一种极大长/径比高温电机定子结构及制作方法与流程

技术领域：本发明涉及电机，尤其涉及高温应用场合下的超细长形高温电机的定子设计及实现方法。

背景技术：
：增强型地热系统(enhancedgeothermalsystems，egs)用高温潜水电动机、蒸汽辅助重力泄油(steamassistedgravitydrainage，sagd)用高温潜油电动机、以及安装于烟囱的排烟电动机，它们都工作在有限直径、较深井筒的高温(200℃～300℃)环境中。这类用途的电机为细长形结构，直径φ87mm～φ500mm、长度1m～10m。目前具有类似结构的潜水电机和潜油电机为了增强机械可靠性，电机的定子冲片普遍采用闭口槽设计，同时电机细长，在电机绕组嵌线时采用穿线工艺，这种工艺不仅要求电机绕组用电磁线表面光滑，而且生产效率低、槽满率低。

较低温度的潜水电机(或潜油电机)，其绕组通常采用聚酰亚胺氟-46薄膜烧结电磁线，光滑度好，但耐温最高仅达240℃，同时，槽满率仅能达50％左右，为了提高电机的耐温等级，需要采用新型绝缘电磁线。目前，采用云母、玻璃丝等耐热材料所制备的耐高温电磁线虽能耐高达350℃以上的温度，但这种电磁线表面光滑度差，不适合穿线工艺。专利cn201610865404.6提出的定子外开口槽虽然解决了穿线工艺的不足、提高了槽满率，但外开槽内填充的磁性环氧树脂导磁性能远低于硅钢片，造成电机漏磁大、功率密度低；由于磁性环氧树脂在高温时会软化、脱落，甚至焦化，环氧树脂内脱落的fe-si磁性颗粒会降低电机的绝缘能力，该结构不适用于高温电机。

技术实现要素：
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发明目的：本发明目的是克服目前大长/径比电机耐温能力不足的问题，提供一种嵌线工艺简单的、散热性能佳的极大长/径比高温电机定子及其制作方法，旨在提高大长/径比电机耐温等级。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：

一种极大长/径比高温电机定子结构，其特征在于：该电机定子由开口槽定子铁心和半闭口槽铁心、绕组、槽绝缘、槽楔、绝缘涂层和导热涂层构成；高温电磁线制成的绕组嵌于半闭口槽铁心内，绕组表面由浸渍的高温绝缘漆烘干后形成绝缘涂层，绝缘涂层将独立的电磁线粘合成整体；绝缘涂层外面涂覆有导热涂层，大大的增加了电机的散热能力。

这种极大长/径比高温电机定子结构中，开口槽定子铁心和半闭口槽铁心均为沿圆周均匀分布(即整体为如图所示的圆柱形结构！)，且为平行齿、梯形槽。

开口槽定子铁心和半闭口槽铁心由无取向电机用硅钢片材料制成，并由多片硅钢片叠压而成。开口槽定子铁心包括辅助齿和轭，辅助齿数量为nt；辅助齿的宽度略小于半闭口槽铁心槽口的宽度，差值0.1mm左右，从而辅助齿能嵌入到槽口中。

绕组内层为镀镍纯铜导体，镀镍纯铜导体上烧结有一层聚酰亚胺f46薄膜，在聚酰亚胺f46薄膜外面缠绕云母带，云母带外绕包玻璃丝，最后涂上无机纳米改性聚酰亚胺漆膜，这种材料就大大增大了耐温能力。

定子嵌线时，首先将半闭口槽铁心穿到芯棒上压紧，在槽中放入槽绝缘，然后将线圈按一定规则从槽口嵌入到槽中，嵌好绕组后，压入槽楔。该定子结构配合嵌线工艺大幅度的增加了槽满率，并降低了对电磁线表面光滑程度的要求。

装配定子时，首先将机壳的一端放入大锁紧挡圈，将开口槽定子铁心穿到辅助芯棒上，由压力机冷压入机壳内，拔出辅助芯棒，在铁心另一端压上小锁紧挡圈，小锁紧挡圈的内径要与开口槽定子铁心的轭的内径一致，防止其硅钢片散落。接着讲嵌入绕组的半闭口槽铁心连同芯棒放入开口槽定子铁心内，穿入时让辅助齿与半闭口槽铁心槽口一一对应，完全穿进后，退出芯棒，在半闭口槽铁心的另一端压上大锁紧挡圈，保证半闭口槽铁心的硅钢片不会散落，最后整理电机两个端部绕组的形状并绑扎牢固。

浸漆前，将安装好的电机定子内腔中放入涨胎，涨胎中充入空气，压力保持0.5mpa，保证胀胎与定子内壁完全贴合，防止浸漆过程中漆进入定子内腔表面；接着将电机绕组真空压力浸渍高温绝缘漆三遍，每浸渍一次，烘干一次，形成绝缘涂层；最后浸渍高温导热漆二遍，每浸渍一次，烘干一次，形成导热涂层。

高温绝缘漆为无机纳米改性聚酰亚胺漆，二氧化硅颗粒含量在0.2％～1.0％(占漆膜重量比)之间，耐温大于350℃；高温导热漆为碳纤维纳米管改性聚酰亚胺漆，通过漆中高导热碳纤维纳米管将绕组发出的热量迅速传导到机壳，由机壳外的流体带走热量，以保证在高温情况下散热更快。

