快速浸渍工具的制作方法

本发明涉及浸渍装置，并且更具体地涉及用于浸渍电机的绕组线棒的绝缘物的模制工具、模制系统及方法。

背景技术：

真空压力浸渍是通常用于浸渍电机的一种方法，电机不但包括绕组线棒的电绝缘物，而且包括相位环和用作构造元件的其它玻璃增强塑料。

存在两种公知的技术以便执行电机的绝缘物的浸渍。第一方法为全局真空加压浸渍，其由大尺寸的罐构成，以便放置整个电机，而第二方法为选择性工具，其匹配用于电机中的绕组线棒的尺寸和形状。后一方法称为单线棒真空压力浸渍。

不但工具的尺寸，而且浸渍过程和浸渍线棒的固化后期间的树脂的所需温度，以及一些细节区分了两种方法。

提到的关于单线棒真空压力浸渍和全局真空浸渍加压的已知技术在CIGRE 2002的Alstom的题为trends in insulation systems for generators HV windings的论文中论述。两个技术的共同点在于，工具的高成本和在电机尺寸变化的情况下缺乏灵活性，电机尺寸变化对于灵活的制造过程是必须的。 

在所有真空压力浸渍方法中，作为第一步骤，将引入真空来除去所有蒸气(水分和烃)。为了加速该过程，真空引入步骤在升高温度下发生。由于缓慢的水分扩散性质，故抽空过程本身是很慢的过程。在抽空步骤完成之后，施加树脂来浸没整个绝缘物，树脂的进一步加压加强浸渍。

浸渍方法监测通过测量绕组线棒导体与浸渍工具的壳体之间的电容来检查。绝缘材料内存在较高树脂导致电容的较高值，这继而又是任何电容器的绝缘物厚度和表面的因数。恒定值指出了浸渍过程结束。

在全局真空加压浸渍中，树脂温度保持较低，但在单线棒真空加压浸渍中，树脂温度将显著升高，而减小其粘性，以允许最致密的绝缘物的浸渍。

浸渍后步骤对于两个方向显著不同。在全局真空加压浸渍中，浸渍的部分被取出，且在另一个室中加热，以便实现树脂的完全聚合。在单线棒真空加压浸渍中，浸渍工具也可用于完成树脂的聚合。

用于单线棒真空加压浸渍的当前的浸渍工具施加介质(例如，油)来实现期望的温度。这意味着由穿过通道的油的引入，真空、油专用通道和树脂专用通道之间的完全密封状态引起的浸渍工具的复杂性。

本公开内容通过提供模制工具、模制系统和方法，以及浸渍绕组线棒的绝缘物而没有现有技术的缺点的工具来解决现有技术的问题。

由于在其它情况下替换此设备的花费，重要的是对现有工具的任何解决方案能够在现有的模制工具内实施。

因此，任何解决方案必须能够用于"改造"来配合在用于浸渍的现有模制工具内。

技术实现要素：

本公开内容涉及一种用于浸渍电机的绕组线棒的绝缘物的模制工具、模制系统和方法。本模制工具可用作在现有的模制系统内"改造"。

因此，本公开内容提供一种用于浸渍电机的至少一个绝缘绕组线棒的绝缘物的模制工具。模具结构包括至少两个部分，即第一部分和第二部分，其可释放地联接来构成外模具结构和内模具结构，内模具结构和外模具结构由高强度钢构成。低熔点合金构造成设置为内模具结构内的内部材料来作为内部材料，使得低熔点合金构成可抽空的内部空间，该内部空间包围且容纳至少一个绝缘绕组线棒，其中低熔点合金构造成取决于可抽空的内部空间中的至少一个绝缘绕组线棒的大小来确定其形状。

