專利名稱：由一個心體和若干繞組元件構(gòu)成的受浸漬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個由一個鐵磁導(dǎo)電心體和若干繞組元件構(gòu)成的裝置，例如可用于大于20MVA、特別適用于大于50MVA接受功率或發(fā)生功率的大型電機，本發(fā)明所述裝置特別適用于在渦輪發(fā)電機中作為其定子。
在這樣一個裝置中的繞組元件通常具有一個包含至少一根導(dǎo)電良好的金屬線或金屬棒、特別是包含多根這種金屬棒的基體，其周圍是包封著半導(dǎo)電保護層的絕緣套。一個繞組元件的絕緣套一般由用填充材料待浸漬或浸漬過的含云母的材料構(gòu)成;在通常情況下，是一根繞制在基體上的以精細云母為主的條帶，填充材料為人造樹脂，優(yōu)先采用熱固化的環(huán)氧樹脂系列，例如一種熱固化的環(huán)氧樹脂和酸酐的混合物。在一個繞組元件中的一根金屬線或金屬棒可以是空心的，以便引入流體冷卻劑。大家知道，繞組元件可以是帶有棒型基體、特別是約呈直線型的底部彎曲的基體的繞組棒，也可以是具有由繞線構(gòu)成的基體的成型線圈;成型線圈通常具有約呈直線型的、分別置于專門槽中的兩個部分。繞組棒通常用于特高功率的發(fā)電機，例如渦輪發(fā)電機上。成型線圈特別適用于小功率的發(fā)電機。
最廣為所知的制造帶有繞組元件的大型電機部件的方法需要制備繞組元件，即在嵌入繞組元件前就具有了被浸漬過的絕緣套并且通過在專門加壓模具中使浸漬固化而獲得所需要的外部造型。其間，也可以采用所謂全浸漬方法，即將繞組元件安裝到相應(yīng)的心體中之后進行填充材料的浸漬;這樣，到目前為止一直是必要的采用加壓或類似方法的精密成型就成了多余的工序。此外，在全浸漬方法中，心體上固定繞組元件的槽也全用填充材料填滿，這樣，繞組元件不需要進一步地采用到目前為止一直是十分必要的楔固措施就遠不會脫出地固定在心體的槽中。
在設(shè)計由心體和繞組元件構(gòu)成的待浸漬裝置時，應(yīng)該考慮到此裝置既在用填充材料浸漬及其后的固化時，也在以后在電機中應(yīng)用時均能承受在通常環(huán)境溫度和大于100℃之間的溫度變化。由于心體(一般由鐵磁金屬材料構(gòu)成)和填充材料(通常為環(huán)氧樹脂)熱膨脹系數(shù)的差異，應(yīng)該估計和考慮到出現(xiàn)熱壓力和在填充材料中形成裂縫的可能性。對此人們已經(jīng)認識到，在每個繞組元件和置入繞組元件槽的至少一個槽壁之間嵌入一個隔離層，它的強度明顯小于槽中其它層的強度，以致裂縫優(yōu)先在此隔離層中形成。為了避免在這些裂縫的輝光放電(這種情況特別是在大型電機的定子中將構(gòu)成危險)，需將此隔離層電屏蔽，即將其嵌入到至少是兩個彼此相連的弱導(dǎo)電層之間，其中，直接與繞組元件連接的弱導(dǎo)電層通常可以作為繞組元件“外放電保護”的保護層。隔離層后面和保護層對面的另一弱導(dǎo)電層的功能在某種情況下可以由槽壁本身承擔(dān)。然而也可以嵌入一層附加的導(dǎo)電或弱導(dǎo)電夾層。
在制造大型電機部件時采用全浸漬方法的其它實施方案可以參考WO91/01059A1和EP0379012A2;這兩篇文獻涉及由鐵磁和導(dǎo)電心體和繞組棒所構(gòu)成的裝置以上述方式按全浸漬方法的制造。此外，第二篇文獻還給出了在利用全浸漬方法優(yōu)點的情況下，繞組棒在心體中的固定是怎樣構(gòu)型的。
關(guān)于全浸漬方法在大型電機部件制造方面應(yīng)用的進一步說明可以參考DE3636008A1和美國專利3，990，029。然而這兩篇文獻僅涉及具有繞組棒的裝置，其絕緣套在嵌入心體中時已經(jīng)浸漬過了。
關(guān)于制造電機繞組元件和繞組的說明以及在高電、熱負載電機上如何絕緣的說明可參考H.Sequenz編著的“電機繞組制造”一書，Springer出版社，維也納和紐約1973年出版。關(guān)于電機絕緣的重要材料云母的詳細闡述可參考西門子公司H.-W.Rotter所著“云母和云母制品”一書，柏林和慕尼黑1985年出版。特別是在這本著作中包括著片狀云母(即通過剝分大云母晶體所獲得的薄片)和精細云母(即通過精細研磨而獲得的像紙一樣的云母制品)應(yīng)用的各種實施方案。片狀云母和精細云母特別適用于由相應(yīng)云母制品在諸如日本紙、玻璃織物和人造纖維織物上形成的云母條帶。正如上述兩本參考書所述，精細云母特別適于制造在高電、熱負載電機上的絕緣，因為片狀云母構(gòu)成的絕緣層因彈性作用和進一步剝分的傾向而導(dǎo)致空隙形成要比精細云母容易得多，從而可能引起絕緣層中的輝光放電。
