專利名稱：用于磁導(dǎo)線的自我修復(fù)的絕緣體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電導(dǎo)體的絕緣覆蓋的形成，特別是在電動(dòng)馬達(dá)中使用的銅導(dǎo)體。如果最初應(yīng)用的涂層有缺口、破裂或以其他方式經(jīng)受使其絕緣性能降低的破壞，絕緣覆蓋包括能夠在導(dǎo)線上再生電絕緣涂層的封裝化學(xué)物質(zhì)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)馬達(dá)通過(guò)與靜止構(gòu)件(定子，最常見(jiàn)地大體類似中空?qǐng)A筒)和大體圓柱形旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(轉(zhuǎn)子，其軸線位于定子的軸線上)相關(guān)聯(lián)的相反磁場(chǎng)的相互作用進(jìn)行操作?？梢允闺娏魍ㄟ^(guò)電導(dǎo)體來(lái)電產(chǎn)生這些磁場(chǎng)中的任意一個(gè)或兩個(gè)。更通常地，使用多個(gè)導(dǎo)體，所述導(dǎo)體被配置為產(chǎn)生它們各自磁場(chǎng)的加性相互作用。當(dāng)通過(guò)在低磁阻材料諸如鐵基合金上進(jìn)行的規(guī)定區(qū)域內(nèi)限制合作導(dǎo)體來(lái)成形和調(diào)節(jié)時(shí)，這些磁場(chǎng)相互作用最有效且產(chǎn)生最大馬達(dá)扭矩。將理解，導(dǎo)體及其支撐低磁阻結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造成使得它們根據(jù)馬達(dá)類型構(gòu)造轉(zhuǎn)子和定子。成形定子或轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)的一種常規(guī)方式是在關(guān)于氣缸軸線徑向布置且沿其長(zhǎng)度延伸的多個(gè)槽中的其中一個(gè)定位合作導(dǎo)體。槽的體積明顯限制了可被容納的電導(dǎo)體的體積，但是，諸如導(dǎo)體形式的其他因素也很重要。例如，具有圓形剖面的隨機(jī)纏繞導(dǎo)體通常沒(méi)有放置或定位的正方形、矩形或其他側(cè)平行的剖面導(dǎo)體更加有效地填充槽剖面。然而進(jìn)一步限制源自需要使導(dǎo)體回路彼此絕緣且與定子框架絕緣。每個(gè)導(dǎo)體涂有電絕緣介質(zhì)，這有利地將其與鄰近物電隔離，但是增加了導(dǎo)體間隔且因此限制了對(duì)于任何給定槽尺寸可使用的導(dǎo)體的數(shù)量。因此，應(yīng)該盡可能地減少隔離厚度。取決于馬達(dá)的操作條件和導(dǎo)體的尺寸，涂層厚度可以從大約0.001英寸至大約 0. 010英寸(大約0. 025至0. 25毫米)。這些涂層被設(shè)計(jì)為賦予到導(dǎo)體的良好附連并且在馬達(dá)制造處理結(jié)束時(shí)展示無(wú)裂痕或暴露的導(dǎo)體。但是，在與薄的絕緣涂層聯(lián)結(jié)的馬達(dá)制造期間導(dǎo)體經(jīng)受的大量處理和加工的組合，可能導(dǎo)致破裂或?qū)ν繉拥膿p害。最終，這種損害可能導(dǎo)致絕緣體擊穿，引起相鄰導(dǎo)體之間或?qū)w與定子框架之間的短路，導(dǎo)致需要修復(fù)馬達(dá)。
因此，有利地是，在主絕緣體性能受損時(shí)，絕緣體的介電性能能夠得到恢復(fù)。此外，在維修中，所有馬達(dá)經(jīng)受源于感應(yīng)磁場(chǎng)的相互作用的“自身力”。這些力被施加到馬達(dá)的所有載流構(gòu)件，包括繞組。這些力促進(jìn)了各個(gè)繞組的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且導(dǎo)致摩擦或微振磨損，最終導(dǎo)致絕緣體擊穿。通常，作出規(guī)定通過(guò)將繞組捆綁在一起或通過(guò)封裝繞組至少略微硬質(zhì)材料諸如環(huán)氧基樹(shù)脂或清漆或兩者的組合)來(lái)牢固繞組并防止其相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 然而，力的幅度，特別是，在大電流牽引馬達(dá)中，幾乎保證部分導(dǎo)體將發(fā)生摩擦。因此，還由于此原因，如果主要絕緣性能受損，則有利的是，自動(dòng)恢復(fù)絕緣體的介電屬性。

發(fā)明內(nèi)容
