一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构及制备方法与流程

本发明涉及，具体为一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构及制备方法。

背景技术：

1、随着环保意识的增强和对可再生能源的需求不断提高，风力发电被广泛应用于电力系统中。而大功率风电发电机作为风力发电装置的核心组成部分之一，其性能和可靠性对风能利用效率和电力系统稳定性具有重要影响。

2、然而，传统的大功率风电发电机在长期高负荷工作下存在着问题，例如定子绕组的散热效果较差、安全性能不够理想等。为了解决这些问题，需开展相关技术研究和创新。

3、目前，一些相关技术针对定子绕组的散热和绝缘性能做出了一些尝试。例如，在绕组的表面增加导热层来提高散热效率，或者针对绕组的绝缘层材料进行改良以提高安全性能等。

4、然而，在现有技术中，绕组散热和绝缘性能之间的平衡还不够理想，无法满足大功率风电发电机高效稳定地运行的需求。因此，需要提出一种新的制备方法，能够同时优化绕组的散热性能和安全性能，从而提高大功率风电发电机的工作效率和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构及制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构，所述定子绕组包括引线部分、端部部分和直线部分，所述引线部分、端部部分和直线部分上均设置有基础层和绝缘层，其中：

3、绝缘层上设有导电层，以提供良好的电导性能，并增强引线部分的电气连接性；

4、导电层上设有阻燃层，以增强端部的火灾安全性能；

5、阻燃层上设有热导层，以能够有效传导定子绕组产生的热量，提高风电发电机的散热效率。

6、优选的，所述基础层为聚酰亚胺或聚酰胺，能够承受定子绕组的张力和外界环境的物理振动，在高温条件下保持稳定性，并提供坚固的基础支撑。

7、优选的，所述绝缘层为聚酰亚胺酰胺复合材料、环氧树脂、硅橡胶、碳纤维增强聚酰亚胺或纳米氧化铝纤维素纳米复合材料，具有耐高温、耐化学腐蚀和绝缘性能，能够有效隔离电流并保护定子绕组。

8、优选的，所述导电层为导电聚酰胺酮、金属涂层或共聚物氟化聚二氯乙烯，不仅能提供良好的电导性能，还能够增强引线部分的电气连接性和导电耐久性。

9、优选的，所述阻燃层为阻燃聚酰亚胺、氯化聚烯烃或氮磷系阻燃剂，能够抑制火焰蔓延，减缓火势扩散速度。

10、优选的，所述热导层为硅胶脂、导热粘合剂或铜基纳米复合涂层，能够快速将热量传导到散热介质中，避免过热损坏定子绕组。

11、一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构的制备方法，包括以下步骤：

12、s1.准备材料：

13、准备基础层、绝缘层、导电层、阻燃层、热导层的材料；

14、s2.制备基础层：

15、通过预浸法和热压成型工艺，在金属模具中将碳纤维增强聚酰亚胺纤维预浸料进行层压成型，形成基础层；

16、s3.制备绝缘层：

17、在基础层表面涂布纳米氧化铝纤维素纳米复合材料浆料，采用自组装和电场辅助加工技术，使纤维素纳米颗粒均匀分布在基础层上，并提高其粘附性；

18、经过热处理，使绝缘层中的纳米颗粒与基础层形成强密的结合，并形成高绝缘强度的绝缘层；

19、s4.制备导电层：

20、将导电聚合物材料溶解在适当的溶剂中，通过喷涂或印刷的方法施加在绝缘层上，经过固化处理后，形成具有良好导电性能的导电层；

21、s5.制备阻燃层：

22、利用溶液配方设计，将含氮磷系阻燃剂溶解在溶剂中，并通过喷涂或滚涂的方法施加在导电层上；

23、经过热处理，使阻燃层中的阻燃剂分布均匀，并与导电层形成较强的粘附力和阻燃效果；

24、s6.制备热导层：

25、在阻燃层上涂布纳米级铜基导热涂层，形成高导热性能的热导层；

26、通过热处理，提高热导层与阻燃层的结合强度，并增加其散热效率；

27、s7.组装和固化：

28、将制备好的各层材料按照设计规格进行组装，确保各层之间的粘合紧密；

29、采用热压、光固化或化学固化的方法，对绝缘结构进行固化以提高结构的稳定性和可靠性。

30、优选的，s4制备导电层中，在导电聚合物材料中引入金属纳米颗粒或石墨烯的纳米颗粒，能够提高导电层的导电性能，同时保持较低的粘度。

31、优选的，s5制备阻燃层中，在阻燃层中引入纳米纤维素、纳米石墨烯，能够增加阻燃层的机械强度和耐热性，提高阻燃层的耐久性和稳定性。

32、优选的，s6制备热导层中，纳米级铜基导热涂层的制备方法为：采用原子层沉积或物理气相沉积技术来涂布纳米级铜基导热涂层，能够实现薄膜的高均匀性和致密性，从而提高导热层的导热性能，通过将有机铜前驱体与氧化剂交替进入反应室，在阻燃层上生成一层均匀的铜氧化物薄膜，随后，利用氢气进行热处理，将铜氧化物还原为纯铜，形成导热性能良好的铜基导热涂层。