一種按全浸漬方法以填充材料浸漬的由鐵磁和導(dǎo)電心體和繞組棒構(gòu)成的裝置示于WO91/01059A1，如上所述在此裝置中，在每個繞組棒和其所屬槽的至少一個槽壁之間設(shè)置一個隔離層，此層具有電屏蔽以避免輝光放電。此隔離層是由不被填充材料浸潤的物質(zhì)做成的，這些物質(zhì)可以是涂層或者是織物或薄膜的浸漬物，它們在某種情況下可能由孔或類似方式讓填充材料穿過。為了保證隔離層的屏蔽，將此層置于兩個弱導(dǎo)電夾層之間。這兩個夾層或者是通過穿通隔離層而彼此相連從而形成電接觸，或者是采用一個與兩個弱導(dǎo)電層相連的金屬接觸導(dǎo)體。
本發(fā)明的任務(wù)在于給出一個由一個鐵磁和導(dǎo)電心體和置于心體相應(yīng)槽中的若干繞組元件所構(gòu)成的裝置，此裝置以全浸漬方法采用填充材料進行浸漬(其中，繞組元件的絕緣套亦得到浸漬)，在每個繞組元件和每一槽的至少一個槽壁之間設(shè)置一個可以穿過填充材料的隔離層，并且通過穿過隔離層使每個繞組元件的保護層和槽壁彼此電接觸，其中，必須不采用難于浸漬的隔離方式，也不需要由于可能產(chǎn)生渦流損耗而導(dǎo)致局部發(fā)熱的特制金屬接觸導(dǎo)體。
本發(fā)明所述由鐵磁和導(dǎo)電心體和置于心體相應(yīng)槽中的關(guān)于繞組元件構(gòu)成的裝置中a)每個繞組元件有一個導(dǎo)電良好的基體，其周圍包圍著可浸漬的絕緣套，此絕緣套被一個弱導(dǎo)電的可浸漬保護層所覆蓋;
b)在每個繞組元件和其相應(yīng)槽的至少一個槽壁之間有一個可浸漬的隔離層;
c)通過穿過隔離層實現(xiàn)保護層和槽壁的電接觸;
本發(fā)明所述裝置的特征在于d)隔離層基本上由云母薄片構(gòu)成，它們平設(shè)在繞組元件和槽壁之間;
e)保護層經(jīng)多個弱導(dǎo)電橋與槽壁電接觸。
本發(fā)明特別能夠利用片狀云母可分離的優(yōu)點。云母晶體和由云母晶體獲得的云母片由于晶體結(jié)構(gòu)傾向于在特定的解理面上進一步分離，其中，云母片分離成更薄的許多互相重疊的薄片。這種性質(zhì)可用來在本發(fā)明所述裝置的每個槽內(nèi)形成若干區(qū)，通過收縮過程而引起的云母分離集中在這些區(qū)中。此裝置的可浸漬性不會由于采用片狀云母而受到影響，在全浸漬過程中，填充材料可以從若干云母薄片之間流過，或者橫過鱗片狀互相重疊的云母薄片之間的縫隙。
此外，本發(fā)明可以有效地排除由于在槽中隨時間而變化的磁場產(chǎn)生的渦流，因為采用了一個弱導(dǎo)電體取代良好導(dǎo)電接觸導(dǎo)體，它通過穿過隔離層而形成電接觸。與此相應(yīng)，本發(fā)明所述裝置特別適于制造用途廣泛的電機定子，在這種電機中，在心體槽中的交變磁場比較強，因此采用良好導(dǎo)電的接觸導(dǎo)體易產(chǎn)生較大的渦流從而是很不利的。
比較有利的是在本發(fā)明所述裝置中，云母薄片固定在浸漬的載體面上或是在載體中，比較好的方法是采用一種片狀云母薄膜或者是在浸漬紙或浸漬織物上帶云母薄片的片狀云母條帶。在可能情況下，可以采用包在這類載體之間的一種片狀云母制品。在上述這些情況下，特別有利的是以一種弱導(dǎo)電織物作為載體，這些織物以多種形式提供。它們可以由弱導(dǎo)電的人造纖維構(gòu)成，通過摻入導(dǎo)電顏料(例如煤煙)使其變?yōu)閷?dǎo)電體或呈現(xiàn)弱導(dǎo)電夾層。