在另一个实施例中，一种用于浸渍电机的至少一个绝缘绕组线棒的绝缘物的模制系统。模制系统包括至少一个模制工具，模制工具具有至少两个部分，即第一部分和第二部分，其可释放地联接，以构成外模具结构和内模具结构，外模具结构和内模具结构由高强度钢构成；低熔点合金构造成设置为内模具结构内的内部材料，使得低熔点合金构成可抽空的内部空间以包围且容纳至少一个绝缘绕组线棒，其中低熔点合金构造成取决于可抽空的内部空间中的至少一个绝缘绕组线棒的大小来确定其形状。浸渍剂储存器与可抽空的内部流通地连接，以将至少一种浸渍剂在预定参数下供应至可抽空的内部。真空产生组件适于在至少一个模制工具的可抽空的内部中产生真空，以允许将至少一种浸渍剂供应到可抽空的内部中来用于浸渍。

在又一个实施例中，一种用于浸渍电机的至少一个绝缘绕组线棒的绝缘物的方法，该方法包括：

提供模制工具，模制工具具有低熔点合金，其构造成设置在内模具结构内来作为内部材料，使得低熔点合金构造可抽空的内部空间以包围和容纳至少一个绝缘绕组线棒；

取决于可抽空内部空间中的至少一个绝缘绕组线棒的大小来构造低熔点合金以确定其形状；在模制工具的可抽空内部中产生真空，以及加热包括至少一个绝缘绕组线棒的模制工具。

在又一个实施例中，该方法还包括将至少一种浸渍剂在预定参数下供应至可抽空的内部。

在又一个实施例中，该方法还包括将多种浸渍剂在预定参数下供应至可抽空的内部。

本公开内容通过提供由高强度合金(例如，钢)制成的模制工具提供了所有上述问题的技术解决方案，高强度合金提供实现模制工具和自承载结构的大小准确性所需的刚度。本公开内容的模制工具设有作为模制工具的内部材料的低熔点合金，提供了最高的设计和形状灵活性。通过其再定形、加工和再熔化而再使用此低熔点合金提供了成本有效性且提高了制造速度，避免了购买新模制工具，因为本模制工具能够仅通过根据绝缘绕组线棒的大小再定形、加工和再熔化低熔点合金来浸渍较大数目的不同尺寸的绝缘绕组线棒。此类低熔点合金匹配预见的过程和环氧树脂。低熔点合金可在达到500℃的范围中操作。低于25℃的低温对于浸渍过程不常见，且仍由本系统执行。

取决于工作或任务，低熔点合金可除去或由另一材料替换，或相同低熔点合金在从前一浸渍任务保留的腔中再填充，以调整较小大小的绝缘绕组线棒。

低熔点合金的在熔化可部分地或完全地通过放置或浸没一些其它元件如中空导线、用于冷却或加热的软管或传感器元件来完成。此放置或浸没的元件基于此类元件的特征提供了某些目的/过程的其它特征。低熔点合金的表面可通过涂布或特殊热处理加强。低熔点合金表面质量、粗糙度匹配所需的产品要求。

低熔点合金的任何破坏的表面由局部再熔化或加工来消除。此局部修补相比于全局材料替换是成本效益合算的方法，且在短时间段内以所需的准确性完成。浸渍喷射和真空引入通道基于之前的模拟和测试结果来改变和匹配，且又可再填充或新加工为绝缘绕组线棒的大小，而没有对全局或总体再熔化的任何需要。模制工具的制备可在车间处完成，或从任何合格的分供应商获得。

专用真空室替换真空压力浸渍罐，否则具有对应的夹具和电连接的托盘置于改变的真空压力浸渍罐，提供了解决方案。在绝缘绕组线棒的弯曲形式中的各个部分不必为准确或定制的模制工具，因为此最终部分由橡胶和对应的垫片覆盖。应用可收缩的软管提供了紧密密封，其经得起热和加压浸渍过程。

本发明的焦点在于单线棒真空加压浸渍，其由于使用低树脂量而自身对环境友好，且由于紧凑尺寸和低重量而易于其运输。较好的成本有效性可通过在浸渍工具和方法中使用至少一个以上的线棒来实现。浸渍部分如绝缘绕组线棒的加热并未由模制工具的加热完成，而是通过穿过绝缘绕组线棒的高电流完成。各个绝缘绕组线棒连接到对应的端子上，且被馈送高交流电流和高直流电流，以调整所需的独立温度。本公开内容的各种其它方面和特征将从以下详细描述和权利要求中清楚。

