CN1190800C - 绝缘材料及其绕组 - Google Patents

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Abstract

围绕被缠绕的导体的外周边形成高导热绝缘薄膜，采用的高导热绝缘带包括云母层、加强层和高导热填充层，其中各云母层和高导热填充层的树脂含量的范围特定为绝缘材料总重量的10～25%。

Description

绝缘材料及其绕组
技术领域
本发明涉及用于电动转动设备的绕组，特别是涉及绝缘材料，以便制成用于电气设备的绕组中的绝缘薄膜。
背景技术
通常，将绝缘薄膜用于电动转动设备中的电绕组，其由绝缘材料制成，例如在日本专利JP-A-63-110929(1988)中公开的内容。即，绝缘材料包括云母层、加强层和填充层，在填充层中包括具有高导热性能的填充物，在各材料层中包含有树脂。将绝缘材料缠绕在被缠绕导体的外周边，用于电气设备的绕组的绝缘薄膜在压力状态下，通过使绝缘材料中的树脂固化形成。
上述采用绝缘材料制成用于电气设备的绕组中的绝缘薄膜，在低电压电动转动设备的运行中不存在任何问题。但是，当其用于高电压电动转动设备的运行过程中，例如商业中使用的动力设备，高电压电动机或类似设备，很容易产生电缺陷，而且，其电学特性有趋于恶化的倾向。
鉴于上述问题，本发明的发明人研究了容易产生电缺陷的原因，产生电缺陷的原因如下所述：
当形成电气设备的绕组中的绝缘薄膜时，一部分微小气泡保存在云母层和填充层中，含有微小气泡的树脂不能部分排出，从而留在了绝缘材料中。由此，当形成用于电气设备的绕组中的绝缘薄膜时，导致浸入绝缘薄膜中的树脂在施加压力的过程中，没有足够的流动性，这是因为在云母层和填充层中的树脂含量没有保持合适的数值。
发明内容
本发明的目的是提供用于电气设备的绕组，其绝缘薄膜具有优良的电学特性。特别是，本发明的目的在于提供一种绝缘材料，其可以获得用于电气设备的绕组中的绝缘薄膜，这种绝缘薄膜具有优良的电学特性。
与本发明有关的绝缘材料包括云母层、加强层和填充层，同时在各云母层和填充层中的树脂含量的特定范围是绝缘材料的总重量的10～25％(重量)。
云母层包括云母薄片和/或云母颗粒。加强层包括加强材料例如玻璃布。填充层包括具有热传导率至少为5W/m·K的填充物，例如铝。绝缘材料是这些材料层的叠层体，其顺序是云母层、加强层和填充层，或者是填充层、云母层和加强层。
绝缘材料还包括树脂，例如环氧树脂。包括在绝缘材料中的树脂总含量的范围是绝缘材料的总重量的20～50％(重量)，而在各云母层和填充层中的树脂含量的范围是绝缘材料的总重量的10～25％(重量)。
特定的在各云母层和填充层中的树脂含量至少为绝缘材料总重量的10％(重量)的道理是，当形成用于电气设备的绕组中的绝缘薄膜时，必须使各云母层和填充层中包括占树脂总重量的至少10％(重量)，以便在施加压力的过程中，排出在云母层和填充层中的微小气泡。
使各云母层和填充层中的树脂含量等于或小于绝缘材料的总重量的25％(重量)的道理是，如果各云母层和填充层中的树脂含量超过绝缘材料总重量的25％，将绝缘材料缠绕到导体上的可加工性降低，而且绝缘材料将产生皱褶。
与本发明有关的绝缘材料特别规定在云母层中的树脂含量与填充层中的树脂含量的差等于或小于10％(重量)。
将云母层中的树脂含量与填充层中的树脂含量的差规定为等于或小于10％(重量)的道理是，如果在云母层中的树脂含量与填充层中的树脂含量的差超过10％(重量)，要被排出的包括有微小气泡的部分树脂将从树脂含量大的材料层中转移到树脂含量小的材料层中，并且在施加压力的过程中，在形成用于电气设备的绕组中的绝缘薄膜中保留下来。
按照本发明的用于电气设备的绕组，采用绝缘材料制成绝缘薄膜，其包括高绝缘强度层、加强层和导热层，分别在高绝缘强度层和导热层中的树脂含量分别为绝缘材料的总重量的10～25％。