磁導(dǎo)線電導(dǎo)體可以形成在不同剖面和長(zhǎng)度方向形狀中，以用于在電設(shè)備中，諸如 線圈，螺線管，變壓器，發(fā)電機(jī)和馬達(dá)。導(dǎo)體常被擠壓以獲得期望的剖面?？梢孕纬砷L(zhǎng)線圈 或短形狀。在其制造的某些階段，導(dǎo)體涂有薄的電絕緣組分(通常為聚合物)液體層，然后被 干燥或固化以獲得適當(dāng)?shù)碾娮杷絹?lái)防止組裝好的電設(shè)備中的短路。然而，通常必須在轉(zhuǎn) 子或定子上纏繞磁導(dǎo)線，或者以其他方式使其成形以便放置在磁導(dǎo)線支撐體組件中。磁導(dǎo) 線的這種成形可能對(duì)硬化的絕緣層施加應(yīng)力，且產(chǎn)生影響其電阻的小裂紋或其他缺陷。本 發(fā)明提供了磁導(dǎo)線的自我修復(fù)涂層，能夠修補(bǔ)電絕緣中的這種缺陷。在本發(fā)明的實(shí)施例中，包含在微囊體中的可聚合材料被分散在適當(dāng)?shù)耐ǔＪ褂玫?絕緣材料中，并通過(guò)將磁導(dǎo)線浸沒(méi)在分散體中或通過(guò)其他適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線涂層處理來(lái)應(yīng)用。微 囊體被設(shè)計(jì)為確保在應(yīng)用絕緣層期間不會(huì)出現(xiàn)微囊體的破裂和可聚合材料的釋放。然而， 微囊體被構(gòu)建為在絕緣層損壞的情況下破裂。微囊體小于聚合物絕緣層的應(yīng)用厚度且以充 足的量分散以提供足夠的可聚合修補(bǔ)材料，以封住保護(hù)導(dǎo)體的絕緣層中的裂紋或小破裂。可以采用各種封裝，包括在暴露到氧時(shí)聚合的亞麻籽油或桐油；在暴露到水或 水蒸氣時(shí)聚合的異氰酸酯；以及響應(yīng)于分開(kāi)存儲(chǔ)的引發(fā)器或交聯(lián)劑如胺的異氰酸酯。此外， 至少在這些導(dǎo)線的彎曲制造處理期間可以采用諸如紫外線(UV)光的外部聚合引發(fā)器。在 本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)在馬達(dá)等的組裝中已經(jīng)對(duì)導(dǎo)線施加應(yīng)力之后，絕緣涂層可能被 加熱，經(jīng)受UV輻射等?？赡茉诮?jīng)過(guò)或沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)際絕緣測(cè)試的情況下進(jìn)行這些處理。在電 裝置已被批準(zhǔn)使用或投入使用之前，此處理的定時(shí)引入受應(yīng)力且可能損壞的磁導(dǎo)線絕緣層 的自我修復(fù)。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，具有自我修復(fù)聚合材料囊體的絕緣材料可以包括 催化劑等，以修補(bǔ)在該設(shè)備投入使用之后引起的損壞。意在通過(guò)化學(xué)結(jié)合或通過(guò)機(jī)械聯(lián)鎖將微囊體適當(dāng)?shù)馗浇拥浇^緣體。因此，絕緣體 經(jīng)歷的且能夠?qū)^緣體造成損壞的任何機(jī)械負(fù)荷將被傳遞到囊體，以使囊體破裂且釋放其 容納物。適當(dāng)?shù)奈⒛殷w殼材料是聚氨酯、聚脲、環(huán)氧樹(shù)脂或包括玻璃的硅酸鹽類材料?？梢?使用界面聚合方法產(chǎn)生聚合物殼，使用溶膠凝膠方法產(chǎn)生硅酸鹽類殼。包括聚氨酯、聚脲或 環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)殼的微囊體殼結(jié)構(gòu)與玻璃或硅酸鹽外殼的組合也是適合的。優(yōu)選地，在聚合且永久重塑絕緣層和恢復(fù)其絕緣性能之前，微囊體容納物以適于 允許微囊體容納物流動(dòng)且填充絕緣涂層中的任何破損的速率可流動(dòng)和聚合。將理解，微囊 體的強(qiáng)度應(yīng)該與絕緣涂層的強(qiáng)度相當(dāng)，從而足以劣化絕緣層的絕緣性能的破裂或損壞需要 微囊體破裂。顯然，微囊體的殼強(qiáng)度明顯大于絕緣材料的強(qiáng)度是不可取的，因?yàn)槲⒛殷w可能 不能響應(yīng)于絕緣層的損壞而破裂，因此不能在損壞位置處補(bǔ)救絕緣體。使用殼強(qiáng)度明顯小 于絕緣材料的強(qiáng)度的囊體也是不可取的，因?yàn)槲⒛殷w僅響應(yīng)于微小變形可釋放且消耗且容 納物，從而危害到后面的更嚴(yán)重的變形的補(bǔ)救。因此，囊體應(yīng)該滿足兩個(gè)限制第一，除非破裂囊體限制可聚合材料；第二，相對(duì) 于其嵌入的絕緣材料，囊體展現(xiàn)特定強(qiáng)度?？梢酝ㄟ^(guò)具有包括單材料的殼的微囊體或通過(guò) 包括多種殼材料或?qū)拥奈⒛殷w來(lái)滿足這些要求。此外，分散在絕緣膜中的微囊體的數(shù)量適 于釋放足夠量的可流動(dòng)可聚合容納物，以封住或填充絕緣膜中的小裂痕，從而在裂痕處恢 復(fù)至少部分絕緣功能。本發(fā)明還提供如下方案
1. 一種在電設(shè)備中使用的磁導(dǎo)線的長(zhǎng)度上形成自我修復(fù)電絕緣涂層的方法，所述磁導(dǎo) 線成形并置于所述設(shè)備的支撐構(gòu)件上，并且具有定位成與沿磁導(dǎo)線的所述長(zhǎng)度的另一表面 相對(duì)或者與另一磁導(dǎo)線的表面相對(duì)的表面，所述方法包括
使每個(gè)磁導(dǎo)線的這些表面涂覆一層電絕緣材料，所述材料組成為形成與所述磁導(dǎo)線的 所述表面共延的連續(xù)電絕緣層，所述絕緣材料還包括電絕緣體前體材料的囊體，所述囊體 小于所述絕緣層的厚度，且具有一定量，以便在裂紋會(huì)隨后形成在絕緣層的一部分中處釋 放電絕緣體前體材料；以及其后
