电动机的电绝缘系统和其制造方法与流程

电动机的电绝缘系统和其制造方法
[0001]
本发明涉及一种电动机的改进的电绝缘系统、尤其是在叠片组的槽中的线绕组相对于叠片组的绝缘方面得到改进的电绝缘系统eis。此外，本发明涉及一种用于制造电动机的这样改进的电绝缘系统的制造方法。
[0002]
电动机的叠片组是已知的，叠片组包括具有线绕组、通常是铜线绕组的槽，其中，线通过线漆被电绝缘。在此，根据尺寸和功率等级存在不同的制造电动机的可能性。
[0003]
在63mm至450mm的轴高度的数量级中并且与150w至1.6mw的功率相应地，所谓的定子、即叠片组通常装备有预绕制的线绕组。这些绕组在此被机械地引入定子槽中并且随后被连接。通过表面绝缘材料、如纸和各个绕组线的线漆提供单线相互间以及相对于处于地电势的叠片组的电绝缘。基于槽的几何要求、如用于形成尽可能闭合的磁场线的槽齿，利用绕组线、表面绝缘材料、包括线漆，可以实现85体积％的最大的槽填充(度)，因为否则例如拉入力将变得太大，并且因此例如由于刮擦、破裂和/或由于拉伸可能会损坏表面绝缘和/或线漆。因此在叠片组的槽中保留至少15体积％的自由体积(或者说未占用体积)。其中的一部分是裸露的，因为绕组没有精确匹配地填充槽的拐角，但在绕组内，在浸渍过程中尽可能完全用浸渍树脂填充存在的空腔。
[0004]
令人遗憾地业已证实，在此存在明显的空隙，因为浸渍树脂在将定子从沉浸池取出时通常还是液态的，从而在这种情况下，在导体内、即线绕组内的空腔也没有被充分填充。
[0005]
为此，通常在沉浸方法中，一个或多个定子缓慢地沉浸到液态浸渍树脂盆中，从而使液态的浸渍树脂流入单线、槽与叠片组之间的空腔中，并且可以填充所述空腔。随后，被由此浸湿的定子在一定的时间段内通过温度作用和/或紫外线辐射而硬化。由此，从液态的和/或胶凝的、在沉浸池中填充槽的在线卷绕之后仍为空心的体积中的剩余的空腔的浸渍树脂变为完成的灌封物，例如形式为完全硬化的热固性塑料作为灌封材料。
[0006]
因此，用灌封材料尽可能完全地填充空腔尤其是重要的，因为只通过利用灌封物的尽可能完全的填充来确保线绕组的散热、机械固定以防振动、相对于叠片组的耐局部放电性，和/或叠片组和导体的钝化以防灰尘和/或湿气。
[0007]
然而，利用常规的方法、例如沉浸浸渍以及要求的制造变化性不能够完全填充当前的间隙，在所述制造变化性中，没有针对一个定子种类优化地、而是针对所有在该生产线上被浸渍的定子种类的平均值来调节浸渍树脂和沉浸方法。实际上例如由于回流的浸渍树脂和/或不适当地流入的浸渍树脂总是留有空腔和缺陷，因为例如沉浸池中的粘度没有设置为足够低。
[0008]
在沉浸池中，也不能够通过混合形式为颗粒填料的特定添加剂来优化浸渍树脂的所述特性。这样的添加剂例如是用于提高耐局部放电性的云母小片、用于提高导热性的石英粉、氧化铝和/或氮化硼。
[0009]
基于沉浸池中的升高的粘度和/或沉降特性，不能通过沉浸池方法将添加剂引入随后形成绝缘系统中的导体的灌封物的浸渍树脂中。
[0010]
在沉浸浸渍中，即使在定子的其它的浸渍方法、如真空浸渍、喷涂浸渍等中，大多
也由于浸渍树脂吸收不足而在电绝缘系统eis中产生缺陷，所述缺陷平面地在更大的缝隙中形成空腔。尤其由于在槽箱与叠片组之间产生错乱的排列的所谓的“不规则卷绕”形成这样的缺陷，所述缺陷导致绕组线在灌封物中的机械固定的过度降低，因为绕组线在局部有几厘米长没有得到固定，并且因此容易受到电机的机械谐波的影响。这在运行中经常以位于绝缘的线漆下方的绕组线中的金属电线、尤其铜线的断裂终结。此外，这样大面积的缺陷是类似于开孔的，并且因此容易受到灰尘、金属磨损和湿气的影响，由此损害电机的性能并且最终也损害电机的使用寿命。
