
КОРОБКА ПАЗОВАЯ: Лавитерм (заменитель - Синтофлекс 515 или пленка полиэтилентерефталатная ПЭТ-Э), толщина dиз=0,25 мм.Groove box: Laviterm (substitute - Syntoflex 515 or PET-E polyethylene terephthalate film), thickness d of = 0.25 mm.
КРЫШКА-КЛИН: те же материалы S=0,35 мм.COVER-WEDGE: the same materials S = 0.35 mm.
Вид обмотки - однослойная с дробным ″q″. Коэффициент заполнения паза, Кз=0,65.The type of winding is single-layer with a fractional ″ q ″. The fill factor of the groove, KZ = 0.65.
Всю поверхность магнитного сердечника, за исключением пазов (фиг. 1 и фиг. 2, позиция 2), закрывали герметическим диэлектрическим кожухом (фиг. 1и фиг. 2 позиция 3), выполненным из маслостойкой резины «Эластосил R 502/80».The entire surface of the magnetic core, with the exception of the grooves (Fig. 1 and Fig. 2, position 2), was closed with a sealed dielectric casing (Fig. 1 and Fig. 2 position 3) made of the oil-resistant rubber "Elastosil R 502/80".
Устанавливали торцевой частью магнитный сердечник 1 с герметическим диэлектрическим кожухом 3 на диэлектрические стойки 4 на дно сосуда 5 (фиг. 1), выполненного из нержавеющей стали. Размещали магнитный сердечник 1 с герметическим диэлектрическим кожухом 3 в сосуд 5 (фиг. 1), выполненный из нержавеющей стали, в который заливали электрофоретический состав 6, состоящий из следующих компонентов, в мас. ч.:A
К торцам магнитного сердечника подводили два электрода: стальной электрод 8, закрепленный в крышке 7, и второй электрод, которым служило дно сосуда 5.Two electrodes were brought to the ends of the magnetic core: a steel electrode 8, mounted in the lid 7, and a second electrode, which served as the bottom of the vessel 5.
Расстояние δ от торцов магнитного сердечника до электрода 8 и дна сосуда 5 выбирали в диапазоне 10-20 мм. Выбор этого диапазона расстояний обусловлен следующими причинами. При расстояние δ от торцов магнитного сердечника до электродов меньшим, чем 10 мм, резко снижается рассеивающая способность состава, что ухудшает качество изоляционной пленки в пазах магнитного сердечника. При расстояние δ от торцов магнитного сердечника до электродов большим, чем 20 мм, увеличиваются энергетические затраты, необходимые для реализации заявляемого способа, так как с увеличением расстояния возрастает сопротивление электрофоретического состава между электродами и магнитным сердечником, и для обеспечения в зазоре заданной плотности электрофореза требуется тем большее напряжение, чем выше заданная плотность электрофореза. Нами было выбрано расстояние δ=15 мм.The distance δ from the ends of the magnetic core to the electrode 8 and the bottom of the vessel 5 was selected in the range of 10–20 mm. The choice of this range of distances is due to the following reasons. When the distance δ from the ends of the magnetic core to the electrodes is less than 10 mm, the scattering ability of the composition sharply decreases, which affects the quality of the insulating film in the grooves of the magnetic core. When the distance δ from the ends of the magnetic core to the electrodes is greater than 20 mm, the energy costs necessary to implement the proposed method increase, since with increasing distance the resistance of the electrophoretic composition between the electrodes and the magnetic core increases, and in order to ensure a given electrophoresis density in the gap, greater voltage, the higher the specified density of electrophoresis. We have chosen the distance δ = 15 mm.
Закрывали сосуд 5 стальной крышкой 7 с плоским стальным электродом 8. Вторым электродом служило дно сосуда 5,. подводят к торцам магнитного сердечника два электрода, выдерживая расстояние δ в 10-20 мм от торца магнитного сердечника.The vessel 5 was closed with a steel cover 7 with a flat steel electrode 8. The bottom of the vessel 5 served as the second electrode. two electrodes are brought to the ends of the magnetic core, maintaining a distance δ of 10-20 mm from the end of the magnetic core.