本發(fā)明所指“弱導(dǎo)電”的概念可以這樣理解一個平面擴展的薄導(dǎo)電物(一個薄膜或一塊織物)對于流過其表面的電流所呈現(xiàn)的電阻可以用所謂比表面電阻表征。比表面電阻等于構(gòu)成對象的物質(zhì)的比電阻與其厚度之商，從而等于電流垂直或平行其各邊流過的一個單位方形的電阻。其它造型的平面件的電阻等于其比表面電阻與一個系數(shù)相乘，其中，此系數(shù)僅與對象造型相關(guān)而特別是與此對象的伸延狀況無關(guān)。本發(fā)明中所謂的“弱導(dǎo)電”是指這樣的織物和類似物質(zhì)，其比表面電阻約為典型的、在電機中已知的放電保護裝置的比表面電阻數(shù)值。比表面電阻在2KΩ和100KΩ之間，特別是在5KΩ和30KΩ之間的導(dǎo)電織物特別適用。這些表征弱導(dǎo)電的數(shù)據(jù)是指樹脂浸漬后的織物，通常情況下，樹脂浸漬可以很大地提高一種織物的比表面電阻，在此織物中，樹脂在浸漬前還在彼此接觸的纖維之間構(gòu)成絕緣層。實踐表明，樹脂浸漬可以將一個良好導(dǎo)電或弱導(dǎo)電織物的比表面電阻提高十倍。
在本發(fā)明所述裝置的各種實施方案中，用于連接保護層和槽壁的橋同樣可以由弱導(dǎo)電織物構(gòu)成。例如可以將一個弱導(dǎo)電條帶的若干段穿過隔離層，從而使它們既與一個繞組元件的保護層、也與槽壁電接觸。特別有利的是將唯一的弱導(dǎo)電織物條帶沿著繞組元件穿過隔離層的許多縫隙，使其逐段交替地位于隔離層的兩側(cè)，這樣，本發(fā)明所述的橋就是條帶上穿過隔離層的各段。
本發(fā)明所述裝置的另一個有利的實施方案是在隔離層和槽壁之間嵌入一個由弱導(dǎo)電織物構(gòu)成的夾層。這樣的夾層可以覆蓋槽的全部內(nèi)表面，即兩個槽壁和槽底的面積。在某種情況下僅用夾層覆蓋一個槽壁也就足夠了。這樣一個夾層可以用于將繞組元件固定在槽內(nèi)，因為通過嵌入夾層使隔離層產(chǎn)生了一定的不平整度，并且，即使在隔離層內(nèi)形成了若干裂縫，仍然可以避免出現(xiàn)大面積的或可能貫穿整個槽的縫隙。以此方式，在隔離層內(nèi)盡管形成了裂縫，仍然可以實現(xiàn)繞組元件某種程度的位置固定，這就是此方法有利之處。
在本發(fā)明所述裝置中，在不影響其它構(gòu)造的情況下，只要是設(shè)置一個夾層，則此夾層就可以作為云母薄片載體而用于隔離層，這樣，制造該裝置所需的部件數(shù)目即可減少從而使生產(chǎn)成本下降。
根據(jù)本發(fā)明所述裝置進一步有利的構(gòu)型具有另一種可能性，這種可能性在某種情況下，可以與其它構(gòu)型相結(jié)合，即每個繞組元件可以由自身的隔離層覆蓋。以此方式，隔離層可以在繞組元件放入槽之前的準(zhǔn)備階段形成。這就從根本上簡化了放入過程，因為，所有需要放入槽的部件，在放入槽前可以很容易地而且不會因空間過窄而受到任何損壞地安裝在繞組元件上。每個繞組元件的隔離層就成了一個環(huán)繞在繞組元件上的多圈含云母片的隔離條帶的有利形式。
弱導(dǎo)電橋采用弱導(dǎo)電織物條帶構(gòu)成是比較有利的，此條帶沿繞組元件固定，即構(gòu)成隔離層的條帶交替地沿此帶上方、下方纏繞在繞組元件上。
此外，夾層也以弱導(dǎo)電織物形式設(shè)置在由隔離層覆蓋的繞組元件上也是比較有利的。例如對繞組元件可以在隔離層上面用弱導(dǎo)電條帶纏繞。
本發(fā)明所述裝置的各種構(gòu)型在用填充材料特別是環(huán)氧樹脂或一種環(huán)氧樹脂和酸酐的混合物浸漬后，特別適合作為大型電機，特別是定子的部件。
采用固化了的填充材料特別是環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂與酸酐的混合物或以環(huán)氧樹脂為基本材料的其它配方浸漬的本發(fā)明所述裝置各種實施方案的優(yōu)點在于，每個槽至少有一個主要是平行于槽壁的電屏蔽隔離層，其強度小于在槽中其它層的強度并且在此層中由于熱致收縮過程引起的裂縫極易產(chǎn)生，然而并無有害后果。
以下藉助于附圖所示的幾個實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。這些實施例是為了強調(diào)本發(fā)明根本性的特征，有可能簡化地圖解和/或表示得有些變形。各圖表示圖1本發(fā)明的一個簡單實施例;
圖2根據(jù)本發(fā)明進一步構(gòu)型的實施例;