[0011]
迄今为止，高成本地在这方面进一步开发浸渍树脂，从而进行沉浸池中的浸渍树脂的触变，即浸渍树脂在定子沉入时基于剪切稀释而液化，并且随即在槽中保持较高的粘度。
[0012]
此外，浸渍树脂具有非常窄的胶凝范围，以便虽然完全流入槽中，但随后可靠地胶凝，而同时在叠片组的略微更冷的外侧再次尽可能好地流出，因为在此树脂在某种程度上是有阻碍性的。在此局部地加热定子，以便在沉入时使用由温度导致的粘度减小的效果。导体本身中的预交联(也被称为胶凝)在此需要几分钟的过程时间。通常，沉浸浸渍的制造过程与多个不同的定子变体关于树脂、速度和/或温度相适配，由此只形成平均值，或者沉浸池中的浸渍树脂对于一些要求不高的定子来说是设计有冗余的。
[0013]
因此，沉浸浸渍平均地通常在所有定子变体中与平面的缺陷相关联，这会导致上述的弊端、例如由于气隙导致的非常低的导热性和/或热点、在空气填充的大空隙中的局部放电、大面积未固定的线的机械负载、湿气进入/灰尘，如在示出现有技术的图1中所示的那样。该问题只能通过沉浸浸渍的优化的参数设置和高度开发的、尤其关于其胶凝点高度开发的浸渍树脂被最小化，并且不能被防止。
[0014]
因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供能够实现利用适合于电机类型的浸渍树脂有针对性地填充定子的槽的可能性，浸渍树脂尤其也包括添加剂和/或填料。
[0015]
该技术问题通过本发明的如在说明书、附图和权利要求中公开的主题解决。
[0016]
相应地，本发明的主题是电动机的电绝缘系统eis，其包括具有处于定子的叠片组的槽中的绕组线的至少一个导体，其特征在于，导体中的线绕组嵌入灌封物中，在灌封物中存在体积增大的颗粒。此外，本发明的主题是用于制造电动机的电绝缘系统eis的方法，其包括以下的方法步骤：
[0017]-由绕组线和装载有被填充的浸渍树脂的载体介质形成导体，
[0018]-将形成的导体拉入电动机的定子的叠片组的槽中，
[0019]-以某个温度和速度加热叠片组，使得存在于浸渍树脂中的充气的颗粒在体积增大的情况下这样膨胀，从而所述颗粒使还没有硬化的浸渍树脂的体积增大，并且
[0020]-硬化被浸渍的绕组线-载体-绝缘件。
[0021]
本发明的一般认知是，载体介质、例如纤维或纤维复合物一方面可以毫无问题地集成到用于制造线绕组的绕制过程中，其次可以装载有足够量的浸渍树脂，以便因此提供用于电动机的电绝缘系统的完整的合成树脂灌封物，并且第三，在装载载体介质时可以使用被填充的浸渍树脂，从而通过借助载体介质有针对性地引入浸渍树脂可以将任意的填料和/或添加剂导入槽绝缘件中。
[0022]
当前优选地，将预浸纤维单独地或者与另外的载体组合地用作“载体介质”或“浸
渍树脂载体”。在该意义下的另外的载体可以例如是海绵和/或泡沫。
[0023]
当前，绕组线的束被称为“导体”，所述绕组线绕在一起并且形成绕组线的束，该束绕组线被拉入叠片组的槽中。
[0024]
根据本发明，被填充以体积增大的颗粒(或者说用体积增大的颗粒填充)的浸渍树脂在制造完成的eis期间膨胀，从而在此只有在完成的电动机中才可以确定绕组或导体中的线与载体体积的固定的比。因为认为通过膨胀导致已经存在于槽中的绕组的体积增大，所以在完成的eis中也可以证明通过线绕组内的浸渍树脂产生的、导体中的大于40体积％的体积％(或者说体积百分数)。
[0025]
在此尤其也有利的是，预浸纤维同时与绕组线、尤其铜线的捆束一起卷绕，并且因此在导体中的绕组线之间与绕组线一起存在于绕组和完成的电动机中。
[0026]
