用于电机的绝缘的导体棒的制作方法

本公开涉及绝缘的导体棒、导体棒绝缘物、用于制造绝缘的导体棒的热塑性材料的使用，且涉及用于浸渍导体棒的方法。

背景

描述的绝缘的导体棒特别用于电机，具体而言旋转电机，诸如将连接至燃气涡轮或蒸汽涡轮的同步发电机(涡轮发电机)或将连接至水力涡轮机的同步发电机(水力发电机)或异步发电机或同步或异步的电动马达，或还有其它类型的旋转电机。

绝缘的导体棒用于定子且容纳在定子本体中的轴向槽口中。绝缘的导体棒通常具有导线束的钻孔布置，然后称作罗贝尔线棒。当用在发电机的技术领域中时，其被绝缘以用于高电压。此自由体积填充有热固性树脂，通常环氧和/或不饱和的聚酯。存在用于实现此的各种不同方法，例如见：C. Stone “Electric Insulation for Rotating machines”，John Wiley，Interscience，第4章。

本发明的目的在于提供用于电机的导体棒绝缘物和绝缘的导体棒的备选的浸渍。

概述

本发明的一个方面是设有热塑性材料的用于电机的导体棒绝缘物和绝缘的导体棒。

本公开的另一方面提供用于制造电机的导体棒绝缘物的热塑性材料的使用。

本公开的进一步方面是提供利用热塑性材料浸渍导体棒绝缘物的方法。

这些和进一步的方面通过提供根据所附权利要求的绝缘的导体棒、导体棒绝缘物、用于制造导体棒绝缘物的热塑性材料的使用以及用于浸渍导体棒绝缘物的方法获得。

有利地，导体棒绝缘物中的热塑性材料不需要处理，在现有技术中其通常需要在模制工具内数小时的停留时间。相比之下，当使用热塑性材料时，过程时间通常远远低于1h。

进一步的优点在于，热塑性材料对制造人员和环境没有危害。热塑性材料不产生有害的挥发性有机化合物，其对存储也不需要特定的防范，因为其在室温下为固态的且化学稳定。

本发明进一步的优点在于，许多热塑性材料的热导率在0.25至0.3W/mK的范围中。另一方面，对于作为热固性材料的示例的环氧化物，热导率仅为0.18W/mK。这有助于将整体绝缘物的热导率增加大约30%。

本发明的进一步的示例在独立权利要求中公开。

附图的简要描述

进一步的特征和优点将从导体棒和制造方法的优选但非排他的实施例的描述中更加显而易见，其在附图中通过非限制性示例的方法说明，在附图中：

图1是第一制造步骤中的包括两部分的模制工具和在这两部分之间的导体棒的示意性侧视图；

图2是第二制造步骤中的根据图1的模制工具的示意性侧视图，带有彼此压住的两部分、真空泵和用于熔化的热塑性材料的供应进料器；

图3是第三制造步骤中的根据图2的模制工具的示意性侧视图；

图4是第四制造步骤中的根据图3的模制工具的示意性侧视图，带有从彼此移除的两部分和将从模制工具移除的完成的导体棒。

示例性实施例的详细描述

根据附图，这些示出了用于制造绝缘的导体棒3的模制工具15的示意性侧视图，其中相似的参照标号贯穿若干视图代表相同或相应的部分。绝缘的导体棒3限定为由绝缘物4包围的导体棒3。

绝缘物4由附连至聚酯膜或玻璃织物的载体的数层云母纸组成，以便提供用于缠绕过程所需的机械拉伸强度(见下文)。云母纸和载体的结合例如借助于将树脂粉末细致地分散到以大约1m宽的“无边”宽带的形式的云母纸上而实现。然后两个层借助于热轧(称作压延)压在一起。为了进一步使用，宽带切开为小带，通常20至25mm宽和50至200mm长。这些云母纸-玻璃织物或云母纸-聚酯膜的带围绕导体棒以多层盘旋缠绕直到达到需要量的绝缘。