本公开内容的这些和其它方面，连同使本公开内容特征化的各种新颖性特征具体在本公开内容中指出。为了本公开内容、其操作优点和其使用的更好理解，将参照附图，且描述的主题示出了本公开内容的示例性实施例。

附图说明

本公开内容的优点和特征将连同附图参照以下详细描述和权利要求更好理解，其中相似的元件由相似的标号表示，且在附图中：

图1为根据本内容的示例性实施例的模制工具的前视图；

图2a为根据本公开内容的示例性实施例的沿线A-A的模制工具的截面视图；

图2b为根据本公开内容的示例性实施例的图2a的圈出部分的放大视图；

图3a至3c示出了根据本公开内容的各种示例性实施例的用于多级真空浸渍的具有多个开口的模制工具；

图4为根据本内容的示例性实施例的模具系统的前视图； 

图5a为根据本公开内容的示例性第一实施例的真空产生组件的透视图；

图5b为根据本公开内容的示例性第二实施例的真空产生组件的透视图；

图5c为根据本公开内容的示例性第三实施例的真空产生组件的透视图；

图5d为根据本公开内容的示例性实施例的电流组件的透视图；

图6为根据本公开内容的示例性实施例的具有高电流电源的模制工具的前视图；

图7为具有本公开内容的示例性实施例的热控制机构的图表；

图8a为具有本公开内容的示例性第一实施例的紧凑模制工具的透视图；

图8b为具有本公开内容的示例性第一实施例的紧凑模制工具的截面视图；

图8c为具有本公开内容的示例性第一实施例的密封件的透视图。

图9为具有本公开内容的示例性实施例的支座的透视图。

零件清单

10 模制工具

12 第一部分

15 第二部分

17 外模具结构

18 内模具结构

19 滑动锁定装置

20 绝缘绕组线棒

21 倾斜杆

23 入口

24 端凸缘

25 模制系统

26 中空冷却通道

27 中间通道

29 浸渍剂注射通道

30 低熔点合金

32 等离子源

35 真空泵

39 支座

40 可抽空的内部空间

50 浸渍剂

53 密封件

55 浸渍剂储存器

56 密封区域

59 空隙

60 真空产生组件

63 绝缘层

65 插座

67 铜线

70 壳体

71 软管

72 下部

75 上部

76 电连接器

78 铜插头

79 信号插座

90 成对托盘

100 多个开口

105 多个真空出口

106 加压树脂入口

130 高电流电源。

具体实施方式

现在参看图1和2，模制工具10具有至少两个部分，即第一部分12和第二部分15。第一部分12和第二部分15可释放地联接来构造外模具结构17和内模具结构18。外模具结构17和内模具结构18为高强度合金，例如，高强度钢。低熔点合金30设置在内模具结构18内作为内部材料，使得低熔点合金30提供可抽空的内部空间40。可抽空的内部空间40包围且容纳绝缘绕组线棒20。绝缘绕组线棒20的大小确定内模具结构18中的低熔点合金30的形状和大小。

模制工具10取决于浸渍的绝缘绕组线棒20具有例如圆形、椭圆形、矩形或多边形的形状。绕组线棒截面大小可达到200mm×100mm，且长度可在1到20米之间变化。这意味着模制工具10尺寸按照绝缘绕组线棒20改变。

如图2a中所示，绝缘绕组线棒20容纳在可抽空的内部空间40中，内部空间40填充有浸渍剂50，且完全由低熔点合金30包围。此外，低熔点合金30设置在内模具结构18内来作为嵌体，且完全由模制工具10的外模具结构17的第一部分12和第二部分15覆盖。为了保持第一部分12和第二部分15，例如提供了紧固装置，例如，滑动锁定装置19。各个凸缘24提供成用于进一步的长度延伸。滑动锁定装置19具有一对倾斜杆21，其为非平行的，且朝彼此倾斜1°到5°之间。移动滑动锁定装置19将把模制工具10的第一部分12和第二部分15推或拉向彼此，或分开它们。滑动锁定装置19的移动同时由液压、电气、气动装置完成，以避免通行(toll)区段的任何弯曲或扭转。模制工具10部分的联接和固定可改变，且通过螺接在一起的夹持装置来替换。各种通风口、传感器和测量连接器(未示出)和橡胶密封件为过程和模制工具的一部分，以确保所需的质量。此外，如图2b中所示，可抽空的内部空间40示为完全包围和容纳绝缘绕组线棒20。两个绕组线棒20由云母带绝缘来形成绝缘层63。绝缘绕组线棒20的铜线67、绝缘层63和空隙59在浸渍之后填充浸渍剂50。