高绝缘强度层是包括云母薄片的云母层。加强层是包括加强材料例如玻璃布的材料层。导热层是填充层，其包括具有热传导率至少为5W/m·K的填充物，例如铝。
各材料层中具有树脂，例如环氧树脂。树脂总含量的范围是绝缘材料的总重量的20～50％，各云母层和填充层中的树脂含量的范围是绝缘材料的总重量的10～25％。在云母层中的树脂含量与填充层中的树脂含量的差等于或小于10％(重量)。
调整在各云母层和填充层的树脂含量的范围是绝缘材料的总重量的10～25％的道理是，要获得理想的电学特性，例如交流绝缘击穿电压为26.5～29.0KV/mm。
采用绝缘材料制成用于电气设备的绕组的绝缘薄膜的过程如下：
首先，缠绕要被绝缘的导体数次，形成被缠绕的导体。然后，围绕被缠绕导体的外周边缠绕绝缘材料，使得云母层或填充层最靠近被缠绕的导体。接着，将可剥离物施加到绝缘材料的外周边。成形夹紧件固定在绕组上，通过夹紧件施加外作用力。然后，加热到指定温度，使绝缘材料中的树脂固化，随着绝缘材料中的部分树脂排出包含在绝缘材料中的微小气泡，制成绝缘薄膜。
附图说明
图1是横截面图，其表示了本发明的高导热绝缘带的材料结构的实施例；
图2是立体图，其表示了本发明的电动设备的实施例的绕组；
图3是立体图，其表示了本发明的电动设备的实施例中绕组的制造过程；
图4是动力设备的横截面图；
图5是定子槽的立体图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施例。在图1a中描绘了本发明的高导热绝缘带(高导热预浸渍带)的材料结构。高导热绝缘带1包括叠层体，其中云母层3(高绝缘强度层)具有小云母薄片层2，具有玻璃布4的加强层5，高导热填充层(导热层)包括铝的颗粒材料6，其依次形成叠层材料。叠层体还可以按照下列顺序形成，高导热填充层7、云母层3和加强层5，如图1b所示。
高导热绝缘带1还包括在各云母层3、加强层5和高导热填充层7中的树脂8，树脂8的总含量是高导热绝缘带1的总重量的31.4％(重量)。在云母层3中的树脂含量是高导热绝缘带1的总重量的12.9％(重量)，而在高导热填充层7中的树脂含量是高导热绝缘带1的总重量的15.0％(重量)。
高导热绝缘带1按下列方法制成：首先，采用制纸设备将分散在水中的小云母薄片制成小云母薄片层2(重量165g/m2)，并且制备玻璃布4(重量35g/m2)。通过混合三份重量的BF3一乙胺与100份重量的酚醛清漆型环氧树脂，制成树脂8，使其浸入小云母薄片层2和玻璃布4，通过粘结小云母薄片层2和玻璃布4得到小云母薄片层材料(云母层3和加强层5的叠层体)。
混合三份重量的BF3一乙胺与100份重量的酚醛清漆型环氧树脂制成树脂8，与铝颗粒材料6相混合，以便使铝颗粒材料6与树脂8的重量比为2∶1。然后添加10％(重量)的丁酮，采用涂敷设备将树脂施加到小云母薄片层材料的加强层5的侧面，使得树脂的涂敷量为256g/m2。然后，通过蒸发排除丁酮，获得高导热绝缘片材。
采用切割设备将高导热绝缘片材切割为30毫米宽，得到高导热绝缘带1。
在图2中描绘了在本发明的实施例中用于电气设备的绕组。用于电气设备9的绕组包括被缠绕的导体10，导体10由缠绕的多个绝缘导体10a形成，还包括高导热绝缘薄膜11，所述高导热绝缘薄膜11在被缠绕的导体10的外周边部分形成。
用于电气设备的绕组9按下列方式制成：首先，如图2所示，将多个绝缘的导体10a缠绕数次，形成被缠绕的导体。然后，采用如图1所示的高导热绝缘带1缠绕被缠绕的导体的外周。此时，高导热绝缘带1的缠绕与云母层3无关，与最靠近被缠绕的导体10的高导热填充层7也无关。但是，在本发明的实施例中，将高导热绝缘带1缠绕在被缠绕的导体10的外周，以致云母层3最靠近被缠绕的导体10。接着，可剥离带12缠绕在高导热绝缘带1的外周边。将可剥离带12缠绕在高导热绝缘带1的外周边的原因是要避免成形夹紧件粘结于高导热绝缘带1，这在下面将予以描述。
