具有不同的材料的纏繞層的制作方法
【專(zhuān)利摘要】通過(guò)使用疏水性的、能導(dǎo)電的材料能夠使用更少的絕緣層。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有不同的材料的纏繞層

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有不同的材料的纏繞層。

【背景技術(shù)】
[0002] 電勢(shì)控制在旋轉(zhuǎn)的機(jī)器中、例如在發(fā)電機(jī)或者高壓馬達(dá)中能夠?qū)崿F(xiàn)電壓（電勢(shì) 差）的最小化，由此能夠減少或者完全避免部分放電和/或電暈放電的出現(xiàn)。
[0003] 在旋轉(zhuǎn)的電機(jī)中，絕緣系統(tǒng)的可靠性對(duì)其運(yùn)行安全性負(fù)有決定性的責(zé)任。絕緣系 統(tǒng)具有如下任務(wù)：將電導(dǎo)體（導(dǎo)線、線圈、棒）相對(duì)于彼此或者相對(duì)于定子疊片鐵芯或者周 圍環(huán)境持久地絕緣。外電勢(shì)控制具有如下任務(wù)：實(shí)現(xiàn)在處于接地電勢(shì)的定子疊片鐵芯和主 絕緣裝置的外側(cè)之間的電接觸。由此保證：在絕緣裝置和疊片鐵芯的邊界層的區(qū)域中的空 腔中不出現(xiàn)部分放電。
[0004] 在此需要區(qū)別：
[0005] ?用于發(fā)電機(jī)繞組棒的外電暈防護(hù)（AGS)，所述發(fā)電機(jī)繞組棒根據(jù)單棒生產(chǎn)來(lái)制 造（AGS-E)，
[0006] ?用于發(fā)電機(jī)繞組棒的外電暈防護(hù)（AGS)，所述發(fā)電機(jī)繞組棒借助于GVPI工藝來(lái) 制造（AGS-G)。
[0007] 在定子繞組被完全浸漬的情況下（整體真空壓力浸漬，Global Vacuum Pressure Impregnation，GVPI)，整個(gè)疊片鐵芯與完整裝入的繞組一起浸漬并且硬化。由此，繞組 在疊片鐵芯的槽中的粘附是牢固的，使得由于銅、鐵和絕緣裝置的不同的膨脹系數(shù)在銅、 絕緣裝置和鐵之間產(chǎn)生高的熱機(jī)械應(yīng)力，所述熱機(jī)械應(yīng)力在一定數(shù)量的熱循環(huán)之后（發(fā) 電機(jī)的啟動(dòng)和停止）能夠?qū)е逻吔缑媪验_(kāi)。為了防止裂口經(jīng)受電勢(shì)差并且防止在那里 點(diǎn)火的部分放電損壞絕緣裝置，使用外電勢(shì)控制裝置（外電暈防護(hù)裝置，outer corona protection, 0CP)，所述外電勢(shì)控制裝置在圖20中作為雙層的、如用于借助于G-VPI處理的 機(jī)器的電勢(shì)控制裝置那樣的外電暈防護(hù)裝置示出。
[0008] 在通過(guò)銅子導(dǎo)體40構(gòu)成的引導(dǎo)電流的羅貝爾線棒之上施加由細(xì)云母帶構(gòu)成的絕 緣的基礎(chǔ)纏繞物70,所述基礎(chǔ)纏繞物平滑并且增大薄的銅子導(dǎo)體40的棱邊半徑。
[0009] 在其之上纏繞含石墨的第一導(dǎo)電無(wú)紡織物帶100,所述第一導(dǎo)電無(wú)紡織物帶經(jīng)由 接觸條帶130在僅一個(gè)部位上與銅子導(dǎo)體40的高壓電勢(shì)連接。
[0010] 在其之上才纏繞由細(xì)云母玻璃構(gòu)成的主絕緣裝置160。此時(shí)，第一導(dǎo)電無(wú)紡織物帶 100代替銅子導(dǎo)體形成高壓電極。所述第一導(dǎo)電無(wú)紡織物帶持久地與主絕緣裝置粘貼。
[0011] 在主絕緣裝置160上跟隨有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)部的外電暈防護(hù)纏繞物110、最外 部的分隔帶190'和外部的外電暈防護(hù)纏繞物200?？椷M(jìn)最外部的分隔帶190'中的外電暈 防護(hù)帶140連接內(nèi)部的外電暈防護(hù)纏繞物110和外部的外電暈防護(hù)纏繞物200。
