電磁線、電磁線圈和具有該電磁線圈的變頻電動(dòng)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電磁線、電磁線圈和具有該電磁線圈的變頻電動(dòng)機(jī)。所述電磁線包括：導(dǎo)線；第一絕緣層，由雙層聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜形成；第二絕緣層，由單面聚酰亞胺薄膜補(bǔ)強(qiáng)少膠云母帶形成；以及第三絕緣層，由雙層玻璃絲形成。第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層按照從里到外的順序依次繞包并固定在導(dǎo)線上。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電磁線不但具有優(yōu)異的耐電暈性和絕緣性，還具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性。
【專利說(shuō)明】電磁線、電磁線圈和具有該電磁線圈的變頻電動(dòng)機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高壓變頻電動(dòng)機(jī)制造和維修領(lǐng)域，尤其涉及一種電磁線、電磁線圈和 具有該電磁線圈的變頻電動(dòng)機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002] 電磁線是構(gòu)成電動(dòng)機(jī)線圈繞組的關(guān)鍵材料之一，電磁線主要分為繞包線和漆包線 兩種，區(qū)別在于絕緣工藝的差異。漆包線是指在導(dǎo)體的外面包覆絕緣漆，使繞制成線圈后的 相鄰匝間絕緣，漆包線具有絕緣層薄、表面光滑和易于排線等的特點(diǎn)，常見(jiàn)于小型電動(dòng)機(jī)。 但針對(duì)高壓變頻電動(dòng)機(jī)而言，由于工作電壓很高，對(duì)其絕緣結(jié)構(gòu)的要求標(biāo)準(zhǔn)也必須相應(yīng)提 高，僅薄薄幾層絕緣漆顯然并不能夠確保它的絕緣性，因此，常見(jiàn)的高壓變頻電動(dòng)機(jī)的電磁 線多為多層絕緣結(jié)構(gòu)的繞包線。
[0003] 脈寬調(diào)制（PWM)變頻電源是變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣的一種電源，與正弦交流電 壓不同，其輸出電壓的電流示意波形相當(dāng)于重復(fù)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，這種狀態(tài)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的絕 緣壽命產(chǎn)生很大的影響。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了大批變頻電動(dòng)機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)被過(guò)早破壞 的情況，其主要的原因是由匝間局部放電引起的匝間短路造成的。變頻電動(dòng)機(jī)匝間絕緣產(chǎn) 生局部放電，又稱作電暈現(xiàn)象，發(fā)生電暈現(xiàn)象需要兩個(gè)條件：第一，繞組的相鄰匝間的電壓 超過(guò)起暈電壓；第二，相鄰匝間存在氣隙或氣泡。
[0004] 在電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程中，盡管很多電動(dòng)機(jī)制造廠家采用了例如真空壓力浸漆的較 先進(jìn)的浸漆工藝，但仍然不能完全避免在電磁線的絕緣結(jié)構(gòu)的交界處產(chǎn)生氣泡和氣隙。因 為在交流電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度與介電常數(shù)成反比，氣體的介電常數(shù)很小，所以氣泡中的電場(chǎng)強(qiáng) 度要比周圍介質(zhì)中高很多，而氣體擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般比液體或固體低很多，因此很容易在氣泡 中出現(xiàn)放電。長(zhǎng)期重復(fù)性的局部放電作用，必然加速絕緣結(jié)構(gòu)的老化，最終損壞電動(dòng)機(jī)，并 且脈沖頻率越高，幅值越大，電動(dòng)機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的壽命就越短。
[0005] 當(dāng)采用PWM變頻電源供電時(shí)，變頻電動(dòng)機(jī)的絕緣處于循環(huán)交變應(yīng)力作用下，如果 電動(dòng)機(jī)使用的電磁線不采取特殊的設(shè)計(jì)、工藝和考核標(biāo)準(zhǔn)，則電動(dòng)機(jī)的絕緣將快速老化，導(dǎo) 致電動(dòng)機(jī)的壽命成幾何級(jí)數(shù)縮短。另外，需要指出的是變頻電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源中含有高次 諧波分量，系統(tǒng)中的電壓、電流變化率大（即dv/dt、dl/dt高），這種情況除了威脅電動(dòng)機(jī) 的匝間絕緣外，還將影響電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱并誘發(fā)噪聲、振動(dòng)和過(guò)高的軸電壓，而過(guò)高的軸電壓 又會(huì)使軸承的對(duì)地絕緣受到威脅或損壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種電磁線、電磁線圈和具有該電磁線圈的變頻電動(dòng)機(jī)， 以解決高壓變頻電動(dòng)機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)過(guò)早被破壞的問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明的一方面提供一種電磁線，所述電磁線包括：導(dǎo)線；第一絕緣層，由雙層聚 酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜形成；第二絕緣層，由單面聚酰亞胺薄膜補(bǔ)強(qiáng)少膠云母帶形成；以 及第三絕緣層，由雙層玻璃絲形成，其中，第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層按照從里 到外的順序依次繞包并固定在導(dǎo)線上。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，導(dǎo)線可以為銅扁線。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第一絕緣層的股間絕緣結(jié)構(gòu)的雙面厚度可以為 0· 30mm〇