然后，成形夹紧件固定在被缠绕的导体10上，如图3所示，外力从表面通过成形夹紧件13施加作用。接着，通过加热到指定温度，使高导热绝缘带1中的树脂8固化，形成高导热绝缘薄膜11，在此过程中，排除包括在高导热绝缘带1中的微小气泡，其存在于高导热绝缘带1的部分树脂14中，然后，得到电气设备的绕组9。
如上所述，将按照本发明的实施例制造的电气设备的绕组9装入电动转动设备的芯槽中，例如，装入发电机、电动机或类似的设备中。
图4和5表示一发电机的横截面视图，其中将绕组9插入发电机槽50中。此发电机包括定子支架100，其支撑着轴承20，定子安装在定子支架100上，转子由转子芯60构成并且可转动地安装在定子中的轴承20上。定子具有定子芯30，绕组9插入槽50中，将其作为定子线圈40。如图5所示，将定子线圈40装入芯槽50中，由设置在槽50和定子线圈40之间的玻璃纤维加强塑料制成的弹簧90固定。将片材70和由玻璃纤维加强塑料制成的弹簧90以夹层方式固定在斜劈元件80和定子之间，以便，将定子的绕组40固定到槽50中。
下面，将交流击穿电压施加到本发明的实施例中的电气设备的绕组上，以及，将施加到比较例的电气设备的绕组上的试验数据表示在表1中。用于试验中的比较例的电气设备的绕组采用高导热绝缘物制成，所述绝缘物由高导热绝缘带制成，其制备过程如下所述：
首先，采用造纸设备将分散在水中的小云母薄片制成小云母薄片层2(重量165g/m2)，并且，制备玻璃布4(重量35g/m2)。通过混合三份重量的BF3一乙胺与100份重量的酚醛清漆型环氧树脂制成树脂，使其浸入小云母薄片层2和玻璃布4，通过粘结小云母薄片层2和玻璃布4得到小云母薄片层材料(云母层3和加强层5的叠层体)。
混合三份重量的BF3一乙胺与100份重量的酚醛清漆型环氧树脂制成树脂，与铝颗粒材料6相混合，以便使铝颗粒材料6与树脂8的重量比为3.5∶1。然后添加10％(重量)的丁酮，采用涂敷设备将树脂施加到小云母薄片层材料的加强层5的侧面，使得树脂的涂敷量为230g/m2。然后，通过蒸发排除丁酮，获得高导热绝缘片材。
采用切割设备将高导热绝缘片材切割为30毫米宽，得到高导热绝缘带1。
在采用上述方法制造的比较例的高导热绝缘带中的树脂总含量是高导热绝缘带的总重量的19.3％(重量)。在高导热填充层中的树脂含量是高导热绝缘带的总重量的10.4％(重量)。
采用如上所述方法制造的高导热绝缘带制备电气设备的绕组9。其制造方法与本发明的实施例所述相同，因此省略描述。
在试验中，施加交流击穿电压，采用铝箔分别缠绕本发明实施例的电气设备的绕组的外周边，以及比较例的绕组，将其作为电极，测量施加在铝电极和用于电气设备的各绕组的缠绕导体之间的交流击穿电压。试验结果表示在表1中。
                        表1
测量击穿绝缘电压的结果
    实施例     比较例
观察的数值(KV/mm)     26.5     19.0
    29.0     17.5
    27.5     21.5
平均数值(KV/mm)     27.7     19.3
如表1所示，用于本发明的实施例中的电气设备的绕组具有高于比较例的电气设备中的绕组的交流击穿电压。这是因为用于电气设备的绕组的高导热绝缘薄膜采用高导热绝缘带制成，其中在各云母层和高导热填充层中的树脂含量的特定范围是绝缘材料总重量的10～25％(重量)，还因为包含在高导热绝缘带中的微小气泡可以被有效排除，这些微小气泡在形成电气设备中绕组的高导热绝缘薄膜的过程中，在挤压作用下，随着高导热绝缘带中的部分树脂排出，而部分树脂留在高导热绝缘带中。
因此，本发明的实施例的用于电动设备的绕组具有密度高、电学特性优良的高导热绝缘薄膜，其具有相当高的可靠性，为电气转动设备提供了高电压运行条件。