成形所述磁導(dǎo)線以放置在所述電設(shè)備中，所述成形在所述絕緣層的某個(gè)位置處引起機(jī) 械應(yīng)力，所述囊體組成為在應(yīng)力位置處打破并釋放前體材料，在所述應(yīng)力位置處，裂紋在絕 緣層中形成，從而減小絕緣層在這些位置處的電阻。2.如方案1所述的方法，其特征在于，所述電絕緣材料被涂覆成溶解于合適的溶 劑中的聚合物溶液，并且在涂覆后，通過(guò)暴露到適用于所述溶劑蒸發(fā)并且適用于促進(jìn)所述 聚合物進(jìn)一步交聯(lián)的升高溫度而被處理。3.如方案1所述的方法，其特征在于，通過(guò)包括界面聚合的處理來(lái)形成所述囊體。4.如方案1所述的方法，其特征在于，通過(guò)包括溶膠凝膠反應(yīng)的處理來(lái)形成所述囊體。5.如方案1所述的方法，其特征在于，所述電絕緣體前體材料包括干性油。6.如方案5所述的方法，其特征在于，所述干性油是包括松油、亞麻籽油、桐油、罌 粟油、紫蘇子油和胡桃油的組中的一種。7.如方案1所述的方法，其特征在于，所述電絕緣體前體材料包含異氰酸酯反應(yīng)基。8.如方案1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層中包含電絕緣體前體材料的囊 體量至少占體積的百分之十。9.如方案1所述的方法，其特征在于，在所述磁導(dǎo)線已經(jīng)放置在所述電設(shè)備之后 并且在所述電設(shè)備被批準(zhǔn)用于其意在使用之前，施加將任何釋放的前體材料轉(zhuǎn)換為電絕緣 材料的條件。10.如方案8所述的方法，其特征在于，所施加的條件是包括暴露到紫外線光、暴 露到大約100°C的溫度、暴露到水、暴露到水蒸氣和暴露到含氧大氣的組中的一個(gè)。11. 一種適用于成形并放置在電設(shè)備中的具有自我修復(fù)電絕緣涂層的磁導(dǎo)線，所 述磁導(dǎo)線包括
一長(zhǎng)度的電導(dǎo)體，其具有設(shè)置成與所述電設(shè)備中的另一磁導(dǎo)線表面毗鄰放置的表面， 其中，所述導(dǎo)線沿其長(zhǎng)度在一個(gè)或多個(gè)位置處成形并受機(jī)械地應(yīng)力以便隨后放置在所述電 設(shè)備中；
在所述磁導(dǎo)線的所述表面上的電絕緣材料的涂層層，用于將所述表面與鄰近磁導(dǎo)線的 表面電絕緣，所述電絕緣材料包括大體均勻分布的囊體，所述囊體具有包含電絕緣體前體 材料的易碎殼，所述囊體小于所述涂層層的厚度，所述囊體以一定量存在，以便在裂紋會(huì)隨 后形成在絕緣層中處釋放電絕緣體前體材料。12.如方案11所述的磁導(dǎo)線，其特征在于，所述導(dǎo)體具有矩形剖面。13.如方案11所述的磁導(dǎo)線，其特征在于，所述囊體的斷裂強(qiáng)度小于但是基本等于所述電絕緣材料的破裂強(qiáng)度。
14.如方案11所述的磁導(dǎo)線，其特征在于，所述囊體殼包括聚合物。
15.如方案11所述的磁導(dǎo)線，其特征在于，所述囊體殼至少部分地附接到所述絕
緣涂層。
16.如方案15所述的磁導(dǎo)線，其特征在于，所述囊體殼化學(xué)地結(jié)合到所述絕緣涂層。
17.如方案15所述的磁導(dǎo)線，其特征在于，所述囊體殼由所述絕緣涂層至少部分 地滲透以產(chǎn)生所述殼與所述絕緣涂層之間的機(jī)械結(jié)合。
18. 一種補(bǔ)救在電動(dòng)馬達(dá)的繞組中使用的磁導(dǎo)線的絕緣特性的方法，所述方法包 括
使用涂有并入了多個(gè)易碎囊體的電絕緣材料的磁導(dǎo)線制造馬達(dá)；所述囊體按照預(yù)定比 例被混入，所述囊體包含可聚合電絕緣化合物前體；以及
將馬達(dá)繞組暴露到適合于促進(jìn)通過(guò)囊體破裂所釋放的任何可聚合電絕緣化合物前體 的聚合的至少一種條件。
19.如方案18所述的方法，其特征在于，適合于促進(jìn)聚合的所述條件是暴露到紫 外線(UV)光。
20.如方案18所述的方法，其特征在于，適合于促進(jìn)聚合的所述條件是暴露到超 過(guò)100°C的溫度。


圖1示出用于形成成形磁場(chǎng)的合并纏繞的線圈的馬達(dá)轉(zhuǎn)子。圖2示出適于在馬達(dá)定子中使用的發(fā)夾式導(dǎo)體的第一示例。圖3示出被布置和排列為將被插入到定子框架中的適于在馬達(dá)定子中使用的發(fā) 夾式導(dǎo)體的多個(gè)第二示例。圖4示出包括定子框架和被組裝到該框架中的多個(gè)第三示例的發(fā)夾式導(dǎo)體的組 裝好的馬達(dá)定子。圖5示出剖面形式的具有絕緣體的一部分磁導(dǎo)線，該絕緣體包括含有聚合材料的 單殼微囊體。圖6示出剖面形式的具有絕緣體的一部分磁導(dǎo)線，該絕緣體包括含有聚合材料的 雙殼微囊體。圖7示出在將磁導(dǎo)線彎曲到足以在絕緣層中導(dǎo)致V形裂紋并足以使微囊體破裂的 程度之后圖5中示出的一部分磁導(dǎo)線以及相關(guān)聯(lián)的包含微囊體的絕緣層。圖8以剖面形式示出圖7的裂紋的另一部分。在這部分中，裂紋沒(méi)有遇到微囊體 且初始地傳播到絕緣體-導(dǎo)線界面。一旦形成，裂紋被部分地填充有位于所視節(jié)段之上或 之下的破裂的微囊體(諸如圖7中所示的)所釋放的聚合材料。
具體實(shí)施例方式額定值為80HP至170HP的電動(dòng)馬達(dá)單獨(dú)使用或者與內(nèi)燃機(jī)一起使用作為汽車中 的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)日益重要。