圖3和圖4一個在本發(fā)明特別有利的實施形式中應(yīng)用的繞組元件的各向視圖。
圖1示出由一個鐵磁和導(dǎo)電的并列多層疊片16構(gòu)成的心體1和置于心體1槽3中的兩個繞組元件2組成的裝置的局部圖。槽3用槽擋板15封閉。每個繞組元件2有一個導(dǎo)電良好的基體4，其周圍包圍著一個絕緣套5，其上面有一層纏繞在絕緣套5上帶狀構(gòu)型的保護層6。在每個繞組元件2中都描繪了一個未形成具體結(jié)構(gòu)的基體4，應(yīng)當(dāng)指出，在大型電機上通常每個繞組元件都包括一個帶有多根金屬棒或金屬線的基體，其中至少有一部分是空心的，以便導(dǎo)入流體冷卻劑，例如空氣、氫氣或水。每個繞組元件2的保護層6上纏繞著一個隔離層8;此隔離層8由一根在紙或纖維載體11上包含云母薄片10的條帶構(gòu)成。為了表示載體11，隔離層8的云母薄片10省略了。為了在保護層6和一個槽壁7之間形成弱導(dǎo)電橋9，弱導(dǎo)電條帶12與隔離層8一起以如下方式纏繞在繞組元件2上，即條帶12交替位于隔離層8的上方、下方。這樣，條帶12既與保護層6，也與槽壁7連接;穿過隔離層8的條帶段12構(gòu)成橋9，因為在圖中每個繞組元件2全部被隔離層8覆蓋。根據(jù)本發(fā)明的這些機械強度較小的層不僅位于每個繞組元件2和僅一個槽壁7之間，而且也位于每個繞組元件2和每個槽壁7之間，同時也位于每個繞組元件2和槽底14之間。
圖2示出了本發(fā)明所述由心體1和置于心體1的一個槽3中的繞組元件2構(gòu)成的裝置的另一個實施例。槽3被槽擋板15封閉。每個繞組元件2有一個基體4、一個絕緣套5和一個保護層6，并且被隔離層8所覆蓋。在槽壁7和兩個繞組元件2之間嵌入了一個導(dǎo)電的、最好是弱導(dǎo)電織物的夾層13，此夾層13以上述方式進一步改善了隔離層8的性能。圖中示出的夾層13僅覆蓋了一個槽壁7，并很有可能在某種情況下采用一種覆蓋槽的兩個壁7和槽底14的U形夾層是有利的。
本發(fā)明所述裝置的一個特別優(yōu)異的實施例是采用一個繞組元件2及其附加部件實現(xiàn)的，如圖3中的俯視圖和圖4中垂直于圖3視面的截面所示。具有基體4、絕緣套5和保護層6的繞組元件2(在圖示例中為一根繞組棒)被周圍有夾層13的隔離層8覆蓋。為了使保護層6與夾層13電接觸，一根弱導(dǎo)電條帶12交替在隔離層8上方、下方穿過在隔離層8上的縫隙17，這樣，它即與夾層13，也與保護層6連接。橋9由帶12穿過縫隙17的一段構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明僅還需要將圖3和圖4所示裝置轉(zhuǎn)入支架中;所有置入支架的部件均已與繞組元件2構(gòu)成一體。很清楚，最為有利的是絕緣套5、保護層6、隔離層8以及夾層13是按照先后次序?qū)⒏鞣N帶纏繞在基體4上制成的，所述各種帶可以是弱導(dǎo)電的和/或含云母的帶。這種可能性在圖1和圖2中已經(jīng)表現(xiàn)出來，當(dāng)然也可以用在圖3和圖4的裝置上。
本發(fā)明所述由一個鐵磁和導(dǎo)電心體和各種類型繞組元件構(gòu)成的裝置以獨特的方式，在必要的制造成本、也在工作負載方面均能滿足制造大型電機部件、特別是定子的全浸漬方法的要求。
1心體2繞組元件3槽4基體5絕緣套6保護層7槽壁8隔離層9橋10云母薄片11載體12弱導(dǎo)電條帶13夾層14槽底15槽擋板16片17縫隙
權(quán)利要求
1.由鐵磁和導(dǎo)電心體(1)和置入心體(1)相應(yīng)槽(3)的繞組元件(2)構(gòu)成的裝置在此裝置中a)每個繞組元件(2)具有一個良好導(dǎo)電的基體(4)，其周圍包圍著由弱導(dǎo)電可浸漬保護層(6)覆蓋的可浸漬絕緣套(5)；b)在每個繞組元件(2)和其相應(yīng)槽(3)的至少一個槽壁(7)之間制備了一個可浸漬的隔離層(8)；c)保護層(6)和槽壁(7)通過穿過隔離層(8)彼此電接觸；此裝置的特征在于d)隔離層(8)基本上由平設(shè)在繞組棒(2)和槽壁(7)之間的云母薄片構(gòu)成；e)保護層(6)經(jīng)多個弱導(dǎo)電橋(9)與槽壁(7)電接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，云母薄片(10)固定在浸漬載體(11)面上或是在其中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，載體(11)為弱導(dǎo)電織物。