電機的導體單元的絕緣體的改進位造方法
2023-06-29 01:10:31
專利名稱：電機的導體單元的絕緣體的改進位造方法
技術領域：
本發明涉及電機的導體單元的絕緣體的製造方法，其中該絕緣體具有絕緣帶，在 必要時絕緣帶帶有包含在其中的填充料，絕緣帶圍繞導體單元卷繞，並且用可硬化樹脂來 浸潤。
背景技術：
這種類型的導體單元用於構成大電機的電繞組，並且尤其是用於構成通常由剛性 金屬元素形成的發電站發電機的定子繞組。在其形式方面預先設置這些導體單元，並且將 其相互連接以便構成電機的總繞組。為了使得能夠令導體單元相互電絕緣，圍繞導體單元 構造絕緣體，它通過其特定構造而對電機的損耗值具有主要影響。這些損耗值不僅通過絕 緣體的厚度、而且通過絕緣體的性質來確定。絕緣體通常由圍繞導體單元卷繞的絕緣帶構 成。隨後用樹脂來浸潤絕緣帶，樹脂隨後必須經過硬化。直接影響電機的效率的電繞組的 損耗值還取決於絕緣帶內所容納樹脂的比例。絕緣帶中的樹脂的硬化程度以及尤其是聚合 程度和密度也對該損耗值有影響。存在許多用於製造導體單元的絕緣體的方法，它們涉及用可硬化樹脂進行的由絕 緣帶構成的絕緣體的所謂浸漬及其隨後的硬化。通過熱引入，對絕緣體如此產生作用，使得 不僅從絕緣帶蒸發現有溼氣，而且絕緣帶中的樹脂本身硬化。按照先前已知的方法，不僅用 於溼氣的蒸發而且用於樹脂的硬化的這些連續方法步驟以成本高且能量密集的方式來進 行。歐洲專利申請EP 0978929 A2公開一種用於浸漬電機的定子繞組的導體單元的方 法。為此設計成，導體單元在整個長度之上設有壓力密封和不透水的殼體，使得在壓制裝置 中在所有側用壓力作用於裹起來的導體棒。以比在所有側作用於殼體外側的壓力更小的壓 力將浸漬液填入殼體與導體單元之間的空隙中。這樣整個長度上應用有浸漬樹脂的、由殼 體包圍的導體單元隨後經受硬化溫度，並且同時利用壓制裝置按照形狀和大小(auf Form und Mass)擠壓。由此得到絕緣帶內樹脂的非常能量密集的硬化，因為必須以常規方式來加 熱壓制裝置。因此，不僅將導體單元而且將由多個不同壓制單元所組成的壓制裝置加熱到 硬化溫度。這個過程不僅是能量密集的而且是時間密集的，其中此外經常遇到對於可實現 的形狀和大小精度的問題。此外，還需要從所述殼體拆除，它們無法再使用。現有技術的所提及的缺點引起對於改進導體單元的絕緣體的製造方法的需求，其 特徵尤其在於更低的能量和時間開銷。此外，形成對一種簡化構造的需求，它尤其允許不僅 乾燥絕緣帶而且硬化用以浸潤絕緣帶的樹脂的各種方法步驟得到簡化或者相互組合。
發明內容
因此，本發明的目的是實現電機的導體單元的絕緣體的改進位造方法，它避免了 上述現有技術的缺點，並且具有更低能量和時間開銷。這個目的從根據權利要求1的前序部分結合表徵特徵的方法出發來實現。在從屬權利要求中給出本發明的有利擴展方案。本發明包括如下技術教導至少一個電極板設置成與絕緣體外側相鄰，以及通過 將電壓施加在導體單元與電極板之間將熱量引入絕緣體中，以便對絕緣帶中存在的樹脂產 生影響。本發明在這裡基於以下思路為了藉助電壓在絕緣體內產生硬化溫度而提供能量 供應。導體單元、絕緣體和電極板的布置構成電容器，其中絕緣體通過絕緣帶中包含的液體 或者絕緣帶中包含的樹脂而具有電介質特性。在第一種情況下，這可以是最初存在於絕緣 帶中的溼氣，在第二種情況下，可以是後續方法步驟之一中進入的樹脂量，該樹脂在絕緣帶 中本身硬化。因此，如果施加以高電壓形式構成並且同時具有高頻率的電壓，則內部熱可在 電容器布置中形成。優點在於，優選地，電介質本身變熱，並且不僅電極板而且導體單元本 身沒有加熱或者僅最小程度地加熱。