33、本发明提出的一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构及制备方法，有益效果在于：

34、1. 提高散热效率：

35、本发明采用纳米级铜基导热涂层作为定子绕组绝缘结构的一部分，通过制备过程中的热处理和材料选择等关键步骤，使得导热层与绕组紧密粘合，并具有良好的热导特性；这样可以有效提高大功率风电发电机的绕组散热效率，防止发电机过热，保障其正常运行；

36、2. 提升火灾安全性：

37、本发明采用氮磷系阻燃剂作为阻燃层的材料，通过设计合理的溶液配方和喷涂或滚涂工艺，使阻燃剂分布均匀并与导电层形成强粘附力，有效提高了大功率风电发电机的火灾安全性；阻燃层具有优异的耐火性能，可以有效延缓火势蔓延，保护发电机及周边设备的安全；

38、3. 提升绝缘性能：

39、本发明在绝缘层中引入纳米氧化铝纤维素材料，并采用自组装和电场辅助加工技术，使纳米颗粒均匀分布于基础层上，从而构建了高强度的绝缘结构；该绝缘层具备良好的绝缘性能，能够有效阻断绕组电流与外界环境的直接接触，提高了大功率风电发电机的绝缘可靠性；

40、4. 优化结构稳定性：

41、本发明通过热压、光固化或化学固化等方法对绝缘结构进行固化，确保各层材料之间的粘合紧密，并提高了结构的稳定性和可靠性；这对于大功率风电发电机的长期运行和抗振性能具有重要意义，能够减少因胶黏剂老化或层间剥离等问题导致的结构失效和性能降低；

42、综上所述，本发明提高大功率风电发电机的散热效率、火灾安全性、绝缘性能及结构稳定性，有效提升了风电发电装置的整体性能和可靠性；有望对风力发电行业的发展和应用具有重要的促进作用。

技术特征：

1.一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构，所述定子绕组包括引线部分（1）、端部部分（2）和直线部分（3），其特征在于，所述引线部分（1）、端部部分（2）和直线部分（3）上均设置有基础层和绝缘层，其中：

2.根据权利要求1所述的一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构，其特征在于：所述基础层为聚酰亚胺或聚酰胺，能够承受定子绕组的张力和外界环境的物理振动，在高温条件下保持稳定性，并提供坚固的基础支撑。

3.根据权利要求2所述的一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构，其特征在于：所述绝缘层为聚酰亚胺酰胺复合材料、环氧树脂、硅橡胶、碳纤维增强聚酰亚胺或纳米氧化铝纤维素纳米复合材料，具有耐高温、耐化学腐蚀和绝缘性能，能够有效隔离电流并保护定子绕组。

4.根据权利要求3所述的一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构，其特征在于：所述导电层为导电聚酰胺酮、金属涂层或共聚物氟化聚二氯乙烯，不仅能提供良好的电导性能，还能够增强引线部分的电气连接性和导电耐久性。

5.根据权利要求4所述的一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构，其特征在于：所述阻燃层为阻燃聚酰亚胺、氯化聚烯烃或氮磷系阻燃剂，能够抑制火焰蔓延，减缓火势扩散速度。

6.根据权利要求5所述的一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构，其特征在于：所述热导层为硅胶脂、导热粘合剂或铜基纳米复合涂层，能够快速将热量传导到散热介质中，避免过热损坏定子绕组。

7.根据权利要求6所述的一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构的制备方法，其特征在于：s4制备导电层中，在导电聚合物材料中引入金属纳米颗粒或石墨烯的纳米颗粒，能够提高导电层的导电性能，同时保持较低的粘度。

9.根据权利要求8所述的一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构的制备方法，其特征在于：s5制备阻燃层中，在阻燃层中引入纳米纤维素、纳米石墨烯，能够增加阻燃层的机械强度和耐热性，提高阻燃层的耐久性和稳定性。

10.根据权利要求9所述的一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构的制备方法，其特征在于：s6制备热导层中，纳米级铜基导热涂层的制备方法为：采用原子层沉积或物理气相沉积技术来涂布纳米级铜基导热涂层，能够实现薄膜的高均匀性和致密性，从而提高导热层的导热性能，通过将有机铜前驱体与氧化剂交替进入反应室，在阻燃层上生成一层均匀的铜氧化物薄膜，随后，利用氢气进行热处理，将铜氧化物还原为纯铜，形成导热性能良好的铜基导热涂层。

技术总结
本发明公开了一种风电发电机用高性能定子绕组绝缘结构的制备方法，包括以下步骤：S1.准备材料；S2.制备基础层：在金属模具中将碳纤维增强聚酰亚胺纤维预浸料进行层压成型，形成基础层；S3.制备绝缘层：在基础层表面涂布纳米氧化铝纤维素纳米复合材料浆料；S4.制备导电层：将导电聚合物材料溶解在适当的溶剂中，通过喷涂或印刷的方法施加在绝缘层上；S5.制备阻燃层；S6.制备热导层；S7.组装和固化。本发明提高大功率风电发电机的散热效率、火灾安全性、绝缘性能及结构稳定性，有效提升了风电发电装置的整体性能和可靠性；有望对风力发电行业的发展和应用具有重要的促进作用。

技术研发人员：顾新梅,朱宝阳,秦臻,浦思伟,陈宇涛,沈超,朱丹华,陈立丹
受保护的技术使用者：苏州贯龙电磁线有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15