這種電動(dòng)馬達(dá)通常采用低電阻導(dǎo)體，通常形式為位于設(shè)置在由低磁阻材料制作的 結(jié)構(gòu)中的窄通道中的圓形、方形或矩形剖面導(dǎo)線。銅導(dǎo)體是優(yōu)選的，但是也可以采用鋁。這 些銅導(dǎo)體，涂有絕緣材料的薄層并更通常地被稱為磁導(dǎo)線，以展開(kāi)長(zhǎng)度被提供給馬達(dá)制造 商，且通常被封裝為繞圓柱形卷軸或線軸纏繞的緊湊型線圈。然后，在進(jìn)行額外處理以制作 適合電動(dòng)馬達(dá)應(yīng)用的形式之前，從卷軸或線軸解開(kāi)導(dǎo)線，然后將導(dǎo)線安裝到電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn) 子或定子中，或者安裝到轉(zhuǎn)子和定子兩者中。例如，如圖1所示，可以適合于安裝到轉(zhuǎn)子上的線圈的形式纏繞導(dǎo)線。在此，包括 有層疊堆的轉(zhuǎn)子10結(jié)合有一系列槽12，為了簡(jiǎn)明，僅以11部分地示出層疊堆，每個(gè)槽12通 過(guò)絕緣套管13容納與層疊件11絕緣的大體矩形線圈14的并列腿。到線圈14的電連接(未 示出細(xì)節(jié))通常取決于馬達(dá)類型通過(guò)同軸安裝在軸18上的滑環(huán)或換向器或類似設(shè)備16來(lái) 做出，其中在軸18繞軸線19旋轉(zhuǎn)時(shí)支撐轉(zhuǎn)子。圖2、圖3和圖4示出的另一方法顯示了使 用短長(zhǎng)度的成形和彎曲的磁導(dǎo)線來(lái)形成定子中的如在此所述的期望導(dǎo)電路徑。通常被描述 為發(fā)夾的這些短長(zhǎng)度的導(dǎo)體的示例被顯示為第一示例性發(fā)夾20 (見(jiàn)圖2)，第二示例性發(fā)夾 20'的復(fù)合件30(見(jiàn)圖3)，而第三示例性發(fā)夾20"的裝配被示出為插入到包括層疊件44的 裝配件的定子框架42 (見(jiàn)圖4)。當(dāng)多個(gè)發(fā)夾20"被焊接在一起以形成連續(xù)導(dǎo)電路徑時(shí)，它 們形成定子40 (見(jiàn)圖4)。電流路徑的性質(zhì)并因此連接發(fā)夾的模式將取決于馬達(dá)的性質(zhì)，并 且對(duì)于AC馬達(dá)，取決于其為三相還是三相。對(duì)于電動(dòng)馬達(dá)構(gòu)件制造的這些和其他考慮和方 法對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的。所有馬達(dá)制造工藝至少對(duì)磁導(dǎo)線施加部分變形。通常，導(dǎo)線將被拉伸和彎曲，對(duì)絕 緣膜加強(qiáng)相對(duì)大的要求以維持其介電特性。例如，發(fā)夾20上的位置15在“XZ平面”中關(guān)于 “y軸”經(jīng)歷了相當(dāng)大的彎曲，而發(fā)夾20上的位置17在在“yz平面”中關(guān)于“χ軸”經(jīng)歷彎 曲。為了參考，未變形的導(dǎo)線將位于“xz平面”中。這是眾所周知的，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試和評(píng)估程序，其最有名的且引用最多的是由于美國(guó)國(guó) 家電氣制造商協(xié)會(huì)或ΝΕΜΑ，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出用于評(píng)估磁導(dǎo)線在經(jīng)受了至少提示的制造過(guò)程的處 理之后的性能。例如，在將導(dǎo)線至少延伸了預(yù)定量之后，并且對(duì)于多數(shù)導(dǎo)線計(jì)量，還將導(dǎo)線 繞直徑為導(dǎo)線厚度若干倍的心軸纏繞之后，NEMA要求需要對(duì)絕緣涂層的可視評(píng)估。應(yīng)該觀 察到?jīng)]有裂紋或暴露的導(dǎo)線。然而，由于產(chǎn)生的磁導(dǎo)線和馬達(dá)的體積，由目前制造處理導(dǎo)致的磁導(dǎo)線的介電性 能的不足可能發(fā)生。在當(dāng)前實(shí)踐中，常見(jiàn)的是，特別是在纏繞線圈的電動(dòng)馬達(dá)中常見(jiàn)的是在 繞組周圍或繞組之間應(yīng)用和滲入絕緣漆。漆用于補(bǔ)充現(xiàn)有絕緣且用于將機(jī)械強(qiáng)度賦予導(dǎo)體 組件，并且可以通過(guò)各種方式應(yīng)用漆，包括通過(guò)將馬達(dá)構(gòu)件浸泡在漆池中，通過(guò)連續(xù)的漆流 在馬達(dá)構(gòu)件上流淌，或者通過(guò)真空浸漬。一旦應(yīng)用，漆被固化，并且雖然在能量和時(shí)間上的 重大支出，但是期望的機(jī)械強(qiáng)度和電氣絕緣強(qiáng)度全部賦予給繞組。本發(fā)明的目的是選擇性地補(bǔ)救在馬達(dá)制造或使用期間發(fā)生的任何介電缺陷。因 此，如圖5和圖6中的不完全剖面中示意性所示，包含可流動(dòng)且可聚合的介電材料的微囊體 并入磁導(dǎo)線絕緣體。在此，以剖面形式示出導(dǎo)體的一部分，諸如圖2的發(fā)夾20。