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，所述聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜的厚度可以為 0. 0375mm。 toon] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第二絕緣層的股間絕緣結(jié)構(gòu)的雙面厚度可以為 0. 36mm〇
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，所述單面聚酰亞胺薄膜補(bǔ)強(qiáng)少膠云母帶的厚度可以 為 0· 09mm。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第三絕緣層的股間絕緣結(jié)構(gòu)的雙面厚度可以為 L 6mm〇
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，玻璃絲的厚度可以為0. 2mm。
[0015] 本發(fā)明的另一方面提供一種電磁線圈，所述電磁線圈利用根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí) 施例的電磁線制成，通過(guò)聚酰亞胺環(huán)氧浸漬漆對(duì)所述電磁線圈進(jìn)行匝間膠化處理，并通過(guò) 粉云母帶對(duì)所述電磁線圈進(jìn)行對(duì)地絕緣處理。
[0016] 本發(fā)明的又一方面提供一種變頻電動(dòng)機(jī)，所述變頻電動(dòng)機(jī)具有根據(jù)本發(fā)明的示例 性實(shí)施例的電磁線圈。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述和/或其他特征和 方面將變得清楚和易于理解，其中：
[0018] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電磁線的剖面的示意圖。
[0019] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電磁線的股間絕緣結(jié)構(gòu)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 以下，參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，在此闡述的示例性實(shí)施 例僅是說(shuō)明性的，不應(yīng)被理解為用來(lái)限制本發(fā)明。在下文中除非另有說(shuō)明，否則相同的附圖 標(biāo)記始終指示相同的元件。
[0021] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電磁線的剖面的示意圖。如圖1所示，電磁線 可以包括導(dǎo)線10、第一絕緣層20、第二絕緣層30和第三絕緣層40。在本示例性實(shí)施例中， 導(dǎo)線10可以是銅扁線，然而，本發(fā)明不限于此，導(dǎo)線還可以是任何具有導(dǎo)電性能的金屬線。
[0022] 圖1中的A和B是電磁線的厚度和寬度，其標(biāo)稱尺寸和公差范圍可以為A: 2. 85mm ?2. 89mm、B :6. 41mm ?6. 45mm。導(dǎo)線 10 的裸線規(guī)格可以是 5. 67mmX 2. 02mm。導(dǎo) 線10的尺寸偏差、圓角半徑和截面積應(yīng)符合GB6108. 3的規(guī)定。另外，在導(dǎo)線10為銅扁線 的情況下，導(dǎo)線10還應(yīng)符合GB5584. 2中TBR型銅扁線的要求，其表面應(yīng)是光潔的，不應(yīng)有 毛刺、擦傷、銅粉、氧化層及油污等，以避免對(duì)第一絕緣層20造成損傷。
[0023] 在本示例性實(shí)施例中，第一絕緣層20可以由兩層結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄 膜形成。具體地講，首先在導(dǎo)線10的表面上繞包第一層聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜21，其次 在第一層聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜21上繞包第二層聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜22,然后 通過(guò)燒結(jié)工藝使雙層聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜與導(dǎo)線10彼此固定。需要注意控制燒結(jié)質(zhì) 量，保證形成的第一絕緣層20質(zhì)量可靠，性能優(yōu)良。利用雙層聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜形 成的第一絕緣層20具有電性能良好，絕緣層均勻，不偏心，無(wú)針孔，厚度薄等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)降低 絕緣厚度，提高電機(jī)輸出能力有著重要意義。