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中一個權(quán)利要求的裝置，橋(9)由弱導(dǎo)電織物構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，橋(9)由弱導(dǎo)電織物條帶(12)形成，此條帶(12)多次穿過隔離層(8)從而既與保護層(6)、也與槽壁(7)電接觸。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中一個權(quán)利要求的裝置，一個由弱導(dǎo)電織物構(gòu)成的夾層(13)位于隔離層(8)和槽壁(7)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，夾層(13)覆蓋槽壁(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的裝置，隔離層(8)固定在夾層(13)上。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中一個權(quán)利要求的裝置，每個繞組元件(2)被一個隔離層(8)覆蓋。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，每個隔離層(8)是一個多次圍繞繞組元件(2)纏繞的條帶。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，一個由弱導(dǎo)電織物構(gòu)成的條帶(12)被隔離層(8)上下交替地纏繞在繞組元件(2)上，以形成橋(9)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至12的裝置，在每一個繞組元件(2)上，隔離層(8)均被由弱導(dǎo)電織物構(gòu)成的夾層(13)所覆蓋。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，夾層(13)是一個由弱導(dǎo)電織物構(gòu)成的纏繞在隔離層(8)上的條帶。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中一個權(quán)利要求的用填充材料，特別是固化了的環(huán)氧樹脂浸漬的裝置，每個槽(3)至少有一個基本上平行于一個槽壁(7)的電屏蔽隔離層(8)，其強度小于槽(3)中其它層的強度。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求的用填充材料、特別是固化環(huán)氧樹脂浸漬的裝置用作大型電機的部件，特別是定子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一由一個鐵磁和導(dǎo)電心體和置入心體相應(yīng)槽的若干繞組元件構(gòu)成的裝置。每個繞組元件具有一良好導(dǎo)電的基體，其周圍是弱導(dǎo)電浸漬保護層覆蓋的浸漬絕緣套。在每個繞組元件和其相應(yīng)槽的至少一個槽壁之間有一隔離層，它基本上由平設(shè)在繞組元件和槽壁間的云母薄片構(gòu)成。保護層和槽壁穿過隔離層經(jīng)弱導(dǎo)電橋而彼此電接觸。本發(fā)明所述裝置特別適于采用全浸漬方法制造電機部件，即將本裝置用填充材料(特別是以環(huán)氧樹脂為基本組分)加以浸漬。
文檔編號H02K3/34GK1070519SQ92110570
公開日1993年3月31日 申請日期1992年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月13日
發(fā)明者R·馮穆西爾, W·希爾, G·克倫澤, N·迪森 申請人:西門子公司