高導熱絕緣結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于中高壓電機的高導熱絕緣結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣系統(tǒng)是電機的重要組成部分，它的性能和狀態(tài)決定了電機在運行中的安全和壽命。電機絕緣系統(tǒng)在運行中，長期受到熱(Thermal)、電(Electrical)、環(huán)境(Ambient)和機械(Mechanical)應力，稱之為TEAM應力，熱應力是公認的造成絕緣逐漸劣化并最終導致故障的因素。一些研宄表明，絕緣的運行溫度每升高10°C，其熱壽命就大約縮短一半。熱應力來自于繞組的運行溫度，而溫度首選來自于銅導體中的I2R、渦流和雜散負載損耗，再加上鐵心損耗和風摩損耗等產(chǎn)生的熱量，這些熱量的產(chǎn)生在目前的技術(shù)范疇下是無法避免的。
[0003]為提高電機的絕緣壽命，在設(shè)計過程中經(jīng)常使用耐溫等級比電機運行溫度更高的絕緣材料，這種方法雖然能夠提高電機絕緣的壽命，但同時提高了電機的制造成本，更重要的是絕緣材料的特性決定了其耐溫等級均存在上限，當電機設(shè)計運行溫度達到200攝氏度左右的時候這種方法就無法實施?？梢姡阅芨叩慕^緣材料不僅價格增加而且其使用要求也會增多，因此采用這種辦法在增加產(chǎn)品制造成本的同時也提高了制造工藝要求。目前，絕緣結(jié)構(gòu)所用均為未添加導熱填料的絕緣材料，因此絕緣結(jié)構(gòu)整體導熱系數(shù)均低于0.25w/(m.k)，為金屬材料的百分之一到千分之一之間，遠低于導體、鐵心、機座，成為電機組成部分中阻礙熱傳導的“元兇”。因此，絕緣結(jié)構(gòu)低導熱率成為制約熱量在電機內(nèi)部傳導的主要因素，提高絕緣結(jié)構(gòu)導熱性能顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種高導熱絕緣結(jié)構(gòu)及其制作方法，以提高電機絕緣系統(tǒng)的導熱性能。
[0005]基于上述目的，本發(fā)明提供的高導熱絕緣結(jié)構(gòu)包括鐵心、嵌入在所述鐵心內(nèi)的電磁線，所述電磁線與鐵心之間依次包有導熱薄膜、云母帶、玻璃絲帶，所述鐵心的開口處密封有槽楔，所述鐵心的內(nèi)部空隙中浸漬有浸漬漆。
[0006]在本發(fā)明的一些實施例中，所述導熱薄膜選自含有導熱材料的聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜和聚醚酮薄膜中的至少一種。
[0007]在本發(fā)明的一些實施例中，所述導熱薄膜中的導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。
[0008]在本發(fā)明的一些實施例中，所述玻璃絲帶為無堿玻璃絲帶，其中含有的導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。
[0009]在本發(fā)明的一些實施例中，所述槽楔中含有的導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。
[0010]在本發(fā)明的一些實施例中，所述浸漬漆中含有的導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。
[0011]在本發(fā)明的一些實施例中，所述電磁線的絕緣層中含有導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。
[0012]在本發(fā)明的一些實施例中，所述云母帶的云母紙和補強材料中均含有導熱材料，該導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。
[0013]在本發(fā)明的一些實施例中，所述金屬氧化物選自氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅中的至少一種，所述金屬氮化物選自氮化鋁、氮化鎂、氮化鋅中的至少一種。
[0014]本發(fā)明還提供制作上述高導熱絕緣結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟:
[0015]將電磁線在梭形機上進行梭形繞制，在繞制好的梭形電磁線3包扎白布帶后進行漲型和整型；
[0016]拆除所得電磁線上的白布帶，在電磁線外依次包扎導熱薄膜、云母帶、玻璃絲帶；
[0017]將包扎有導熱薄膜、云母帶以及玻璃絲帶的電磁線嵌入定子鐵心內(nèi)，采用含有導熱材料的槽楔進行固定，然后進行連線，連線后使用導熱薄膜、云母帶和玻璃絲帶對電磁線之間的連接處進行絕緣處理；
[0018]將所得嵌線定子鐵心整體進行浸漆，固化后得到所述高導熱絕緣結(jié)構(gòu)。
[0019]從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的高導熱絕緣結(jié)構(gòu)在電磁線與鐵心之間依次包有導熱薄膜、云母帶、無堿玻璃絲帶，整個絕緣結(jié)構(gòu)中形成導熱通道，提高了電機內(nèi)部導熱效率，使其內(nèi)部熱量更快的傳導到冷卻介質(zhì)處，從而降低電機運行溫升，使絕緣的運行環(huán)境溫度有所下降以達到提高電機絕緣壽命的目的。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實施例的高導熱絕緣結(jié)構(gòu)的沿鐵心軸向的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為圖1中沿A-A方向的剖視圖。
【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0023]實施例1
[0024]本發(fā)明提供的高導熱絕緣結(jié)構(gòu)的制作方法包括以下具體實施步驟:
[0025]I)成型線圈的梭形繞制及漲型
[0026]將電磁線3 (其絕緣層含有導熱材料)在梭形機上進行梭形繞制，整個繞制過程中保持張力一致，在繞制好的梭形電磁線3外包扎白布帶(作為保護層)后進行漲型和整型。在本實施例中，所述白布帶可以選用電工白布帶?？蛇x地，所述電磁線3的絕緣層中含有導熱材料，該導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。例如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化鎂、氮化鋅等。