[0024] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電磁線的股間絕緣結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖2所 示，在本示例性實(shí)施例中，聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜的單層厚度為0. 0375mm，第一絕緣層的 厚度為a。由于在將雙層的聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜繞包到導(dǎo)線10上并完成燒結(jié)之后，得 到的單股電磁線的第一絕緣層20的雙面厚度2a可以為0. 15mm，因此相鄰兩股電磁線的第 一絕緣層20的股間絕緣結(jié)構(gòu)的雙面厚度4a可以為0. 30mm。
[0025] 另外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，耐電暈雙層聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜的溫度 指數(shù)可以為220,在交流頻率50Hz、電壓20KV/mm、溫度23°C的條件下，其耐電暈壽命可以超 過(guò)100000小時(shí)（相當(dāng)于11. 5年），其起暈電壓與普通的亞胺薄膜相比可以提高兩倍以上。
[0026] 返回參照?qǐng)D1，在本示例性實(shí)施例中，第二絕緣層30可以由單面聚酰亞胺薄膜補(bǔ) 強(qiáng)少膠云母帶形成。具體地講，將單面聚酰亞胺薄膜補(bǔ)強(qiáng)少膠云母帶繞包在第一絕緣層20 上，繞包方向可以與第一絕緣層20相同，也可以相反。然后利用粘結(jié)漆，通過(guò)粘結(jié)工藝使單 面聚酰亞胺薄膜補(bǔ)強(qiáng)少膠云母帶與聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜緊密貼合，無(wú)氣泡或氣隙。所 使用的粘結(jié)漆和粘結(jié)工藝不會(huì)影響和破壞單面聚酰亞胺薄膜補(bǔ)強(qiáng)少膠云母帶與耐電暈雙 層聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜各自的性能指標(biāo)。得到的耐電暈雙層聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄 膜繞包燒結(jié)線的第一絕緣層20表面光滑，沒(méi)有起皺或翹起等缺陷。
[0027] 云母具有優(yōu)良的絕緣性和導(dǎo)熱性，將云母制成云母帶繞包在電磁線上不但可以增 強(qiáng)匝間絕緣，還可以使電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量通過(guò)云母帶的導(dǎo)熱性而快速散發(fā)出去。 云母帶通常按含膠量分類，低于大約9 %的云母帶為少膠云母帶，膠含量介于大約9 %? 22%的云母帶為中膠云母帶，膠含量大于大約32%的云母帶為多膠云母帶。少膠云母帶的 優(yōu)點(diǎn)是絕緣性和導(dǎo)熱性好，但是云母是硬而脆的物質(zhì)，膠含量少的云母帶難免柔韌性欠佳。 示例性實(shí)施例利用聚酰亞胺薄膜對(duì)少膠云母帶進(jìn)行單面補(bǔ)強(qiáng)，既優(yōu)化了云母帶的絕緣性和 導(dǎo)熱性，又提高了云母帶的韌性和強(qiáng)度，使其足以在高壓變頻電動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)中 不會(huì)輕易碎裂，避免匝間短路的發(fā)生。
[0028] 再次參照?qǐng)D2,在本示例性實(shí)施例中，單面聚酰亞胺薄膜補(bǔ)強(qiáng)云母帶的單層厚度 為0. 09mm，第二絕緣層的厚度為b。由于在將單層的單面聚酰亞胺薄膜補(bǔ)強(qiáng)云母帶繞包到 第一絕緣層20上并完成粘結(jié)之后，得到的單股電磁線的第二絕緣層30的雙面厚度2b可 以為0. 18mm，因此相鄰兩股電磁線的第二絕緣層30的股間絕緣結(jié)構(gòu)的雙面厚度4b可以為 0. 36mm〇
[0029] 返回參照?qǐng)D1，在本示例性實(shí)施例中，第三絕緣層40可以由雙層玻璃絲形成。玻璃 絲有兩個(gè)特點(diǎn)，耐熱性良好并且易于掛漆。本示例性實(shí)例首先在第二絕緣層30上繞包第一 層玻璃絲41，其次在第一層玻璃絲41上繞包第二層玻璃絲42，兩者的繞包方向既可以相同 也可以不同，然后再利用玻璃絲粘結(jié)漆，通過(guò)粘結(jié)工藝使兩層玻璃絲固定在第二絕緣層30 上。所使用的玻璃絲粘結(jié)漆和粘結(jié)工藝不影響和破壞云母帶的性能指標(biāo)，得到的混包電磁 線的第三絕緣層40的表面平滑、連續(xù)，沒(méi)有裂紋或斷絲等物理?yè)p壞和雜質(zhì)。由于高壓變頻 電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)會(huì)發(fā)熱，因此電磁線圈常處于高溫狀態(tài)，本示例性實(shí)施例的雙層玻璃絲41 和42因其具有優(yōu)良的耐熱性，能承受高溫并且保持股間絕緣和匝間絕緣。
[0030] 再次參照?qǐng)D2,在本示例性實(shí)施例中，玻璃絲的單層厚度為0. 2mm，第三絕緣層的 厚度為c。由于在將雙層的玻璃絲繞包到第二絕緣層30上并完成粘結(jié)之后，得到的單股電 磁線的第三絕緣層40的厚度2c可以為0. 8mm，因此相鄰兩股電磁線的第三絕緣層40的股 間絕緣結(jié)構(gòu)的雙面厚度4c可以為1. 6mm。
[0031] 此外，可以將根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電磁線制成電磁線圈，利用粉云母帶 包扎線圈進(jìn)行對(duì)地絕緣處理，包扎好后進(jìn)行嵌線裝配。在完成線圈的嵌線裝配后，再利用聚 酰亞胺環(huán)氧浸漬漆對(duì)繞組進(jìn)行匝間膠化處理，使繞組的各線圈的匝間彼此緊密固定。根據(jù) 本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電磁線可以滿足變頻電源的要求，各絕緣層的材料和絕緣漆與制 作電磁線圈所使用的材料具有相容性。