結果，可實現高效的能量引入，其中尤其避免了加熱工 具所引起的梯度形成(Gradientenbildimg)的缺點。如果換句話說絕緣體由加熱的壓板來 加熱，則對於與經加熱單元相鄰的絕緣體的溫度影響更大，並且隨著與經加熱單元距離增 加而降低。當通過具有高頻率的高電壓來產生熱量時，沒有觀測到這種梯度形成，使得可基 於絕緣體中均勻的熱量形成。因此，在絕緣帶內樹脂的完全硬化的情況下，得出顯著優點。根據用於實施製造方法的布置的一個可能的有利實施例，提出將具有絕緣體的導 體單元放入u形的第一電極板，並且利用間隙補償單元居中定位在其中。間隙補償單元在 這裡具有減小用於浸漬絕緣體的樹脂量的任務。它們在U形中佔據一定量的空間，使得U 形電極板的內部空間可適合導體單元的幾何形狀。間隙補償單元優選地由非導體、尤其是 聚四氟乙烯(PTFE)或者由金屬組成。進一步地，為了在反面封閉導體單元，相對U形電極板的開口側定位平坦電極板， 其中隨後將構造為具有電壓接觸部(6)的端蓋安裝在位於導體單元的延伸方向的端部區 域。結果，形成由構成被包圍內部空間的兩個電極板和兩個端蓋構成的布置。從現在起，這 個內部空間中存在具有絕緣體的導體單元和與其相鄰的間隙補償單元。端蓋可利用密封單 元(Dichtelementen)相對於電極板壓力密封地來密封，其中也可將相應密封單元設在U形 電極板與平坦電極板之間。藉助端板中的電壓接觸部，可接觸導體單元，以便稍後對它施加 高電壓。因此，藉助絕緣體單元相對於其電壓絕緣地將電壓接觸部引入端板。按照從現在 起構成的布置，導體單元位於電極板內，其中絕緣體取決於製造而仍然具有殘留溼氣，殘留 溼氣在後續方法步驟必須從絕緣體去除。為此，提出藉助所引入的熱量、在同時將真空應用於由電極板和端蓋所構成的內 部空間中的情況下從絕緣帶蒸發絕緣帶內的溼氣。在這裡，根據本發明，熱量通過將高電壓 施加在導體單元與電極板之間來引入，因為絕緣帶內的殘留溼氣也具有電介質特性。絕緣 帶內的溼氣由此被加熱，並且可蒸發。通過構成低壓來幫助蒸發，因為藉助較低壓力，溼氣 的蒸發溫度同樣降低。通過真空與熱引入的疊加，進一步降低用於蒸發絕緣帶內溼氣的能 量開銷。這種乾燥方法可結合到現有技術的其它常用方法中，例如結合到所謂的TVPI方法 (管真空壓力浸漬，Tube-Vacuum-Pressure-Impregnation)中，其中環繞有絕緣帶的導體 單元設有可由金屬組成的壓力密封和不透水的殼體。為了採用樹脂來浸潤絕緣體的從現在起乾燥的絕緣帶並且隨後硬化樹脂，在另一 個方法步驟中，通過填入開口填入用於浸潤絕緣帶的樹脂，填入開口設在電極板中或者設
5在端蓋中，以及在連續施加增加的樹脂壓力的情況下，隨後施加用於引入熱量的電壓。在這 個方法步驟中，樹脂構成導體單元與電極板之間的電介質，其中熱引入沒有引起樹脂的蒸 發，而是引起硬化或聚合。硬化方法可結合到現有技術的其它方法中，尤其是結合到TVPI 方法中。在這種方法中，作為對於在硬化溫度硬化的備選或者作為其附加，利用高頻電壓在 殘留樹脂排乾之後處理環繞有絕緣帶並且設有可由金屬組成的壓力密封和不透水的殼體 的導體單元。對於溼氣的蒸發以及對於樹脂的硬化可不同地選擇高電壓的參數，並且例如可在 相應過程期間改變。以100V至4kV、優選地以700V至2kV以及特別優選地以lkV的高電 壓形式將電壓施加在導體單元與電極板之間。利用50kHz至40MHz、優選的至少0. 3MHz至 10MHz、特別優選的0. 5MHz的高頻率來選擇，以交流電壓形式來選擇該電壓。根據樹脂的濃 度(Konsistenz)和類型，電壓和/或高頻率的變化可在指定參數窗口中選擇，這引起硬化 過程的優化。樹脂優選地由環氧樹脂、酚醛樹脂或聚脂樹脂組成，它們可以可選地在樹脂通 過填入開口填入內部空間並且浸潤絕緣帶之前還與催化劑(Haerter)混合。