本发明具体优点如下：

一种拼装式极大长/径比高温电机定子结构提高了定子的槽满率。

这种拼装式定子结构彻底解决了细长电机嵌线效率低的问题，降低了对电机电磁线表面光滑度的要求。

绕组绝缘涂层的外表面涂覆导热涂层，提高了高温电机的散热性能。

附图说明：

图1是本发明的一种极大长/径比高温电机定子结构三维图；

图2是本发明的一种极大长/径比高温电机开口槽定子铁心三维图；

图3是本发明的一种极大长/径比高温电机半闭口槽铁芯三维图；

图4是本发明的一种极大长/径比高温电机定子槽局部图；

图5是本发明的一种极大长/径比高温电机开口槽定子铁心装配工艺图；

图6是一种极大长/径比高温电机半闭口槽铁芯装配工艺图

附图标记说明：

1.机壳、2.开口槽定子铁心、3.半闭口槽铁心、4.绕组、5.槽绝缘、6.槽楔、7.绝缘涂层、8.导热涂层、9.辅助齿、10.轭、11.齿、12.槽、13.槽口、14.大锁紧挡圈、15.小锁紧挡圈、16.辅助芯棒、17.芯棒

具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：

本发明目的是提供一种嵌线工艺简单的、散热性能佳的极大长/径比高温电机定子及其制作方法，旨在提高大长/径比电机耐温等级。该电机定子包括机壳1、开口槽定子铁心2、半闭口槽铁心3；开口槽定子铁心2压入机壳1中，半闭口槽铁心3内嵌有高温电磁线制成的绕组4，绕组4表面由浸渍的高温绝缘漆烘干后形成绝缘涂层7，绝缘涂层7将独立的电磁线粘合成整体；绝缘涂层7外面涂覆有导热涂层8，嵌有绕组4的半闭口槽铁心3连同芯棒17穿入开口槽定子铁心2内。

所述的极大长/径比高温电机定子，开口槽定子铁心2和半闭口槽铁心3齿和槽的数量均为nt；辅助齿9的宽度略小于槽口13的宽度，差值0.2mm左右，保证辅助齿9能嵌入到槽口13中；

绕组4内层为镀镍纯铜导体，镀镍纯铜导体上烧结有一层聚酰亚胺f46薄膜，在聚酰亚胺f46薄膜外面采用云母带缠绕，在云母带外面双玻璃丝绕包，最后涂上无机纳米改性聚酰亚胺漆膜具有极好散热能力。

定子嵌线时，首先将半闭口槽铁心3穿到芯棒17上压紧，在槽12中放入槽绝缘5，然后将线圈按一定规则从槽口嵌入到槽中组成绕组4，压入槽楔6。该定子结构配合嵌线工艺大幅度的增加了槽满率，并降低了对电磁线表面光滑程度的要求。

装配定子时，首先将机壳1的一端放入大锁紧挡圈14，将开口槽定子铁心2穿到辅助芯棒16上，由压力机冷压入机壳1内，拔出辅助芯棒16，在铁心另一端压上小锁紧挡圈15，小锁紧挡圈15的内径要与开口槽定子铁心2的轭10的内径一致，防止其硅钢片散落。接着将嵌入绕组4的半闭口槽铁心3连同芯棒17放入开口槽定子铁心2内，穿入时让辅助齿9与半闭口槽铁心3的槽口13一一对应，完全穿进后，退出芯棒17，在半闭口槽铁心3的另一端压上大锁紧挡圈14，保证半闭口槽铁心3的硅钢片不会散落，最后整理电机两个端部绕组的形状并绑扎牢固。

浸漆前，将安装好的电机定子内腔中放入涨胎，涨胎中充入空气，压力保持0.5mpa，保证胀胎与定子内壁完全贴合，防止浸漆过程中漆进入定子内腔表面；接着将电机绕组4真空压力浸渍高温绝缘漆三遍，每浸渍一次，烘干一次，形成绝缘涂层7；最后浸渍高温导热漆二遍，每浸渍一次，烘干一次，形成导热涂层8。

高温绝缘漆为无机纳米改性聚酰亚胺漆，二氧化硅颗粒含量在0.2％～1.0％(占漆膜重量比)之间，耐温大于350℃；高温导热漆为碳纤维纳米管改性聚酰亚胺漆，通过漆中高导热碳纤维纳米管将绕组发出的热量迅速传导到机壳，由机壳外的流体带走热量，以保证在高温情况下散热更快。

结合附图：

如图1所示，本发明目的是提供一种嵌线工艺简单的、散热性能佳的极大长/径比高温电机定子及其制作方法，旨在提高大长/径比电机耐温等级。该电机包括机壳1、开口槽定子铁心2、半闭口槽铁心3、高温电磁线制成的绕组4。在机壳1的一端放入大锁紧挡圈14，然后将开口槽定子铁心2由压力机冷压入机壳1内，在铁心2另一端压上小锁紧挡圈15。嵌有绕组4的半闭口槽铁心3装入开口槽定子铁心2内，在装配过程中，让辅助齿9与槽口13一一对应，完全配合好后，在半闭口槽铁心3的另一端压上大锁紧挡圈14。

如图2、3所示，开口槽定子铁心2、半闭口槽铁心3的齿和槽均为沿圆周均布，且为平行齿，齿的数量为nt＝30。辅助齿9的宽度略小于槽口13的宽度，差值0.1mm，保证辅助齿9能嵌入到槽口13中

如图4所示，半闭口槽铁心3内嵌有高温电磁线制成的绕组4，绕组4内层为镀镍纯铜导体，镀镍纯铜导体上烧结有一层聚酰亚胺f46薄膜，聚酰亚胺f46薄膜外面采用云母带缠绕，在云母带外面绕包玻璃丝，最后涂上无机纳米改性聚酰亚胺漆膜。

如图6所示，开口槽定子铁心2和半闭口槽铁心3的叠压装配过程为：将开口槽定子铁心2穿到辅助芯棒16上，将半闭口槽铁心3穿到芯棒17上压紧。