[0027]2)電磁線的絕緣包扎
[0028]拆除步驟I)所得電磁線3上的白布帶，按照絕緣要求在電磁線3外依次包扎導熱薄膜4和云母帶5各1/2疊包一次，最后1/2疊包一次玻璃絲帶6。包扎層數(shù)決定于電機運行電壓、絕緣材料厚度、包扎疊包率，不僅限于本實施例中的各包扎一次。需要說明的是，1/2疊包是指下一周包扎帶壓住上一周包扎帶的寬度的50%，包扎帶一邊沿著電磁線的徑向纏繞，一邊沿著電磁線軸向纏繞，從而完成整根電磁線的包扎。
[0029]可選地，也可以采用平包的方式包扎導熱薄膜4、云母帶5以及玻璃絲帶6。所述云母帶5可以使用少膠云母帶5。所述導熱薄膜4選自含有導熱材料的聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜和聚醚酮薄膜中的至少一種。所述導熱薄膜4中的導熱材料可以選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。例如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化鎂、氮化鋅等。
[0030]所述云母帶5的云母紙和補強材料中均含有導熱材料，該導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。所述玻璃絲帶6選用堿玻璃絲帶。優(yōu)選地，所述無堿玻璃絲帶中含有導熱材料，該導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種，使玻璃絲帶具有高導熱性能。例如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化鎂、氮化鋅等。
[0031]3)嵌線及連線絕緣
[0032]將步驟2)所得電磁線3 (包扎有導熱薄膜4、云母帶5以及玻璃絲帶6)按照設(shè)計要求嵌入定子鐵心2內(nèi)，采用含有導熱材料的槽楔8進行固定，然后按照設(shè)計要求進行連線，連線后使用導熱薄膜4、云母帶5和玻璃絲帶6對電磁線之間的連接處進行絕緣處理。較佳地，所述槽楔8中含有的導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。例如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化鎂、氮化鋅等。
[0033]4)真空壓力浸漆
[0034]將步驟3)所得嵌線定子鐵心整體放入真空壓力浸漆設(shè)備中進行浸漆，然后放入烘箱按照浸漬漆固化要求進行固化。優(yōu)選使用含有導熱材料的浸漬漆7，從而得到高導熱絕緣結(jié)構(gòu)，參見圖1和圖2。使用高導熱測試儀對該導熱絕緣結(jié)構(gòu)進行導熱系數(shù)測試，測得的導熱系數(shù)為0.43w/ (m.k) ο
[0035]優(yōu)選地，所述浸漬漆7中含有的導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。例如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化鎂、氮化鋅等。
[0036]實施例2
[0037]本發(fā)明提供的高導熱絕緣結(jié)構(gòu)的制作方法包括以下具體實施步驟:
[0038]I)成型線圈的梭形繞制及漲型
[0039]將電磁線3 (其絕緣層含有導熱材料)在梭形機上進行梭形繞制，整個繞制過程中保持張力一致，在繞制好的梭形電磁線3外包扎白布帶(作為保護層)后進行漲型和整型。在本實施例中，所述白布帶可以選用電工白布帶。可選地，所述電磁線3的絕緣層中含有導熱材料，該導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。例如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化鎂、氮化鋅等。
[0040]2)電磁線的絕緣包扎
[0041]拆除步驟I)所得電磁線3上的白布帶，按照絕緣要求在電磁線3外依次包扎導熱薄膜4和云母帶5各1/3疊包一次，最后1/2疊包一次玻璃絲帶6。包扎層數(shù)決定于電機運行電壓、絕緣材料厚度、包扎疊包率。需要說明的是，1/3疊包是指下一周包扎帶壓住上一周包扎帶的寬度的33.33%，包扎帶一邊沿著電磁線的徑向纏繞，一邊沿著電磁線軸向纏繞，從而完成整根電磁線的包扎。
[0042]可選地，也可以采用平包的方式包扎導熱薄膜4、云母帶5以及玻璃絲帶6。所述云母帶5可以使用少膠云母帶5。所述導熱薄膜4選自含有導熱材料的聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜和聚醚酮薄膜中的至少一種。所述導熱薄膜4中的導熱材料可以選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。例如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化鎂、氮化鋅等。
[0043]所述云母帶5的云母紙和補強材料中均含有導熱材料，該導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。所述玻璃絲帶6選用堿玻璃絲帶。優(yōu)選地，所述無堿玻璃絲帶中含有導熱材料，該導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種，使玻璃絲帶具有高導熱性能。例如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化鎂、氮化鋅等。
[0044]3)嵌線及連線絕緣
[0045]將步驟2)所得電磁線3 (包扎有導熱薄膜4、云母帶5以及玻璃絲帶6)按照設(shè)計要求嵌入定子鐵心2內(nèi)，采用含有導熱材料的槽楔8進行固定，然后按照設(shè)計要求進行連線，連線后使用導熱薄膜4、云母帶5和玻璃絲帶6對電磁線之間的連接處進行絕緣處理。較佳地，所述槽楔8中含有的導熱材料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、碳化硅中的至少一種。例如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化鎂、氮化鋅等。
[0046]4)真空壓力浸漆
[0047]將步驟3)所得嵌線定子