Подавали на магнитный сердечник 1 положительный потенциал от источника постоянного напряжения 9 через изолятор 10, а на электрод и сосуд 5, дно которого служило вторым электродом, подавали отрицательный потенциал от упомянутого источника постоянного напряжения, и при плотности тока j=6 мА/см2 проводили электрофоретическое осаждение пленкообразующего вещества в пазы магнитного сердечника 1 статора. Для того чтобы обеспечить плотность тока электрофореза j=6 мА/см2, поступали следующим образом. Исходя из размеров магнитного сердечника статора электродвигателя АИР71 В8, рассчитывали площадь одного паза S1: A positive potential was applied to
S1=П×L1, где П - периметр паза;S 1 = P × L 1 , where P is the perimeter of the groove;
П=π×В2/2+2(h-В2/2)+(B1-m)+1=3,14×2,7+2(12,4-2,7)+2,1+0,6=30,578 мм=3,0578 см;P = π × B 2/2 + 2 (h-B 2/2) + (B 1 -m) + 1 = 3,14 × 2,7 + 2 (12,4-2,7) 2.1 + 0.6 = 30.578 mm = 3.0578 cm;
S1=П×L1=3,0578×8=24,4624 см2.S 1 = P × L 1 = 3.0578 × 8 = 24.4624 cm 2 .
Общая площадь всех n=36 пазов будет равна:The total area of all n = 36 grooves will be equal to:
S=n×S1=880,6 см2.S = n × S 1 = 880.6 cm 2 .
Общий ток электрофореза, необходимый для реализации электроосаждения в пазы, равен I=j×S=6×880,6=5283,6 мА≈5,3 А.The total electrophoresis current necessary for the implementation of electrodeposition into grooves is I = j × S = 6 × 880.6 = 5283.6 mA ≈ 5.3 A.
При подключении источника постоянного напряжения 9 между магнитным сердечником 1 электродом 8 и корпусом сосуда 5 измеряли амперметром 11 ток электрофореза I, и напряжение на источнике постоянного напряжения изменяли до тех пор, пока ток электрофореза I не принимал значения 5, 3 А. Значение I=5, 3 А свидетельствовало о том, что плотность тока электрофореза j=6 мА/см2=6×10-3×104=60 А/м2.When connecting a
Процесс электрофоретического осаждения изоляционной пленки на поверхность пазов производили в течение времени t, которое рассчитывали из выражения:The process of electrophoretic deposition of an insulating film on the surface of the grooves was performed for a time t, which was calculated from the expression:
Толщину изоляционной пленки d задавали исходя из среднестатистического пробивного напряжения пленки полиэтилентерефталатной ПЭТ-Э, толщиной dиз=0,25 мм, используемой при типовой технологии изготовления пазовой изоляции, которое оказалось равным 4,5 кВ. Для того чтобы изготавливаемая нами пазовая изоляции не уступала по уровню пробивного напряжения типовой пазовой изоляции магнитного сердечника статора АИР71 В8, мы задавались пробивным напряжением, равным 6 кВ. Такое пробивное напряжение имела осаждаемая нами при помощи электрофореза пленка толщиной d=30 мкм=30×10-6 м. Исходя из заданной толщины эмаль-изоляции 30×10-6 м, плотности эмали с=2,5×103 кг/м3, выхода сухого остатка по току k=8,33×10-6 кг/м2, плотности тока j=6 мА/см2=6×10-3×104=60 А/м2 определяли время t электрофореза:The thickness of the insulating film d was set based on the average breakdown voltage of the polyethylene terephthalate PET-E film, thickness d of = 0.25 mm, used in a typical technology for manufacturing slot insulation, which turned out to be 4.5 kV. In order for the groove insulation made by us not