在实施例中，低熔点合金30可在达到500℃的温度下再使用和操作。借助于低熔点合金30的再加工或再熔化，期望的大小改变用于绝缘绕组线棒20的浸渍，其在不需要全部工具改变或模制工具10再制造的情况下实现。作为优选，低熔点合金30为锡、铋、铝、铜、锰、铅和锌合金。

在又一个实施例中，低熔点合金30的表面通过钢或青铜球的涂布和/或混合以改变其性质来加强。

为了浸渍，入口23设在模制工具10中，经由入口23，浸渍剂50供应至可抽空的内部空间40中。绝缘绕组线棒20由浸渍剂50完全浸渍，且为此，可抽空的内部空间40完全填充浸渍剂50。为了使浸渍更有效且对称，入口预计在模制工具10的中间区域中。单线棒模制工具10的浸渍剂50的注射可仅在模制工具10的一侧上执行，且同时抽空另一侧，以作为抽空和加压的组合。浸渍剂50(例如，热加压树脂)预热，且供有加压(天然)气体如氮，以支持喷射过程。其它浸渍剂如纳米填充的溶剂可在树脂浸渍之前或伴随树脂浸渍过程使用，以将某些特征提供至主绝缘物。另外，聚合之前的后树脂浸渍借助于各种半或全传导浸渍剂是可能的。

可应用对应的流体，以将局部排放阻力提供至后一绝缘层。

在又一个实施例中，多个开口100构造在模制工具10上，以允许真空的产生，且将浸渍剂50供应到可抽空的内部空间40内，以在模制工具10各处浸渍绝缘绕组线棒20。

现在参看图3a,3b和3c，其中模制工具10示为包括多个开口100来用于长绝缘绕组线棒20或具有致密填料的高度紧凑的绝缘绕组线棒20的多级真空浸渍。例如，多个开口100包括多个真空出口105，且如由箭头所示的加压树脂入口106在模制工具10各处提供。取决于预见的过程，可引入非对称或对称的开口100。在图3a和3b中，对称多真空出口105和加压树脂入口106由箭头示出。在图3c中，非对称多个真空出口105和加压树脂入口106由箭头示出。

在图4中，示出了模制系统25。模制系统25包括模制工具如模制工具10、浸渍剂储存器55和真空产生组件60。如上文所述的模制工具10已经并入模制系统25中以用于连同浸渍剂储存器55和真空产生组件60浸渍电机的绝缘绕组线棒20的绝缘物，且将在本文中描述。为了简短起见，模制工具的描述并未重复。浸渍剂储存器55与可抽空的内部空间40流通地连接，以将浸渍剂50在预定参数下供应至可抽空的内部空间40。流体连接可配备有各种压力和热测量件，还有阀和通风口。此外浸渍剂在此连接下的树脂供应期间加入，以避免总体浸渍树脂成分50的变化。

真空产生组件60在模制工具10的可抽空内部空间40中产生总体真空，以允许浸渍剂50供应在可抽空内部空间40中。

如图5a到5c中所示，存在通过真空产生组件60产生真空的各种选择。如图5a中所示的选择提供了置于和限定在壳体70内的所有绕组线棒的总体真空。图5b和5c中所述的其它选择提供了独立的真空。

在图5a中，示出了壳体70的下部72，其容纳一个或多个模制工具10。壳体70的形状和大小基于模制工具10的大小确定，模制工具10的大小实际上取决于绝缘绕组线棒20的大小。壳体70具有可释放地联接到下部72上以提供密封室的上部75(未示出)。壳体70中存在内置的真空。