為了對於絕緣體，鑑於導體單元的絕緣值來利用樹脂的改進特性從而實現進一步 硬化，提出在硬化樹脂之後將第一端蓋換成具有可密封開口的第二端蓋。在此，利用優選地 由油或浙青組成的高粘度液體、利用至少lOObar、優選的至少300bar的壓力作用於內部空 間，以便在同時提高的熱引入的情況下，通過高電壓的相應適配參數引起進一步硬化，以及 實現從內部空間引出殘留樹脂量。這種極端壓力協同通過高頻率交流電壓的能量引入產生 樹脂的聚合的改進。此外，在電極板之間的內部空間中沒有殘留樹脂。此外，可在絕緣帶中 樹脂含量較小的情況下觀測到損耗值的改進，使得可基於根據本發明浸漬的導體單元提高 具有繞組的發電機的效率。導體單元優選地用作發電機的定子繞組和/或轉子繞組的組成部分，其中發電機 按照發電站發電機的方式來構成。根據本發明的方法的一種擴展方案包括監測裝置，利用監測裝置可監測用於從絕 緣帶去除溼氣的乾燥過程以及硬化過程的進展情況。為了監測，切斷高電壓，其中藉助測量 由導體單元、絕緣體和電極板所構成的電容器的電容或者藉助測量自調節高頻發電機的能 量消耗來確定乾燥和/或硬化的程度。這樣，可利用簡單部件實施的硬化過程的監測是可 能的，其中通過與電容器的先前確定電容值的比較可確定與絕緣帶內的樹脂的硬化過程或 者密度的程度有關的準確結論。根據絕緣體內溫度的有利控制，提出在絕緣體中通過藉助所施加電壓的熱引入來 產生60°C至250°C、優選的100°C至180°C以及特別優選的140°C的溫度。此外，所產生的溫 度可適合樹脂的類型以及絕緣帶內樹脂的預期密度。在根據本發明的方法的另一個有利擴展方案中，在壓制、浸漬和硬化工具的現有 模具中持續施加增加的樹脂壓力的情況下，發生高頻率硬化。因此，現有技術的其它方法、 尤其是TVPI方法可與根據本發明的方法進行組合。在根據本發明的方法的另一個特別有利擴展方案中，在壓制、浸漬和硬化工具的 現有模具中持續地施加至少lOObar、優選的至少300bar的增加的樹脂壓力的情況下，發生 高頻率硬化。因此，現有技術的其它方法、尤其是TVPI方法可與根據本發明的方法進行組
口 o
下面連同示意表示的描述以及本發明的優選示範實施例一起根據附圖更詳細地 描述改進本發明的其它措施，其中圖1示出包括導體單元、絕緣體和電極板的構造的截面的示意表示；圖2示出根據圖1、用於大導體單元的構造的一個實施例；圖3示出根據圖1、具有小導體單元和多個間隙補償單元的構造的另一個實施例；圖4示出端部區域中的電極板的另一個視圖，其中密封地(abschliessend)設置
端蓋；圖5示出將電壓接觸部引入其中的第一端蓋的一個實施例，以及圖6示出具有可密封開口的第二端蓋的另一個實施例。
具體實施例方式圖1中表示用於實施根據本發明的方法的構造，其中包括絕緣體1、導體單元2，以 及第一電極板3和第二電極板4。根據本發明，優選地具有lkV並且頻率為0. 5MHz的高電 壓可施加在電極板3、4之間。絕緣體1包括用樹脂浸潤的絕緣帶。絕緣帶圍繞導體單元2 卷繞，這由絕緣體1的虛線結構表示。導體單元2的電接觸在導體單元端部在尾側實現，其 中不僅第一電極板3而且第二電極板4通過第二電壓極接觸。電極板3和4可由金屬導體 組成，它們彼此構成電接觸。圖2中表示一個實施例，它示出具有U形截面的第一電極板3，平坦電極板4在開 口側安裝到其上。在U形開口中存在導體單元2，例如用絕緣體1將它裹起來。導體單元2 和絕緣體1的大小適合U形電極板3的內部空間，使得不產生其中可積聚多餘樹脂的間隙。 因此，在絕緣體1與電極板3和4之間不存在間隙，使得導體單元2、絕緣體1和由電極板 3、4的布置構成電容器。