根据本发明的优选的实施方式，在此，与绕组线匝圈相比，预浸纤维匝圈的数量被选择为尽可能少，以便不浪费槽中的可以被绕组线填充的空间。
[0027]
预浸纤维匝圈的数量和预浸纤维体积的大小相应在电压场中被选择为在足够高与尽可能小之间，所述数量足够高使得存在定子叠片组在硬化之后的尽可能完全的浸透，所述数量尽可能小以使利用导线材料、尤其导电的绕组线、优选铜线在槽中实现的体积填充度没有受到损害。通过引入浸渍树脂用于制造eis，在此可以根据电机类型在绕组中通过添加/减少一起绕制的预浸纤维、非常简单地在大的范围内进行改变。
[0028]
例如，长纤维和/或连续纤维在导体中与绕组线以1体积份额纤维比3体积份额绕组线的比例存在。尤其地，预浸纤维与绕组线的比在1比3的范围内(如上面描述的那样)，至多不超过2体积份额预浸纤维比1体积份额绕组线，即与绕组线份额相比，在导体中存在更多的预浸纤维份额。相应的份额例如取决于纤维的吸收能力、即每个体积份额纤维的树脂含量、纤维的直径等。
[0029]
尤其有利地，在有针对性地导入浸渍树脂的情况下，用体积增大的填料、例如充气的微胶囊进行填充，所述微胶囊还可以以商品名从akzo nobel公司得到。
[0030]
根据有利的实施方式，这些体积增大的颗粒的1至10重量％(或者说重量百分数)被引入也称为反应树脂的液态的浸渍树脂中，并且用浸渍树脂装载载体介质，通过载体介质可以将被填充的浸渍树脂有针对性地引入槽绝缘件中。被装载的载体介质和/或被装载的纤维例如被称为“被填充的半成品”。
[0031]
通过例如在2重量％至6重量％之间、尤其在3重量％至5重量％之间的引入，可以导致载体介质和/或浸渍树脂体积的体积增大2倍。
[0032]
此外，通过用被填充的浸渍树脂装载载体介质，可以将另外的填料、例如云母、氧化铝和氮化硼以任意的填料比例引入槽绝缘件中。
[0033]
此外，通过用被填充的或未填充的浸渍树脂装载载体介质，可以将不同的添加剂引入槽绝缘件的灌封物中。
[0034]
例如，热固性塑料、例如环氧树脂、胶木、可交联的聚氨酯和/或聚酯树脂用作浸渍树脂。
[0035]
在此重要的是，浸渍树脂能够具有b状态。为此，根据本发明的优选的实施方式用于将浸渍树脂引入导体中的载体被装载以处于b状态中的被填充的浸渍树脂，以便将浸渍树脂引入导体中。随后，导体与定子一起被加热，使得浸渍树脂再次熔化并且可以均匀地分
布在导体中。只在浸渍树脂完成在导体中的均匀分布之后，才将导体加热到一定程度，从而导致浸渍树脂完全硬化，以得到完成的灌封物。
[0036]
当前，“树脂的b状态”是指树脂、例如热固性塑料，其尤其是在室温时以表面凝胶化的状态存在，可能稍微有粘性、但还没有完全硬化地存在。该状态也被称为预产物和/或预聚物。
[0037]
当浸渍树脂只在很小的部分中交联，但在此在表面上得到一定的稳定性时，形成了预聚物的该状态，因此虽然浸渍树脂没有固态地和交联地存在，但也不再液态地存在。在b状态中，热固性塑料可以再次熔化并且液化，而不会分解。
[0038]
根据本发明优选在制造导体、即导电的和以线漆绝缘的绕组线的绕组时使用的载体介质是纤维，所述纤维用作预浸纤维。例如可以通过纤维的沉浸浸渍对纤维进行预浸渍，以制造预浸纤维。在此，纤维被拉动通过沉浸池，所述沉浸池包含必要时利用溶剂来稀释的浸渍树脂、例如被填充的和/或与添加剂混合的浸渍树脂。还未装载的纤维以预设的速度被拉动通过沉浸池，其中，纤维第一次在表面上并且根据纤维的吸收能力也在纤维内部、例如在敞开的孔和/或编织或起毡空腔中吸收浸渍树脂。在沉浸池结束后，预浸渍的纤维被干燥，并且因此除去溶剂。在此也在纤维之中和之上产生浸渍树脂的b状态。可能的是，利用b状态中的浸渍树脂润湿的纤维在表面上是稍微有粘性的。