[0012] 在發(fā)電機(jī)起動(dòng)和關(guān)機(jī)時(shí)在銅導(dǎo)體組合件和絕緣裝置之間產(chǎn)生的熱機(jī)械應(yīng)力在一 定運(yùn)行時(shí)間之后會(huì)導(dǎo)致絕緣套從導(dǎo)體局部脫離，而在所產(chǎn)生的間隙中不會(huì)點(diǎn)燃令人擔(dān)心的 部分放電。剝開(kāi)的區(qū)域是無(wú)電勢(shì)的，因?yàn)楦邏弘妱?shì)已被傳輸?shù)嚼喂痰卣吃谥鹘^緣裝置上的 導(dǎo)電無(wú)紡織物上。在導(dǎo)體和絕緣裝置之間的高負(fù)荷的內(nèi)部邊界面上的這種IPS設(shè)計(jì)允許渦 輪發(fā)電機(jī)的數(shù)十年長(zhǎng)的峰值負(fù)荷運(yùn)行，不會(huì)有明顯的部分放電老化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 因此，本發(fā)明的目的是解決在上文中所提到的問(wèn)題。
[0014] 所述目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于AGS-E的絕緣系統(tǒng)、根據(jù)權(quán)利要求17所 述的外電暈防護(hù)裝置和根據(jù)權(quán)利要求18所述的電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0015] 在從屬權(quán)利要求中列舉了其它有利的措施，所述措施能夠任意地彼此組合，以便 實(shí)現(xiàn)其它的優(yōu)點(diǎn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 附圖示出：
[0017] 圖1至19示出不同的纏繞，
[0018] 圖20示出外電暈防護(hù)裝置。
[0019] 附圖和描述僅代表本發(fā)明的實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 圖1示出圍繞金屬棒4的絕緣裝置Γ，所述絕緣裝置具有包括圍繞金屬棒4 (或者 金屬材料）的內(nèi)電勢(shì)控制裝置（IPS)的未詳細(xì)示出的主絕緣裝置7。
[0021] 主絕緣裝置7優(yōu)選直接施加在金屬棒4上（圖1、2、3)。
[0022] 主絕緣裝置7優(yōu)選是纏繞的并且優(yōu)選具有云母或者其它已知的用于絕緣的材料。
[0023] 在主絕緣裝置7上存在由現(xiàn)有技術(shù)中的（優(yōu)選Krempel公司的）良好附著的、能 導(dǎo)電的材料構(gòu)成的另一個(gè)層10。
[0024] 在所述層10上纏繞有能導(dǎo)電的、疏水性的帶11'作為層12'，其中帶11'搭疊。
[0025] 也就是說(shuō)，帶11'的材料明顯與層7、10或者13的材料不同。
[0026] 在所述層12'上又存在良好附著的、能導(dǎo)電的纏繞帶以形成最外部的層13(圖1、 2、3)，所述纏繞帶能夠具有與層10相同的材料。
[0027] 與圖1不同地，在圖2中描繪絕緣系統(tǒng)的另一個(gè)變型形式1"，其中帶11'彼此鄰 接，這就是說(shuō)，在這樣形成的層12"中沒(méi)有搭疊。
[0028] 用于層12"的材料優(yōu)選與層12'相同。
[0029] 在圖3中示出絕緣系統(tǒng)的另一個(gè)變型形式Γ"，其中，以圖2為基礎(chǔ)，帶11'具有在 彼此之間的間隔15'或者自由空間并且形成層12"'。
[0030] 層12"、12"'的材料優(yōu)選相同。
[0031] 在圖4中示出另一個(gè)絕緣裝置1IV，其中圍繞金屬棒4存在主絕緣裝置7以及附著 的、能導(dǎo)電的材料和另一個(gè)層10,帶11'在層12'中以搭疊的方式存在或者僅鄰接地存在 (圖5,層12"，絕緣裝置l v)或者在其之間具有自由空間15'的情況下存在（圖6,層12"'， 絕緣裝置1VI)。這相應(yīng)于根據(jù)圖1至3的實(shí)施例，而不具有外部的層13,這就是說(shuō)，能導(dǎo)電 的疏水性的材料（層12'、12"、12"'）形成最外部的層。主絕緣裝置7優(yōu)選直接施加在金屬 棒4上（圖4、5、6)。
[0032] 在圖7中示出絕緣裝置的另一個(gè)變型形式1νπ。主絕緣裝置7優(yōu)選直接施加在金 屬棒4上。
[0033] 在該變型形式1νπ中，在主絕緣裝置7上直接存在帶11'的能導(dǎo)電的、疏水性的材 料，其形成層12'、12"或者12"'，圍繞所述層存在良好附著的、能導(dǎo)電的并且優(yōu)選最外部的 層13。這相應(yīng)于圖1、2或者3,而不具有中間層10。
[0034] 圖8至10示出絕緣系統(tǒng)的其它變型形式1νιπ至1χ。主絕緣裝置7優(yōu)選直接施加 在金屬棒4上（圖8、9、10)，并且同樣優(yōu)選地，層13是最外部的層（圖8、9、10)。