在又一个实施例中，真空产生组件60具有真空泵35和壳体70，壳体70能够将模制工具10容纳在其内。壳体70连接到真空泵35上，以允许真空泵35在壳体70中产生真空，以便在模制工具10中产生真空。电连接器76形式的金属交叉点设在壳体70中，以传送高电流来用于绝缘绕组线棒20的加热。

如图5b中所示，柔性防真空软管71提供了具有最高灵活性程度的独立便携式真空压力浸渍单元。作为优选，真空产生组件60具有能够连接到模制工具10上的软管71，以通过真空产生组件60产生软管71中的真空，以便在模制工具10中产生真空。

图5c示出了具有真空泵35的真空产生组件60和具有一对托盘90的真空容器，各个托盘沿模制工具10的端部设置，以允许真空泵35在各个托盘90中产生真空，以便在模制工具10中产生真空。绝缘绕组线棒20作为独立线棒的组合被抽真空和浸渍，各个线棒拥有具有单独或共同的加热装置(这里未绘出)的模制工具10。所有绝缘绕组线棒20共用具有成对托盘90的相同的真空容器，托盘继而又容纳真空泵35或连接到中心真空泵35上。各个托盘90还可具有其自身的真空泵35。密封件(53)设置在托盘90与模制工具10之间，以防止任何泄漏，停止沿两个方向的空气、其它杂质的进入，以及防止浸渍剂50的泄漏。

如图5d中所示，具有插座65的电流组件具有多个电连接器76和多个信号插座79。电连接器76具有多个铜插头78，以提供高电流。信号插座69提供低电流。插座以气密性的方式固定在托盘90中。

作为优选，高电流电源(130)配置成将加热电流传导穿过至少一个绝缘绕组线棒(20)和至少一个模制工具(10)，以实现大到300℃的绝缘温度。具有对应的电子装置(这里未示出)的大功率晶闸管可管理所需的输出。

图6示出了高电流电源130，其由于导线电阻而传导加热电流穿过绝缘绕组线棒20，且由于达到300℃的涡流而穿过模制工具10。可为独立的两个真空泵35提供最高灵活性，且最佳匹配绝缘绕组线棒20的各种长度。绝缘的各个凸缘24将加热电流传导穿过绝缘绕组线棒20，且可用作用于置于模制工具10内的各种传感器(未示出)的信号端子。传导高电流的端部凸缘24和具有对应的计算机控制的电路(未示出)的单独的真空泵35的特殊设计可为模制系统25的一部分。

在又一个实施例中，高电流电源130能够供应高直流电流，以加热绝缘绕组线棒20。

作为优选，高电流电源130供应高交流电流来加热模制工具10。

图7示出了模制系统25的热控制机构的图表。高电流需要穿过绝缘绕组线棒20，以在真空引入、浸渍剂注入和聚合的浸渍前和后的步骤期间调整加热。2到100kVA的范围内的变压器的简单高AC电流需要按需要以图7中绘出的交流电流和直流电流的一定比率整流。高直流电流加热仅加热绝缘绕组线棒20的铜线67，且高交流电流主要加热模制工具10。受控的交流电流和直流电流比率确保最佳的热分布。借助于比率改变，绝缘的绕组线棒20或模制工具10相应地加热，以在模具工具10旁边提供均匀温度分布。模制工具10的外模具结构17与环境的较高热交换速率可通过控制交流电流和直流电流比率来补偿。在多个绝缘绕组线棒20的情况下，各个绝缘绕组线棒20具有专用的电流温度控制。

作为优选，来自高电流电源130的加热电流能够经由脉宽调制中断，以控制温度升高，且保持绝缘绕组线棒20和模制工具10的相应的预定温度值。脉宽调制中断电流，提供了完全控制或热升高速率(PID)，进一步避免了任何过热，一旦达到所需的温度，则其仅补偿排热率。温度范围将基于方法步骤达到300℃。