[0039]
这样被浸渍并且干燥的纤维被命名为“预浸纤维”。术语“半成品”也包含预浸纤维。与之不同，没有或只具有很小的剩余含量的浸渍树脂的纤维被简称为“纤维”。
[0040]
以下根据附图示意性示出膨胀的颗粒的作用方式。
[0041]
在两个附图中可看到，绕组线1分别被线漆2包围。如分别在左边看到的那样，绕组线1和预浸纤维3一起形成一束导体4。绕组线1在此相同取向地、优选自然平行或大约相同取向地、即近似平行地在导体4中存在。
[0042]
在图1和图2中间示出了图1和2的左侧的局部a，其中，明显放大地示出局部a。在此，在分别处于中间的图示中可看到的是，在载体介质、如预浸纤维3的浸渍树脂5中存在填料6。在两个图1和2的最右边又放大地呈现来自中间的图示a的局部b。在此可看到的是，填料颗粒通过在定义的温度中的体积增大而软化和膨胀。在此使用发泡效应，该发泡效应使得较大的空腔和缺陷被浸渍树脂封闭。在此使用处于b状态中的被功能性填充的浸渍树脂3，该浸渍性树脂从特定的硬化温度开始经历膨胀，从而使由于处理技术存在的槽绝缘件空腔通过膨胀的材料填充。为此，例如可以使用膨胀的热塑性的空心球，其例如可以以商品名从akzo nobel公司得到。
[0043]
业已证实的是，除了更完整地填充空腔以外，还可以在使用这种颗粒的情况下改进电绝缘系统eis的导热性和耐局部放电性。
[0044]
在测试中可以证实的是，在相应的温度时，即使少量的体积增大的颗粒也显示出很强的发泡效果、即体积增大多倍。
[0045]
在另外的测试中可以证实的是，在完全硬化之前，具有铜导体的绞合的预浸纤维在b状态下已经显示出明显的体积增大。因此，可以重复制造原则上没有宏观可看到的孔的槽绝缘件。各个绕组线通过发泡力分开，并且机械固定在灌封物中。
[0046]
根据本发明可以使用被功能性填充的反应树脂和/或浸渍树脂，其可以通过装载载体介质、如纤维作为预浸纤维导入槽绝缘件中。这些被填充的浸渍树脂不适用于通过沉
浸池的浸渍方法。
[0047]
根据本发明的示例性的实施方式，还将超过50重量％的石英粉共同引入预浸料中，以便提高微孔材料的导热性。因此，尽管存在发泡效应的正面作用，也没有产生在其它情况下封闭空气的通过沉浸浸渍方法形成的热点处的导热性的缺点。因为其是一种闭孔的系统并且刚好由于发泡封闭了宏观的“敞开的孔”，所以同样实现了钝化和机械固定。在塑料的介电特性在其它方面相同的情况下，在有缺陷的区域中同样改进了耐局部放电性。
[0048]
通过本发明证实的是，与将预浸纤维用作载体介质组合地，针对浸渍树脂使用热膨胀的、更好地导热的和/或更耐局部放电的、借助沉浸浸渍不能被使用的浸渍树脂和灌封材料。因此提高电机的使用寿命和性能。此外，通过省去沉浸池浸渍过程取消了制造成本。
[0049]
根据本发明的有利的实施方式，在定子中，盖滑块和/或槽箱和/或捆扎件(bandage)利用功能性的颗粒和/或被功能性填充的浸渍树脂被预浸渍，以便进一步提高定子中的浸渍树脂量。
[0050]
可以改变颗粒的膨胀尺寸，以便必要时进一步提高耐局部放电性。在此，优选根据帕邢方程(paschen-gleichung)来选择膨胀尺寸，帕邢方程规定，局部放电从最小孔尺寸起才点燃。因此，为了提高耐局部放电性而有意引入的更小的多孔性用于防止更大的多孔性、例如在导体与槽角部之间的多孔性。其原因尤其还有，表面绝缘材料、即例如纸在体积增大时被压入槽角部中，并且因此减小导体与槽角部之间的空隙，并且因此减小局部放电的危险。
[0051]
根据本发明，建议不通过沉浸浸渍、而是通过将填充有体积增大的颗粒的浸渍树脂有针对性地引入叠片组的槽中来浸渍装备有导体的叠片组。