圖3中表示根據圖1的布置的另一個實施例，但其中導體單元2具有比根據圖2 的實施例中更小的截面。為了補償導體單元2或者包圍它的絕緣體1與U形電極板3之間 的間隙，示出多個間隙補償單元5。間隙補償單元5的幾何構造如此連同導體單元2—起來 確定尺寸，使得完全填充通過電極板3和4所形成的內部空間。用於容納樹脂的其餘空腔 只由優選地實施為包含雲母的帶的絕緣帶構成。壓力變化和填入的填充料或蒸發的溼氣限 制到絕緣體1的體積，因為這構成U形電極板3中的其餘體積。圖4示例性地示出電極板3和4的端部區域，其中電極板3具有終端幾何結構10， 它可藉助螺栓連接11安裝在外部固定裝置。此外，具有絕緣體1的導體單元2示為在電極 板3與4之間的內側。圖5示例性地示出第一端蓋7，它適應通過相互裝配在一起的電極板3和4在側面 得到的截面幾何形狀(參見圖2)。在其中導體單元2與第一端蓋7相鄰的區域中，引入電 壓接觸部6，該電壓接觸部6通過絕緣體單元12與第一端蓋7絕緣。藉助這個電壓接觸部 6，導體單元可連接到高電壓源，以便將高電壓引導到導體單元2，並且與電極板3和4 一起 構成電容器的布置。圖6示出具有可密封開口 13的第二端蓋9的另一個實施例。如此壓力密封地實施第二端蓋9，使得可在電極板3與4內的內部空間中產生超過300bar的高壓，以便根據 最後的方法步驟，在極高壓力以及應用有提高的HF能量的情況下將高粘度液體引入電極 板內的內部空間中。由此加速完全聚合。因此，通過監測由導體單元2、絕緣體1和電極板 3、4構成的電容器的電容或者通過自調節高頻發電機，可避免電極板3和4以及導體單元2 的不必要加熱或過熱。 本發明在其實施方面並不局限於以上說明的優選實施例。而是可以想到多種變 體，在根本不同種類的實施例中，這些變體也利用所描述的解決方案。標號列表
1絕緣體
2導體單元
3電極板
4電極板
5間隙補償單元
6電壓接觸部
7弟"*立而蓋
8填入開口
9~ 立而蓋
10終端幾何結構
11螺栓連接
12絕緣體單元
13開口
權利要求
一種用於製造電機的導體單元(2)的絕緣體(1)的方法，其中所述絕緣體(1)具有至少一個絕緣帶，所述至少一個絕緣帶帶有包含在其中的可硬化樹脂，所述絕緣帶圍繞所述導體單元(2)卷繞，其特徵在於至少一個電極板(3，4)布置成與所述絕緣體(1)的外側相鄰，並且通過將電壓施加在所述導體單元(2)與所述電極板(3，4)之間將熱量引入所述絕緣體中。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，電容器的所述布置由所述導體單元(2)、所 述絕緣體(1)和所述電極板(3，4)來構成，其中所述絕緣體(1)通過所述絕緣帶中包含的 可硬化樹脂而具有電介質特性。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，將具有所述絕緣體(1)的所述導體單元 (2)放入U形的第一電極板(3)，並且利用間隙補償單元(5)居中定位在其中。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述間隙補償單元(5)如此適應所述電極 板(3，4)以及環繞有所述絕緣帶的所述導體單元(2)的輪廓，使得所述間隙補償單元完全 填充它們之間空的空隙。
5.如權利要求1至4中的任一項所述的方法，其特徵在於，為了在反面封閉所述導體單 元(2)，平坦電極板(4)相對所述U形電極板(3)的開口側定位，其中隨後將構造為具有電 壓接觸部(6)的第一端蓋(7)安裝在位於所述導體單元(2)的延伸方向的端部區域。