在圖5中， 導(dǎo)體50涂有薄絕緣層52，薄絕緣層52包含最好是均勻分布的最好具有大體恒定尺寸的微 囊體Μ，每個(gè)微囊體包括封裝可聚合材料58的單殼56。在圖6中，導(dǎo)體50示出為涂有薄 絕緣層52，薄絕緣層52再次包含最好均勻尺寸的微囊體64的分布。在此，囊體包括雙殼，一個(gè)通常為聚合物，另一個(gè)通常為玻璃，共同地示出為封裝了可聚合材料58的66。如圖5 和圖6所示，將理解，所示的示圖描述了穿插了多個(gè)微囊體的段，因此顯示了囊體在平面中 的集中。因此，特定區(qū)域中諸如圖5中標(biāo)注的’ A’或圖6中標(biāo)注的’ B’中微囊體的局部缺 少不應(yīng)該被解釋為如果在這些位置涂層破裂發(fā)生則會(huì)不能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)救。而是如下面更加詳細(xì) 的描述，補(bǔ)救將通過(guò)位于該段平面外并且位于該段平面之上或之下的微囊體來(lái)實(shí)現(xiàn)。微囊體至少部分地機(jī)械耦接到磁導(dǎo)線絕緣體，從而絕緣體上施加的應(yīng)力被有效地 傳遞到囊體殼。囊體，在經(jīng)歷一定預(yù)定臨界壓力時(shí)，被設(shè)計(jì)為破裂并釋放其容納物。優(yōu)選地， 囊體強(qiáng)度將僅略小于絕緣層的破裂應(yīng)力，從而囊體破裂僅在有限程度上預(yù)見(jiàn)膜破裂。在釋 放之后，囊體容納物將聚合，重新形成絕緣層且補(bǔ)救磁導(dǎo)線絕緣體的介電強(qiáng)度的任何缺陷。 適當(dāng)?shù)姆庋b物包括桐油或亞麻籽油，在暴露到空氣中時(shí)吸收氧以形成過(guò)氧化氫物，其然后 分解以產(chǎn)生促進(jìn)聚合的自由基，從而形成基本上交聯(lián)的不飽和聚酯。其他候選封裝物可包 括非自凝聚環(huán)氧樹(shù)脂；以及將在存在水時(shí)聚合的含異氰酸酯樹(shù)脂。可選地，含異氰酸酯樹(shù)脂 可以被封裝且適當(dāng)?shù)陌繁惶砑拥胶秃喜⒌浇^緣體中，從而異氰酸酯的釋放和暴露到胺將促 進(jìn)聚合形成。另外，假設(shè)可以提供充足的物理接入，可以在具有紫外線光引發(fā)劑或不具有紫 外線光引發(fā)劑的情況下使用紫外線(UV)光照來(lái)引發(fā)或觸發(fā)聚合。丙烯酸單體和預(yù)聚物是 對(duì)于與紫外線光聚合一起使用的最可能的樹(shù)脂類。電動(dòng)馬達(dá)一般基于與20，000小時(shí)運(yùn)行壽命一致的最高可持續(xù)導(dǎo)體溫度被評(píng)判 例如，B類馬達(dá)被評(píng)判為130°C;F類被評(píng)判為155°C;H類被評(píng)判為180°C。溫度限制通過(guò)繞 組上絕緣涂層的耐溫性來(lái)設(shè)置，因此通常使用的各種絕緣涂層取決于馬達(dá)等級(jí)。涂層可以 不是均質(zhì)的，并且包括覆蓋有具有良好機(jī)械性能的層的耐熱芯材料的復(fù)合涂層，通常為尼 龍，是公知的。一些示例性涂層是對(duì)于F類，聚氨酯或聚氨酯尼龍；對(duì)于H類，聚酯尼龍。絕 緣層為薄，部分因?yàn)槭褂眠@些薄涂層，通常為0. 001英寸至0. 010英寸(大約0. 025至0. 25 毫米)，對(duì)物理上占據(jù)可用體積的導(dǎo)體數(shù)量施加最少的限制?？梢允褂酶鞣N方法涂覆涂層，包括應(yīng)用溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲械膯误w或聚合物的 溶液，然后高溫暴露以蒸發(fā)溶劑并促進(jìn)聚合或進(jìn)一步交聯(lián)；在擠壓模具中擠壓和涂覆可流 動(dòng)樹(shù)脂材料；電鍍可熱流動(dòng)和可固化的樹(shù)脂。這些方法都不能在絕緣體中引起明顯剪切負(fù) 荷，因此所有這些方法與微囊體的引入兼容。可以使用多種方法來(lái)制造填充的微囊體。如在本申請(qǐng)中，在微囊體待被填充疏水 性化合物時(shí)，一定尺寸范圍內(nèi)的填充的聚合物(殼)微囊體例如尤其通過(guò)界面聚合容易形 成。將多功能單體添加到且溶解到待被封裝的液芯或材料。通常將為多功能異氰酸酯，但 是取決于期望的表面涂層，可以采用其他單體或單體組合。然后，在包含分散劑的水相中將 芯和相關(guān)聯(lián)的多功能單體分散到期望的滴尺寸，于是，共反應(yīng)物，通常為多功能胺被添加到 水相。在液滴水相界面處胺和異氰酸酯的反應(yīng)導(dǎo)致在界面處快速的聚合反應(yīng)，產(chǎn)生聚脲囊 體殼。聚合物囊體殼會(huì)是有益的，在于，在升高的溫度或在溶劑存在時(shí)，其可以與絕緣涂 層化學(xué)地結(jié)合。對(duì)于引用的示例性涂層，封裝殼應(yīng)很好地附連到涂層。例如，聚氨酯(尿烷) 微囊體殼將很好地附連到聚氨酯涂層。另外，由于許多聚氨酯還包括聚酯，因此聚氨酯殼也 可以很好地附連到聚酯涂層。還可以料想環(huán)氧樹(shù)脂殼與聚酯涂層很好地結(jié)合。進(jìn)一步提出 聚氨酯作為聚酰胺-酰亞胺材料的膠粘劑，因此在這些系統(tǒng)中也可以預(yù)期合理的粘合。在促進(jìn)涂層與囊體之間的有效應(yīng)力傳遞方面，明顯期望涂層與囊體殼之間形成強(qiáng)結(jié)合。