按照与本发明有关的绝缘材料，可以获得优良电学特性的高导热绝缘薄膜，因为，在各云母层和高导热填充层中的树脂含量的特定范围是绝缘材料总重量的10～25％(重量)，还因为包含在高导热绝缘带中的微小气泡可以被有效排除，这些微小气泡在形成电气设备的绕组中的高导热绝缘薄膜的过程中，在挤压作用下，随着高导热绝缘带中的部分树脂排出。
按照上述特定的树脂含量，因为在采用绝缘材料缠绕被缠绕导体的过程中，减少了绕组的可塑性，避免了使绝缘材料产生皱褶。因此，在电气设备的绕组中，可以避免绝缘薄膜内出现空穴，这些空穴将引起电缺陷。由此，可以获得电学特性良好的高导热绝缘薄膜。
按照与本发明有关的绝缘材料，可以获得电学特性良好的高导热绝缘薄膜。因为，在云母层中的树脂含量与填充层中的树脂含量的差特定为等于或者小于10％(重量)，在部分树脂中含有微小气泡，其可以被排出，并以避免其从另一层树脂含量大的材料层中进入或保存在树脂含量小的一层材料内。
按照本发明的用于电气设备的绕组，用于电气设备的具有高可靠性的绕组具有优良电学特性的绝缘薄膜，即使将这种绕组用于任何电动转动设备，也可以获得这种优良的电学特性，而不恶化。因为采用绝缘材料制成绝缘薄膜，其中在各云母层和高导热填充层中的树脂含量的特定范围是绝缘材料总重量的10～25％(重量)，还因为包含在高导热绝缘带中的微小气泡可以被有效排除，这些微小气泡在形成电气设备的绕组中的高导热绝缘薄膜的过程中，在挤压作用下，随着高导热绝缘带中的部分树脂排出。
如果使用绝缘材料制成绝缘薄膜，其中树脂含量确定为前面所述的特定范围，在采用绝缘材料缠绕被缠绕的导体过程中，减少了绕组的可塑性，避免了使绝缘材料产生皱纹。因此，在电气设备的绕组中，可以避免绝缘薄膜内出现空穴，这些空穴将引起电缺陷。而且，用于电气设备的绕组具有高可靠性和优良的电学特性，即使将这种绕组用于任何电动转动设备，也可以获得这种优良的电学特性，而不恶化。
按照本发明的用于电气设备的绕组，采用绝缘材料制成绝缘薄膜，其中因为云母层中的树脂含量与填充层中的树脂含量的差等于或小于10％(重量)，包括在云母层中的部分树脂中的微小气泡可以被排出，可以防止微小气泡从另一层树脂含量大的材料层进入或保存在树脂含量小的材料层中。用于电气设备的具有高可靠性的绕组具有高导热绝缘薄膜，所述高导热绝缘薄膜具有优良的电学特性，即使将这种绕组用于任何电动转动设备，也可以获得这种优良的电学特性，而不恶化。

Claims (8)

1.一种绝缘材料，其包括云母层、加强层和填充层，云母层和填充层包括树脂，其特征在于，在所述云母层和所述填充层每一个中的树脂含量范围分别是所述绝缘材料总重量的10～25％。
2.按照权利要求1所述的绝缘材料，其特征在于，所述云母层中的树脂含量与所述填充层中的树脂含量相差重量的10％或更小。
3.按照权利要求1所述的绝缘材料，其特征在于，所述云母层中的树脂含量与所述填充层中的树脂含量基本彼此相等。
4.按照权利要求1所述的绝缘材料，其特征在于，所述绝缘材料中的总树脂含量范围是所述绝缘材料总重量的20-50％。
5.按照权利要求1所述的绝缘材料，其特征在于，所述填充层包括填充材料，所述填充材料具有至少为5W/m·K的导热率。
6.一种用于电气设备的绕组，其包括由绝缘材料制成的绝缘薄膜，所述绝缘材料包括云母层、加强层和填充层，云母层和填充层的每一个均包括树脂，其特征在于，在所述云母层和所述填充层每一个中的树脂含量范围分别是所述绝缘材料总重量的10～25％。
7.按照权利要求6所述的用于电气设备的绕组，其特征在于，所述绝缘材料中的总树脂含量的范围是所述绝缘材料总重量的20-50％。
8.按照权利要求6所述的用于电气设备的绕组，其特征在于，所述绝缘材料的所述填充层包括填充材料，所述填充材料具有至少为5W/m·K的导热率。
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