较早阶段的预热和真空具有中等加热率，树脂浸渍具有无或低加热率，且浸渍后具有最高加热率，以开始聚合。一旦聚合开始，则加热率基于预先限定的值减小。

若干分布式温度探头(未示出)和/或红外传感器输送用于均匀温度轮廓的最佳控制的值。图7绘出了热控制机构，但超过50/60Hz的升高频率也可通过放大涡流影响来引入。

图8a和8b示出了模制工具10，其为紧凑的，其中至少两个绝缘绕组线棒20置于模制工具10内。由于模具材料的较好使用、模制工具10的输出的加速，故存在置于单个模制工具10中的一对绕组线棒20。模制工具10分成第一部分12和第二部分15，且由低熔点合金30填充，被加工且密封。为第一部分12与第二部分15之间的划分线的密封区域56被提供来密封这两个部分。第一部分12与第二部分15之间的密封区域56可匹配绕组线棒的大小、数目而水平地、垂直地定位，或倾斜。 

图8b示出了通过等离子源32的附加选择的加热/冷却。外模具结构17的中空冷却通道26用作主动冷却手段，优选第一部分12与第二部分15之间的闭环但隔离的回路。提供了具有加热器的多用途真空引入、溶剂和浸渍剂喷射通道29。中间通道27提供树脂围绕绝缘绕组线棒20的均匀分布。

图9示出了支座39，其提供成保持或固定绕组线棒20的线棒端弯曲部分。借助于对应的夹具，绝缘绕组线棒20端的预先限定且精确的定位可在树脂完全聚合之前实现。

提供了用于浸渍电机的绝缘绕组线棒20的绝缘物的方法。该方法包括构造低熔点合金30以取决于可抽空内部空间40中的绝缘绕组线棒20的大小来确定其形状。真空在模制工具10的可抽空的内部空间40中产生。包括绝缘绕组线棒20的模制工具10被加热，以除去水分和杂质，如，可挥发的溶剂、蒸气、蒸发的材料。

作为优选，该方法还将浸渍剂50在浸渍的多个阶段下以预参数供应至可抽空的内部空间40。预定参数为温度和真空的持续时间、注入树脂的压力和温度、由树脂或其它流体(例如，沥青)浸渍的绕组线棒的后加压、聚合开始以及聚合期间的温度。

在又一个实施例中，该方法将多种浸渍剂50在预定参数下供应至可抽空的内部空间40中。多种浸渍剂(例如，纳米填充的溶剂)可在树脂浸渍之前或伴随树脂浸渍过程使用，以将某些特征提供至主绝缘物。另外，聚合之前的后树脂浸渍借助于各种半或全传导浸渍剂是可能的。

可应用对应的流体，以将局部排放阻力提供至后一绝缘层。

通过测量绝缘绕组线棒20与模制工具10的外模具结构17之间的电容，确定绝缘绕组线棒20的浸渍的结束。模制工具10连同绝缘绕组线棒20被加热以升高温度。升高的温度必须保持。浸渍剂50的聚合开始，且模制工具10连同绝缘绕组线棒20的冷却在实现聚合之后完成。

这个过程阶段的持续时间以及最高温度基于浸渍剂50和其它实验数据。为了实现较高密实化等级，附加压力可通过树脂或通过一些其它流体施加到绝缘绕组线棒20侧。冷却将通过自然对流或强制对流完成。

在本公开内容中连接的所有部分由密封件保护，以避免任一侧上的任何类型的泄漏。

本公开内容的特定实施例的前述描述已经出于图示和描述的目的提出。它们不旨在为彻底的，或将本公开内容限于公开的精确形式，或明显地，许多改型和变型鉴于以上示例性教导内容是可能的。实施例选择和描述成以便最佳地阐释本公开内容的原理和其实际应用，从而允许本领域的其它技术人员最佳地使用本公开内容，以及具有适于构想的特定使用的各种改型的各种实施例。将理解的是，构想出了各种省略和等同方案的置换，因为情形可提出或给予便利，但这旨在覆盖应用或实施方式，而并未脱离本公开内容的权利要求的精神或范围。