然而， 在侵襲條件下，在損壞絕緣膜的情況下，在涂層產(chǎn)品表現(xiàn)出其不能有效增加局部介電強(qiáng)度期間，囊體殼可以溶解掉且釋放囊體容納物。另一可選方法是使用玻璃作為封裝材料。使用玻璃還具有這樣的益處可以賦予囊體更大的殼強(qiáng)度，從而使囊體表現(xiàn)出更大地耐受在處理期間賦予的剪切負(fù)荷。對(duì)玻璃封裝的適當(dāng)?shù)蜏靥幚硎鞘褂萌苣z凝膠處理，包括硅石醇鹽的縮聚和水解，諸如硅酸甲酯_ Si(OCH3)4-以制作透明的氧化物玻璃。例如，硅酸甲酯與鹽酸的組合作為催化劑添加到上述疏水性可聚合化合物亞麻籽油、松油、異氰酸酯和環(huán)氧樹(shù)脂中任何一個(gè)的水乳劑將促進(jìn)這些化合物的硅石封裝的微囊體的形成。陳化之后，去除多余的溶劑并干燥，可以獲得填充的硅石微囊體。溶膠凝膠處理的特征在于微囊體殼包含直徑為10納米級(jí)的非常細(xì)的孔，可以促進(jìn)微囊體容納物的緩慢釋放。因此，對(duì)于至少某些候選密封劑，優(yōu)選地是遵循兩級(jí)封裝處理，首先通過(guò)例如上述界面聚合處理產(chǎn)生連續(xù)聚合物殼，隨后應(yīng)用第二硅石殼用于加強(qiáng)。除了對(duì)微囊體強(qiáng)度的貢獻(xiàn)之外，硅石殼還促進(jìn)了到絕緣涂層的粘貼。硅石殼的細(xì)孔特征可以使得磁導(dǎo)線絕緣材料能夠至少部分滲透到孔并促進(jìn)微囊體與磁導(dǎo)線絕緣體之間隨后的附接和機(jī)械交互。當(dāng)需要時(shí)，這種機(jī)械交互在將應(yīng)力從絕緣體傳遞到微觀粒子且破壞微觀粒子以釋放其容納物方面是有效的。將理解，相比較，微囊體的破裂強(qiáng)度應(yīng)相對(duì)于但是小于絕緣層的破裂強(qiáng)度。在沒(méi)有出現(xiàn)囊體破裂及其補(bǔ)救容納物釋放的情況下，顯然，絕緣體的破裂將是無(wú)效的，因此，囊體強(qiáng)度應(yīng)不超過(guò)絕緣體破裂強(qiáng)度。相反，如圖2和圖3明確示出，導(dǎo)體經(jīng)受的變形幅度與位置密切相關(guān)。例如，通過(guò)參照?qǐng)D2，位置15處的彎曲受到很大應(yīng)力；位置17處的彎曲受到比較輕的應(yīng)力，而發(fā)夾20的大部分僅經(jīng)受伴隨纏繞和解開(kāi)時(shí)的最小變形。當(dāng)絕緣層的絕緣能力基本完好時(shí)在低應(yīng)力下封裝體的釋放和聚合優(yōu)先隨后的在導(dǎo)體經(jīng)受更大應(yīng)力時(shí)的釋放和聚合，因此表現(xiàn)出封裝無(wú)效。因此，囊體殼的破裂強(qiáng)度應(yīng)該基于絕緣膜的強(qiáng)度且例如通過(guò)封裝條件的控制選擇殼組分和其厚度來(lái)相應(yīng)地調(diào)整。所有三個(gè)常用的絕緣應(yīng)用程序涂有溶解的絕緣體，隨后在高溫加速溶劑蒸發(fā)和交聯(lián)；熱軟化可流動(dòng)絕緣體的擠壓；以及粉末涂敷，隨后粉末固結(jié)和流動(dòng)，所有都經(jīng)過(guò)接近 700° F的干燥和/或固化溫度。根據(jù)所使用的處理，導(dǎo)線和絕緣體的溫度可以小于此溫度， 但是絕緣體將經(jīng)受一些明顯的熱劇增。因此，與絕緣體合并的任何微囊體將同樣暴露給高溫，這些可以使囊體容納物充分揮發(fā)并且產(chǎn)生大的內(nèi)部壓力。因此，由于此原因，重要的是控制囊體殼強(qiáng)度，以確保在導(dǎo)線處理期間不出現(xiàn)囊體破裂。 微囊體的大的分?jǐn)?shù)(優(yōu)選地，體積上不少于大約百分之十，更優(yōu)選地，大于大約百分之二十)是優(yōu)選的，以實(shí)現(xiàn)合理的補(bǔ)救絕緣膜構(gòu)建。更優(yōu)選地，應(yīng)該使用微囊體的最大體積分?jǐn)?shù)以與處理要求一致。由于具有固體分散物的流體的粘度在體積部分接近百分之六十時(shí)隨著體積部分增加而快速增加，因此微囊體的體積可達(dá)的實(shí)際限制在大約百分之五十。通過(guò)圖7的考慮示出加入微囊體的作用，圖7在不完全剖面圖中示出例如由彎曲所形成的部分V形裂紋的示意性表示，部分V形裂紋在從表面?zhèn)鞑r(shí)遇到填充的微囊體。因此，在遇到填充的微囊體56中的一個(gè)且使其破裂以在釋放其容納物58時(shí)產(chǎn)生微囊體殼碎片56’之前，裂紋70部分地傳播通過(guò)絕緣層52。將理解，此示圖是剖面圖，并且裂紋70將擴(kuò)大并進(jìn)出紙平面。因此，在圖7所示的部分和在傳播的裂紋路徑與微囊體相交的其他部 分中，相對(duì)大半徑的微囊體將在鈍化裂紋時(shí)有效。然而，其他區(qū)域，諸如圖7中紙平面之上 或之下的那些區(qū)域可能缺少適當(dāng)定位的微囊體。在沒(méi)有這種微囊體的情況下，裂紋可以傳播完全通過(guò)絕緣層52到導(dǎo)體50，如圖8 中的70’所示。然而，一旦釋放，源自圖7的斷裂微囊體的流體容納物58中的一些可以沿 裂紋的范圍流動(dòng)或者通過(guò)毛細(xì)作用傳遞，以至少部分地填充整個(gè)裂紋長(zhǎng)度。流體58將隨后 聚合以形成絕緣層58’，且修補(bǔ)絕緣層52的介電特性。