to be inferior in terms of the breakdown voltage to the typical groove insulation of the AIR71 V8 stator magnetic core, we set the breakdown voltage to 6 kV. Such a breakdown voltage had a film deposited by electrophoresis with a thickness of d = 30 μm = 30 × 10 -6 m. Based on a given thickness of enamel insulation 30 × 10 -6 m, enamel density c = 2.5 × 10 3 kg / m 3, the output current dryness k = 8.33 × 10 -6 kg / m 2, the current density j = 6 mA / cm 2 = 6 × 10 -3 × April 10 = 60 A / m 2 was determined time t electrophoresis:
После осаждения пленок на поверхность пазов магнитный сердечник извлекали из электрофоретического состава, освобождали его от герметичного диэлектрического кожуха, помещали магнитные сердечники в вакуумный термошкаф, создавали в нем разрежение 35 Торр и при температуре 45°С сушили осажденную на поверхность пазов пленку в течение 4 мин, затем повышали температуру в термошкафу до 385°С и запекали диэлектрическую пленку в течение 2,5 мин. Испытания пленки пазовой изоляции показали, что ее свойства и качественные характеристики практически не отличаются от характеристик пленок, нанесенных на стальные пластины, значения которых представлены в таблице 1.After the films were deposited on the grooves surface, the magnetic core was removed from the electrophoretic composition, it was released from the sealed dielectric casing, the magnetic cores were placed in a vacuum oven, a vacuum of 35 Torr was created in it, and the film deposited on the grooves surface was dried for 4 min at 45 ° C. then the temperature in the oven was raised to 385 ° C and the dielectric film was baked for 2.5 minutes. Tests of the grooved insulation film showed that its properties and qualitative characteristics practically do not differ from the characteristics of films deposited on steel plates, the values of which are presented in table 1.
Как следует из таблицы 1, изолировка пазов магнитных сердечников статоров электродвигателя АИР71 В8 по заявляемому способу по сравнению с прототипом позволила повысить теплопроводность пленок в среднем в 2÷2,6 раза, а среднее пробивное напряжение на 20%.As follows from table 1, the isolation of the grooves of the magnetic cores of the stators of the AIR71 V8 electric motor according to the claimed method compared to the prototype allowed to increase the thermal conductivity of the films by an average of 2 ÷ 2.6 times, and the average breakdown voltage by 20%.
Список используемой литературы:Bibliography:
1. http://energo.ucoz.ua/publ/25-l-0-19.11. http://energo.ucoz.ua/publ/25-l-0-19.1
2. http://www.oifn.ru/notation/proizvodstvo/35/.2.http: //www.oifn.ru/notation/proizvodstvo/35/.
3. Патент РФ№2532541. Способ изолировки пазов магнитных сердечников статоров электродвигателей // Г.В. Смирнов, Смирнов Д.Г. Опубликовано: 20.05.2014 Бюл. №14 - (Прототип).3. RF patent No. 2532541. The method of isolating the grooves of the magnetic cores of the stators of electric motors // G.V. Smirnov, Smirnov D.G. Published: 05/20/2014 Bull. No. 14 - (Prototype).
4. http://postnauka.ru/faq/39530.4.http: //postnauka.ru/faq/39530.
5. http://scientific.ru/journal/news/n291101b.html.5. http://scientific.ru/journal/news/n291101b.html.