6.如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，藉助所引入的熱量、在同時將 真空應用於由所述電極板(3，4)和所述第一端蓋(7，9)所構成的內部空間中的情況下從所 述絕緣帶蒸發所述絕緣帶中包含的溼氣。
7.如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於填入開口(8)設置在所述電極 板(3，4)中和/或所述端蓋(7，9)中，通過所述填入開口(8)，在乾燥所述絕緣體(1)之後 填入用於浸潤絕緣帶的樹脂形式的填充料，以及隨後施加用於引入所述熱量的電壓。
8.如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，以100V至4kV、優選的700V 至2kV以及特別優選的lkV的高電壓的形式將所述電壓施加在所述導體單元(2)與所述電 極板(3)之間，其中所述電壓以具有50kHz至40MHz、優選的至少0. 3MHz至10MHz以及特別 優選的0. 5MHz的高頻率的交流電壓的形式來設置。
9.如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，環氧樹脂、酚醛樹脂或聚脂樹 脂用作樹脂，其中利用熱引入來實現所述樹脂的硬化。
10.如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，在所述樹脂的硬化之後將所 述第一端蓋(7)換成具有可密封開口的所述第二端蓋(9)，以及利用具有油或浙青的高粘 度液體、利用至少lOObar、優選的至少300bar的壓力作用於所述內部空間，以便在同時提 高的熱引入的情況下通過高電壓而引起進一步硬化，以及實現從所述內部空間引出殘留樹 月旨量。
11.如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，所述導體單元(2)用作發電 機的定子繞組和/或轉子繞組的組成部分，其中所述發電機按照發電站發電機的方式來構造。
12.如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，設有監測裝置，其中為了監 測，在切斷高電壓的情況下藉助測量由所述導體單元(2)、所述絕緣體(1)和所述電極板 (3,4)所構成的所述電容器的電容或者藉助所述自調節高頻發電機的能量消耗來確定乾燥和/或硬化的程度。
13.如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，在所述絕緣體(1)中通過借 助所施加電壓的熱引入來產生60°C至250°C、優選的100°C至180°C以及特別優選的140°C 的溫度，以便實現所述樹脂的聚合。
14.如權利要求1至12中的任一項所述的方法的壓制、浸漬和硬化工具的現有模具的 使用，其特徵在於，在持續施加提高的樹脂壓力的情況下實現所述高頻硬化。
15.如權利要求13所述的使用，其特徵在於，持續施加的樹脂壓力至少為lOObar，優選 的至少為300bar。
全文摘要
本發明涉及一種用於製造電機的導體單元(2)的絕緣體(1)的方法，其中絕緣體(1)具有絕緣帶，絕緣帶帶有包含在其中的填充料，絕緣帶圍繞導體單元(2)卷繞，其中至少一個電極板(3，4)布置成與絕緣體(1)的外側相鄰，並且通過將電壓施加在導體單元(2)與電極板(3，4)之間將熱量引入到絕緣體，以便對填充料產生影響。
文檔編號H02K15/12GK101926077SQ200980103543
公開日2010年12月22日 申請日期2009年1月21日 優先權日2008年1月25日
發明者H·薩法裡扎德 申請人:阿爾斯託姆科技有限公司