图1示出了包括两部分(上方的第一部分10和下方的第二部分20)的模制工具15的示意性侧视图。模制工具15是在绝缘导体棒3的制造过程中使用的自动工具，其包括重的金属部分以在第一部分10和第二部分20之间施加高压力。模制工具15适合用于热-真空-压力过程。导体棒3的核心一般由高传导材料制成，一般为铜。模制工具15的第一部分10为在下方带有大的突出部分的矩形，以基本配合到第二部分20的凹部中。在操作中，第一部分10的突出部分从上方邻接导体棒3，同时第二部分20中的凹部从下方邻接导体棒3。换言之，导体棒3位于模制工具15的这两部分10、20之间且在操作中基本填充这两部分10、20之间的间隙。在模制工具15中围绕导体棒3缠绕的带在此示例中包括玻璃云母-纸。玻璃云母-纸是具有玻璃纤维织物的支撑的云母-纸。可应用额外层的热塑性带作为可选的方案。热塑性带也可从热塑性材料设计为箔片。

本发明的第一实施例：

这里，云母-玻璃带与热塑性层或带结合。存在各种方法以将热塑性层或带与云母或云母-玻璃带结合，为了简单起见两者都在下文称作云母带。将要理解的是，在此公开内使用的用语云母也包含云母带、云母-玻璃、云母-玻璃带、云母-纸、玻璃云母-纸、云母-聚酯膜和类似的云母材料。首先，在这里公开了在导体棒3处缠绕交替层的云母和聚酯带。这些可包括纯的聚酯膜或从由热塑性材料制成的载体带制成。或者，热塑料材料通过将带穿过熔化的或化学溶解的热塑性材料的浴槽应用到云母带上。

将热塑性材料应用到云母上的备选方法是通过粉末分散和随后的粉末熔合。此方法提出结合将云母纸与载体-织物或载体-膜熔合的过程以及提供填充干式绝缘中的自由体积所需要的热塑性树脂的过程的进一步和优选的可能性。为了此目的，热塑性粉末分散到云母纸上且然后与载体熔合到一起，优选地借助于压延。

进一步的方法是将液态热凝物直接压延到云母-载体带上或云母纸和载体之间或两个云母载体-带之间，或云母带和云母纸之间。在此方法中，热塑性材料直接地提供到压延中而不需要粉末喷射过程。直接压延提出应用热塑性材料不仅到云母带的表面上而且贯穿浸渍其的进一步和优选的可能性。这也可除了任何上文描述的方法之外使用。热塑性材料的示例为各种类型的聚酰胺(PA)、聚酯(特别是聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN))、聚甲醛(POM)、聚醚醚酮(PEEK)。用这种方法准备，导体棒3如图1中所示在第一制造步骤中在第一部分10和第二部分20之间对准。

本发明的第二实施例：

这里，无热塑性材料的云母带在第一步骤中使用。热塑性材料通过进料器30进料到模制工具15中，进料器也用作用于热塑性材料的储器。这可包含如第一实施例中所使用的相同的热塑性材料。然而，为了达到所需要的低粘度以保证云母带的良好的流动和渗透，温度必须高，在一些情况下大大高于300℃。在第二实施例的优选方案中，此问题通过使用低粘度的前体材料或低聚热塑性材料替代完全聚合的热塑性塑料来解决。这些材料将在随后步骤中与模制工具15内部的最终热塑性聚合物起反应。前体材料的示例是用以形成聚酰胺的内酰胺且对于低聚物是用以形成PBT的环状丁二烯对苯二甲酸酯(cyclic butadiene terephtalate)。此外，根据应用的需要，软化剂、增韧剂和抗氧化剂可加入热塑性塑料。在图中以示意性方式示出的是以此文献中完全公开的方式制造的围绕导体棒3的绝缘物4。