Claims (1)
причем предварительно осуществляют приготовление указанного электрофоретического состава в лаковарочном аппарате, снабженном рубашкой для обогрева и дисковой мешалкой, в который загружают указанную выше смесь растворителей (ксиленол, сольвент), полибутилтитанат, диэтиленгликоль, смолу ТС-1 и белые нанотрубки из нитрида бора, разогревают содержимое до 100÷110°C и производят постоянное перемешивание до полного растворения смолы в течение 1÷1,5 ч, остужают приготовленную смесь до 40÷50°C, добавляют в нее диоксан, 1%-ный нашатырный спирт, продолжая перемешивание полученной смеси в течение 0,5÷1,0 ч, после чего фильтруют полученный электрофоретический состав и переливают в эмаль-агрегат и в указанном составе проводят анафоретическое осаждение диэлектрической пленки на поверхность пазов, после чего магнитный сердечник извлекают из электрофоретического состава, освобождают его от герметичного диэлектрического кожуха, помещают магнитные сердечники в вакуумный термошкаф, создают в нем разрежение 30÷40 Торр и при температуре 40÷50°C сушат осажденную на поверхность пазов пленку в течение 3÷5 мин, затем повышают температуру в термошкафу до 380÷390°C и запекают диэлектрическую пленку в течение 2-3 мин. A method of isolating the grooves of the magnetic cores of the stators of electric motors, namely, that the entire surface of the magnetic core, with the exception of the grooves, is closed with a hermetic dielectric casing made of an elastic, aggressively resistant material, a magnetic core with said casing is placed in a vessel into which the electrophoretic composition is filled, close the vessel with a lid, bring two electrodes to the ends of the magnetic core, maintaining a distance of 10-20 mm from the end of the magnetic core, and feed the first core is a positive potential from a DC voltage source, and electrodes on the negative potential supplied from said DC voltage source, and at current densities lying in the range of 2-10 mA / cm 2 conducted electrophoretic deposition of a film-forming substance in the course of time, determined from the expression
moreover, the said electrophoretic composition is preliminarily prepared in a lacquer apparatus equipped with a heating jacket and a disk mixer, into which the above mixture of solvents (xylenol, solvent), polybutyl titanate, diethylene glycol, TC-1 resin and white boron nitride nanotubes are heated, the contents are heated to 100 ÷ 110 ° C and produce constant stirring until the resin is completely dissolved within 1 ÷ 1.5 h, cool the prepared mixture to 40 ÷ 50 ° C, add dioxane, 1% ammonia in it, continuing I mix the resulting mixture for 0.5 ÷ 1.0 h, after which the resulting electrophoretic composition is filtered and poured into an enamel aggregate and anaphoretic deposition of the dielectric film on the groove surface is carried out in the specified composition, after which the magnetic core is removed from the electrophoretic composition, released it from a sealed dielectric casing, place the magnetic cores in a vacuum oven, create a vacuum of 30 ÷ 40 Torr in it and dry the film deposited on the surface of the grooves at a temperature of 40 ÷ 50 ° C for 3 ÷ 5 min, then increase the temperature in the oven to 380 ÷ 390 ° C and bake the dielectric film for 2-3 minutes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015124590/07A RU2593601C1 (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | Method for insulation of slots of magnetic cores of stators of electric motors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015124590/07A RU2593601C1 (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | Method for insulation of slots of magnetic cores of stators of electric motors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2593601C1 true RU2593601C1 (en) | 2016-08-10 |
Family
ID=56612857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015124590/07A RU2593601C1 (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | Method for insulation of slots of magnetic cores of stators of electric motors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2593601C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110138122A (en) * | 2019-06-27 | 2019-08-16 | 常州市运控电子有限公司 | A kind of acid-resistance etchant gas stepper motor |
| US10491071B2 (en) | 2017-02-16 | 2019-11-26 | General Electric Company | Method of manufacturing an electric machine with a conformal stator coating |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU182218A1 (en) * | 1965-01-23 | 1966-05-25 | Московский электромеханический завод имени Владимира Ильича | improved insulation of magnetic cores |
| SU936045A1 (en) * | 1980-10-02 | 1982-06-15 | Предприятие П/Я Г-4152 | Method of isolating electric components |