在圖7中，現(xiàn)已聚合的斷裂的微囊體 容納物58’的一部分被示出保留在斷裂的微囊體壁56’內(nèi)。然而，如圖8所示，隨著源自可 聚合流體58的聚合層58’部分地填充裂紋70’，其有效地恢復(fù)絕緣層52的至少部分介電特 性。微囊體的尺寸優(yōu)選地小于但相當(dāng)于絕緣層的厚度。通過(guò)微囊體的體積分?jǐn)?shù)確定絕 緣層的流動(dòng)特性。然而，補(bǔ)救的絕緣層厚度通過(guò)囊體內(nèi)包含的可聚合材料的體積來(lái)確定。因 此，優(yōu)選地是，可以最小化歸屬于囊體殼的微囊體容積的比例，因此優(yōu)選地是囊體尺寸盡可 能大至符合其完全容納于絕緣層中。如上所述，微囊體中可以包含多種可聚合材料。然而，優(yōu)選地，從可聚合材料形成 的聚合物具有充分高的介電常數(shù)以適當(dāng)?shù)亟^緣電設(shè)備。此外，優(yōu)選地是，可聚合材料具有低 粘度，從而容易沿任何裂紋流動(dòng)且覆蓋任何暴露的絕緣體的全部長(zhǎng)度。例如，從圖2可以清 楚看到，絕緣體中的由位置15處的高彎曲應(yīng)變導(dǎo)致的破裂將沿發(fā)夾的厚度延伸。該裂紋因 此會(huì)包圍包含了如圖7所示的易斷裂微囊體區(qū)域和如圖5中的’ A’所指示和如圖8所示沒(méi) 有微囊體的區(qū)域。另外，可聚合材料的聚合速率應(yīng)該足夠慢以使得沿裂紋流動(dòng)，但是在破壞 絕緣層之后足夠快地快速重建絕緣層的介電屬性。另外，最終，可聚合材料應(yīng)該優(yōu)選地至少 使導(dǎo)體和得到的聚合物變濕，并且優(yōu)選地形成與絕緣層或?qū)w的粘合結(jié)合，或者更優(yōu)選地 形成與絕緣層和導(dǎo)體兩者的粘合結(jié)合。可聚合材料的第一示例性種類是“干性油”類，包括松油、亞麻籽油、桐油、罌粟油、 紫蘇子油和胡桃油。這些“干性油”因自然氧化、氧添加到有機(jī)化合物經(jīng)受聚合。因此，被微 封裝的“干性油”在缺乏氧時(shí)將不起化學(xué)反應(yīng)，但是在微囊體破裂且暴露到氧(空氣)時(shí)，氧 將其自身插入到與這些不飽和脂肪酸內(nèi)的雙鍵毗鄰的C-H鍵。得到的過(guò)氧化氫物易分解， 導(dǎo)致自由基的形成，這樣產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，將在相鄰脂肪酸鏈之間形成鍵，以產(chǎn)生通常包括交 聯(lián)的不飽和聚酯的聚合物網(wǎng)絡(luò)?？删酆喜牧系牡诙纠苑N類是含異氰酸酯的樹(shù)脂(通常被稱為異氰酸酯)。這些 通常不會(huì)自凝聚，因此可被穩(wěn)定地微封裝。另外，可以使用封閉異氰酸酯。這些材料解除封 閉，并通過(guò)熱反應(yīng)變活化。因此，一旦釋放，以一定溫度很短的時(shí)間將其解除封閉。然而，當(dāng) 囊體破裂且異氰酸酯被釋放時(shí)，其將與水或大氣濕氣反應(yīng)形成聚氨酯和二氧化碳，其可以 作為發(fā)泡劑生產(chǎn)聚氨酯泡沫。可選地，如果胺可以被納入絕緣層，則胺和異氰酸酯可以與胺 的擴(kuò)散速率適度的速率反應(yīng)形成聚脲?？删酆喜牧系牡谌纠苑N類是環(huán)氧樹(shù)脂或者通過(guò)與第二化合物反應(yīng)而聚合的 其他化合物。如上所述，示例可以是異氰酸酯、環(huán)氧、不飽和聚酯等。當(dāng)與適當(dāng)?shù)幕パa(bǔ)反應(yīng)物 反應(yīng)時(shí)，這些將形成聚脲，在包含異氰酸酯的樹(shù)脂情況下，將形成聚氨酯聚合物；在環(huán)氧樹(shù) 脂的情況下(也被稱為環(huán)氧)，將形成聚醚；以及在不飽和聚酯的情況下，將形成交聯(lián)聚酯。第二反應(yīng)物種，在含異氰酸酯或含環(huán)氧樹(shù)脂的情況下優(yōu)選地包括多功能胺或酒精，或者在不飽和聚酯的情況下優(yōu)選地包括氧化催化劑，可以分散到絕緣層，作為固體或?yàn)楸晃⒎庋b的液體?？梢酝ㄟ^(guò)加入或通過(guò)暴露到紫外線(UV)光促進(jìn)聚合。因此，在自凝聚不是問(wèn)題的系統(tǒng)中，類似催化的丙烯酸樹(shù)脂，可以考慮重復(fù)和加速的聚合程序。例如，在圖2-圖4的發(fā)夾式馬達(dá)結(jié)構(gòu)中，可以在通過(guò)將發(fā)夾暴露到UV光而將其彎曲之后促進(jìn)或加速第一聚合。然后，在插入到馬達(dá)構(gòu)件之后，可以在最終馬達(dá)組裝之前通過(guò)第二 UV光照射促進(jìn)第二聚合事件。如在此示例中，假設(shè)UV光照射不會(huì)觸發(fā)被封裝材料的聚合，剩余未激活封裝體將仍可用于補(bǔ)救在維修中會(huì)形成的任何絕緣缺陷。 可選地，暴露于適度升高的溫度，例如，大約100°C，在促進(jìn)聚合方面將是有效的， 但是更高的溫度將促進(jìn)更快的反應(yīng)速率且促進(jìn)更完全的聚合。對(duì)于最好地引發(fā)熱，可以在絕緣涂層中并入生成過(guò)氧化物的自由基例如過(guò)氧化苯甲?；虼呋瘎├缪趸F。這些添加物還將有效地加速任何破裂微囊體的容納物的受熱驅(qū)動(dòng)的聚合。因此，在馬達(dá)制造過(guò)程中的任何期望步驟處暴露到這種溫度，將有效地確保在馬達(dá)被維修之前微囊體容納物的聚合以及補(bǔ)救涂層的絕緣特性的任何缺陷。