[0032] 此外，還可以將根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電磁線圈應(yīng)用在工作電壓為10KV， 功率為2800KW的變頻電動(dòng)機(jī)上，由于該變頻電動(dòng)機(jī)為高壓變頻電動(dòng)機(jī)，根據(jù)本發(fā)明的示例 性實(shí)施例的電磁線和電磁線圈因?yàn)槠鋬?yōu)異的絕緣結(jié)構(gòu)而可以滿足高壓變頻電動(dòng)機(jī)對(duì)絕緣 的要求。
[0033] 下面，將描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的高壓變頻電動(dòng)機(jī)的電磁線的電氣性能 和力學(xué)性能。
[0034] (1)直流電阻
[0035] 在20°C時(shí)，單位長(zhǎng)度的直流電阻滿足：
[0036] R20 - P 2〇/Smin
[0037] Smin :導(dǎo)體最小面積，a，b按最小尺寸和r的最大值計(jì)算；
[0038] Smin = aminXbmin-〇. 8584r2max
[0039] P 20 :20°C時(shí)導(dǎo)體的電阻率，單位Ω · mm2/m。
[0040] (2)電阻率
[0041] 在20°C時(shí)，導(dǎo)體的電阻率滿足P 2Q彡1/58 Ω · mm2/m。
[0042] (3)擊穿電壓
[0043] 試驗(yàn)方法按GB/T4074. 5-2008進(jìn)行，升壓速率0. 5KV/s，測(cè)試五個(gè)試樣的最小擊穿 電壓不低于18KV。
[0044] (4)溫度指數(shù)
[0045] 耐電暈雙層聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜的溫度指數(shù)為220。
[0046] 其余絕緣漆的溫度指數(shù)為180。
[0047] (5)附著性
[0048] 切割拉伸15%后，所有絕緣層失去附著性的長(zhǎng)度均不超過(guò)lb。
[0049] (6)伸長(zhǎng)率
[0050] 導(dǎo)體的伸長(zhǎng)率不低于32%。
[0051] (7)回彈角
[0052] 電磁線的最大回彈角不大于5°。
[0053] 綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電磁線采用三種不同絕緣材料混合繞包 形成絕緣結(jié)構(gòu)，提高了電磁線的機(jī)械強(qiáng)度，能夠滿足高壓變頻電動(dòng)機(jī)的電氣強(qiáng)度要求，降低 了成本。將根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電磁線制成的電磁線圈設(shè)置在l〇KV、2800KW的高 壓變頻電動(dòng)機(jī)中，耐電暈性和絕緣性優(yōu)異，在我國(guó)攀西地區(qū)經(jīng)受夏季炎熱的考驗(yàn)仍然運(yùn)行 狀況良好。
[〇〇54] 雖然已經(jīng)如上示出和描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的 是，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求及其等同物所界定的 范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種電磁線，其包括： 導(dǎo)線； 第一絕緣層，由雙層聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜形成； 第二絕緣層，由單面聚酰亞胺薄膜補(bǔ)強(qiáng)少膠云母帶形成；以及 第三絕緣層，由雙層玻璃絲形成， 其中，第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層按照從里到外的順序依次繞包并固定在 導(dǎo)線上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁線，其中，導(dǎo)線為銅扁線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁線，其中，第一絕緣層的股間絕緣結(jié)構(gòu)的雙面厚度為 0. 30mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁線，其中，聚酰亞胺-氟46復(fù)合薄膜的厚度為0. 0375mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁線，其中，第二絕緣層的股間絕緣結(jié)構(gòu)的雙面厚度為 0· 36mm〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁線，其中，單面聚酰亞胺薄膜補(bǔ)強(qiáng)少膠云母帶的厚度為 0. 09mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁線，其中，第三絕緣層的股間絕緣結(jié)構(gòu)的雙面厚度為 L 6mm〇
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電磁線，其中，玻璃絲的厚度為0. 2mm。
9. 一種電磁線圈，其特征在于所述電磁線圈利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁線制成， 通過(guò)聚酰亞胺環(huán)氧浸漬漆對(duì)電磁線圈進(jìn)行匝間膠化處理，并通過(guò)粉云母帶對(duì)電磁線圈進(jìn)行 對(duì)地絕緣處理。
10. -種變頻電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述變頻電動(dòng)機(jī)具有根據(jù)權(quán)利要求9所述的電磁線 圈。
【文檔編號(hào)】H01F41/04GK104103350SQ201410374605
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】盧明輝, 馬義健, 黎愛(ài)軍 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司