| SU1129703A1 (en) * | 1982-09-24 | 1984-12-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Технологии Электромашиностроения | Process for insulating slots of cores of electric machines with imbricated distributed windings |
| US4582749A (en) * | 1984-03-22 | 1986-04-15 | General Electric Company | Slot armor for dynamoelectric machines |
| RU2072115C1 (en) * | 1990-02-06 | 1997-01-20 | Изовольта Эстеррайхише Изолирштоффверке АГ | Method for electrical machine winding insulation |
| RU2532541C2 (en) * | 2012-07-17 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Method for isolation of magnet core slots in motor stators |
-
2015
- 2015-06-23 RU RU2015124590/07A patent/RU2593601C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU182218A1 (en) * | 1965-01-23 | 1966-05-25 | Московский электромеханический завод имени Владимира Ильича | improved insulation of magnetic cores |
| SU936045A1 (en) * | 1980-10-02 | 1982-06-15 | Предприятие П/Я Г-4152 | Method of isolating electric components |
| SU1129703A1 (en) * | 1982-09-24 | 1984-12-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Технологии Электромашиностроения | Process for insulating slots of cores of electric machines with imbricated distributed windings |
| US4582749A (en) * | 1984-03-22 | 1986-04-15 | General Electric Company | Slot armor for dynamoelectric machines |
| RU2072115C1 (en) * | 1990-02-06 | 1997-01-20 | Изовольта Эстеррайхише Изолирштоффверке АГ | Method for electrical machine winding insulation |
| RU2532541C2 (en) * | 2012-07-17 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Method for isolation of magnet core slots in motor stators |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10491071B2 (en) | 2017-02-16 | 2019-11-26 | General Electric Company | Method of manufacturing an electric machine with a conformal stator coating |
| US11289967B2 (en) | 2017-02-16 | 2022-03-29 | General Electric Company | Electrically insulating, thermally conductive coatings for electrical systems and deposition methods thereof |
| CN110138122A (en) * | 2019-06-27 | 2019-08-16 | 常州市运控电子有限公司 | A kind of acid-resistance etchant gas stepper motor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11289967B2 (en) | Electrically insulating, thermally conductive coatings for electrical systems and deposition methods thereof | |
| KR920002171B1 (en) | Process for depositing an insulating coating | |
| RU2593601C1 (en) | Method for insulation of slots of magnetic cores of stators of electric motors | |
| US2865795A (en) | Insulated electrical conductor and method of making the same | |
| EP3576252A2 (en) | Methods of depositing coatings on electrical machine components | |
| RU2593600C1 (en) | Method for insulating of slots in stator magnetic cores of electric motors | |
| Wang et al. | Electrochemical impedance study of water transportation in corona-aged silicone rubber: effect of applied voltage | |
| Gao et al. | Improvement of energy density in SrTiO3 film capacitor via self-repairing behavior | |
| US3676383A (en) | Non-aqueous electrophoretic compositions comprising liquid nitroalkanes as a solvent | |
| RU2532541C2 (en) | Method for isolation of magnet core slots in motor stators | |
| RU2597891C1 (en) | Method for insulation of slots in armature magnetic cores of electric motors | |
| RU2603758C1 (en) | Method of enamelled wires making | |
| JP2020119844A (en) | Covered wire for winding wire | |
| RU2593825C1 (en) | Method for insulating of slots in armature magnetic cores of electric motors | |
| CN109643750B (en) | Active material and power generator comprising the same | |
| CN103534390A (en) | Insulating-layer-covered aluminum conductor, and insulating layer and method for forming the insulating layer | |
| CN112759782B (en) | Heat-conducting insulating material and method for improving insulating and heat-conducting properties of material | |
| RU2516266C2 (en) | Method for isolation of magnet core slots in motor armature | |
| JP2008085077A (en) | Ring-shaped insulating coil board and its manufacturing method | |
| RU2526988C2 (en) | Method of applying electroinsulating coating on metal base | |
| Lima et al. | Study of new ecological magnet wires performances during thermal aging tests | |
| RU2606445C2 (en) | Electrically insulating lacquer | |
| RU2485150C2 (en) | Electrically insulating lacquer and method for application thereof on metal base | |
| US20220020511A1 (en) | Method of making an insulated conductive component | |
| Buddhawar et al. | DC characterization of liquid silicon insulation material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180624 |