由于電動(dòng)馬達(dá)繞組的工作溫度經(jīng)常超過(guò)100°C，因此，還將迅速發(fā)生微囊體容納物的聚合和任何維修的絕緣故障的補(bǔ)救。本文描述本質(zhì)上僅是示例性的，因此，不脫離本文描述的本質(zhì)的各種變形意在落入本公開(kāi)的范圍內(nèi)。因此，這些變形不被認(rèn)為脫離本公開(kāi)的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種在電設(shè)備中使用的磁導(dǎo)線的長(zhǎng)度上形成自我修復(fù)電絕緣涂層的方法，所述磁 導(dǎo)線成形并置于所述設(shè)備的支撐構(gòu)件上，并且具有定位成與沿磁導(dǎo)線的所述長(zhǎng)度的另一表 面相對(duì)或者與另一磁導(dǎo)線的表面相對(duì)的表面，所述方法包括使每個(gè)磁導(dǎo)線的這些表面涂覆一層電絕緣材料，所述材料組成為形成與所述磁導(dǎo)線的 所述表面共延的連續(xù)電絕緣層，所述絕緣材料還包括電絕緣體前體材料的囊體，所述囊體 小于所述絕緣層的厚度，且具有一定量，以便在裂紋會(huì)隨后形成在絕緣層的一部分中處釋 放電絕緣體前體材料；以及其后成形所述磁導(dǎo)線以放置在所述電設(shè)備中，所述成形在所述絕緣層的某個(gè)位置處引起機(jī) 械應(yīng)力，所述囊體組成為在應(yīng)力位置處打破并釋放前體材料，在所述應(yīng)力位置處，裂紋在絕 緣層中形成，從而減小絕緣層在這些位置處的電阻。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電絕緣材料被涂覆成溶解于合適的溶 劑中的聚合物溶液，并且在涂覆后，通過(guò)暴露到適用于所述溶劑蒸發(fā)并且適用于促進(jìn)所述 聚合物進(jìn)一步交聯(lián)的升高溫度而被處理。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)包括界面聚合的處理來(lái)形成所述囊體。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)包括溶膠凝膠反應(yīng)的處理來(lái)形成所述囊體。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電絕緣體前體材料包括干性油。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述干性油是包括松油、亞麻籽油、桐油、 罌粟油、紫蘇子油和胡桃油的組中的一種。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電絕緣體前體材料包含異氰酸酯反應(yīng)基。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層中包含電絕緣體前體材料的囊 體量至少占體積的百分之十。
9.一種適用于成形并放置在電設(shè)備中的具有自我修復(fù)電絕緣涂層的磁導(dǎo)線，所述磁 導(dǎo)線包括一長(zhǎng)度的電導(dǎo)體，其具有設(shè)置成與所述電設(shè)備中的另一磁導(dǎo)線表面毗鄰放置的表面， 其中，所述導(dǎo)線沿其長(zhǎng)度在一個(gè)或多個(gè)位置處成形并受機(jī)械地應(yīng)力以便隨后放置在所述電 設(shè)備中；在所述磁導(dǎo)線的所述表面上的電絕緣材料的涂層層，用于將所述表面與鄰近磁導(dǎo)線的 表面電絕緣，所述電絕緣材料包括大體均勻分布的囊體，所述囊體具有包含電絕緣體前體 材料的易碎殼，所述囊體小于所述涂層層的厚度，所述囊體以一定量存在，以便在裂紋會(huì)隨 后形成在絕緣層中處釋放電絕緣體前體材料。
10.一種補(bǔ)救在電動(dòng)馬達(dá)的繞組中使用的磁導(dǎo)線的絕緣特性的方法，所述方法包括 使用涂有并入了多個(gè)易碎囊體的電絕緣材料的磁導(dǎo)線制造馬達(dá)；所述囊體按照預(yù)定比例被混入，所述囊體包含可聚合電絕緣化合物前體；以及將馬達(dá)繞組暴露到適合于促進(jìn)通過(guò)囊體破裂所釋放的任何可聚合電絕緣化合物前體 的聚合的至少一種條件。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于磁導(dǎo)線的自我修復(fù)的絕緣體，具體地，描述了一種補(bǔ)救磁導(dǎo)線絕緣體的絕緣性能的方法。在電動(dòng)馬達(dá)或其他電設(shè)備中使用的磁導(dǎo)線包括通過(guò)薄絕緣層覆蓋的導(dǎo)電芯。在制造或維修期間絕緣層可能被破壞或者損壞。描述了一種在絕緣層中并入包括在微囊體中的可聚合材料的方法。當(dāng)絕緣層經(jīng)受足以損壞其絕緣特性的情況時(shí)，微囊體斷裂且釋放其容納物，其然后聚合并重新建立層的絕緣性能。
文檔編號(hào)H01B7/02GK102148069SQ201010601620
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者A·K·薩奇德夫, T·A·佩里, W·R·羅杰斯 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司