图2是根据图1的模制工具15的示意性侧视图。这里，模制工具15的第一部分10和第二部分20压在一起以基本环绕导体棒3。压力通常由模制工具15包括的液压装置引起以产生在1bar至50bar范围中的压力。在图2的视图中，从模制工具15的左侧布置进料器30，其经由进料通道32连接至模制工具15以将热塑料材料供应至模制工具15。此进料器30将仅在上文描述的第二实施例中使用。进料通道32连接至在第一部分10和第二部分20之间的模制工具15空间，其中该空间在第一部分10和第二部分20彼此压住的情况下形成。进料通道32用于将热塑性材料或前体材料从进料器30插入到模制工具15的内部以浸渍导体棒3。在图2的视图中，从模制工具15的右侧布置真空泵40或真空产生器，其经由柔性软管42连接至模制工具15。这里，柔性软管42再连接至在第一部分10和第二部分20之间形成的空间或通道。真空泵40在第二制造步骤中在模制工具15内产生真空。此外，加热装置(未示出)由模制工具15包括以将热施加到模制工具15的内部直到热塑性材料熔化的结束。在模制工具15中施加真空和热的此过程类似于真空辅助树脂传递模制(VRTM)的概念。在描述的本发明的一个示例中，模制工具15预先加热且真空泵40在导体棒3根据图2放置的区域中形成真空。然后，液态材料从进料器30注射。在此步骤中，小于模制工具15的关闭压力的流体静压力施加到进料器30上且真空泵40断开。在材料是如上文描述的应用到导体棒3的低聚热塑性材料或前体材料的情况下，其将借助于加热引起在模制工具15内部的聚合。如己内酰胺的开始材料额外包含触媒剂和催化剂。相比于一般使用的环氧材料或环氧化物，己内酰胺以及环状对苯二甲酸丁二酯在操作温度下表现出0.02至0.03Pas的熔化粘度。这大大低于用于利用标准环氧化物的浸渍的上阈值，其为大约0.3Pas。此外，根据应用的需要，软化剂、增韧剂和抗氧化剂可加入供应供料器30。模制工具15对导体棒3施加在大约1bar至20bar范围中的压力。第二实施例中所需要的聚合在第三制造步骤中完成，在图3中通过示例示出。在图3中，模制工具15仍被加热以加热导体棒3。通过真空泵40施加的真空在第三制造步骤中不是必需的，但其具有优于不施加真空的制造的一些优点。热塑性材料在模制工具15中熔化，填充云母处的间隙且也填充玻璃-云母(如果施加的话)处的间隙。热塑性材料形成用于导体棒3的绝缘物4，然后称作绝缘的导体棒3。当在低粘度情形时，多余的热塑性材料被压出。

图4是第四制造步骤中的根据图3的模制工具15的示意性侧视图，带有从彼此移除的两部分10、20和将从模制工具15移除的绝缘的导体棒3。最终，加热的导体棒3被冷却且从模制工具15移除。如这里所描述的导体棒3上的热塑性聚合物不需要处理，在现有技术中其通常需要在模制工具内部数小时的停留时间。当模制工具15中的温度低于热塑性材料的熔化温度时，根据本公开的导体棒3即可从模制工具15移除。因此绝缘的导体棒的过程时间通过本发明减少。

在两个实施例中，聚合物、低聚物或其它聚合物－前体可包含无机填充剂，优选地氧化物和氮化物(诸如Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、BaTiO₃、BN、Ti₃N₄)的微米或纳米尺寸的颗粒。这些填充剂有助于改善绝缘物的介电性能和/或热导率。

虽然本发明已经参照其示例性实施例详细地描述，但对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可做出各种变化且使用等同物。本发明的优选实施例的上述描述已经为了说明和描述的目的而呈现。其不意在为详尽的或将本发明限于所公开的确切形式，且修改或变型按照上文的教导是可能的或可从本发明的实践得到。选择和描述实施例以便解释本发明的原理和其实际应用，以使本领域的技术人员能够在如构想的适合于特定使用的各种实施例中使用本发明。意在使本发明的范围由所附权利要求和其等同物限定。各个前述文献的整体通过引用并入本文中。在实践中，使用的材料和大小可根据需要和现有技术任意选择。

参考标号

3 导体棒或绝缘的导体棒

4 绝缘物

10 第一部分模制工具

15 模制工具

20 第二部分模制工具

30 用于热塑性材料的进料器

32 进料通道

40 真空泵

42 柔性软管。