[0035] 出發(fā)點(diǎn)在圖8、9和10中分別是金屬棒4,在所述金屬棒上存在主絕緣裝置7和直 接在所述主絕緣裝置上的、作為層10的良好附著的、能導(dǎo)電的材料。在所述層10上，根據(jù) 圖8,在層12 IV中以搭疊的方式設(shè)置有由良好附著的、能導(dǎo)電的材料構(gòu)成的帶II111和由能導(dǎo) 電的、疏水性的材料構(gòu)成的帶11"（相應(yīng)于帶11'（圖1至7))。帶11"、1Γ"搭疊。
[0036] 根據(jù)圖9中的層12ν的實(shí)施方式，以圖8為基礎(chǔ)，兩個(gè)不同的帶11"、1Γ"的邊緣 彼此鄰接。
[0037] 兩個(gè)帶（11"、1Γ"）能夠形成一個(gè)帶，這就是說(shuō)，它們具有左側(cè)的邊緣作為由能導(dǎo) 電的、良好附著的材料構(gòu)成的一個(gè)半部并且具有右側(cè)的邊緣作為由能導(dǎo)電的、疏水性的材 料構(gòu)成的另一個(gè)半部。
[0038] 同樣，具有不同的材料的兩個(gè)帶11"、1Γ"彼此間能夠以間隔15"設(shè)置（圖10)。
[0039] 在圖11、12、13中示出絕緣系統(tǒng)的其它的變型形式1ΧΙ至1ΧΠΙ。主絕緣裝置7優(yōu)選 直接施加在金屬棒4上。
[0040] 在此，以圖8至10為基礎(chǔ)，僅不存在外部的層13,這就是說(shuō)，能導(dǎo)電的、疏水性的材 料（11"、…）形成最外部的層。
[0041] 材料優(yōu)選與圖8至10的材料相同。
[0042] 在圖14中示出絕緣系統(tǒng)的另一個(gè)變型形式1XIV，其中在主絕緣裝置7上以搭疊的 方式纏繞有分別基于良好附著的、能導(dǎo)電的材料1Γ"和能導(dǎo)電的、疏水性的材料11"的兩 個(gè)帶1Γ'、1Γ"。作為最外部的層13存在由良好附著的、能導(dǎo)電的材料構(gòu)成的材料。
[0043] 在根據(jù)圖15的變型形式lw中，不同的帶在其邊緣彼此鄰接的情況下或 者在彼此間具有自由空間15"的情況下存在（圖16)。
[0044] 圖14至16分別相應(yīng)于圖11至13,而在主絕緣裝置7上不具有絕緣裝置10,但是 具有外部的層13,這就是說(shuō)，能導(dǎo)電的、疏水性的材料沒(méi)有形成最外部的層。
[0045] 主絕緣裝置7優(yōu)選直接施加在金屬棒4上（圖14、15、16)。
[0046] 圖17、18、19示出其它的變型形式l5*11至1 XIX，其中以圖14至16為基礎(chǔ)，不存在 由良好附著的、能導(dǎo)電的材料構(gòu)成的外部材料13,這就是說(shuō)，能導(dǎo)電的、疏水性的材料形成 最外部的層。材料優(yōu)選是相同的。
[0047] 主絕緣裝置7優(yōu)選直接施加在金屬棒4上（圖17、18、19)。
[0048] 層10、12、13的數(shù)量或者添加具有現(xiàn)有技術(shù)中的材料的內(nèi)部的層10和/或最外部 的層13的選擇取決于絕緣裝置的應(yīng)用領(lǐng)域，即取決于所使用的電壓（多個(gè)層）和外部的環(huán) 境（最外部的層）。
[0049] 本發(fā)明在于：為絕緣系統(tǒng)Γ，……，1XIX在層12'至12VI中使用疏水性的材料、特 別是PTFE(特氟龍），特別是作為外電暈防護(hù)裝置，更特別是為這種高壓絕緣系統(tǒng)來(lái)使用， 其中外電暈防護(hù)裝置以層的方式能導(dǎo)電地構(gòu)成。
[0050] 高壓絕緣系統(tǒng)能夠是如在圖20中那樣的較復(fù)雜的系統(tǒng)或者簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。
[0051] 本發(fā)明僅根據(jù)作為疏水性的材料的一個(gè)實(shí)例的PTFE來(lái)闡述。
[0052] 優(yōu)選地，疏水性的材料或者PTFE已經(jīng)能導(dǎo)電地構(gòu)成。PTFE因此是復(fù)合材料。優(yōu)選 地，這在制造材料時(shí)借助于混入尤其石墨來(lái)進(jìn)行，在制造時(shí)借助于擠壓來(lái)進(jìn)行，其中隨后優(yōu) 選制造纖維。但是，織物的、纖維的、平鋪織物的或者薄膜的后續(xù)的電覆層也是可行的。
[0053] 織物優(yōu)選由這種纖維形成。
[0054] 所述織物優(yōu)選以帶形的形式存在并且為了應(yīng)用纏繞到要絕緣的面上（見(jiàn)圖20)。
[0055] 也就是說(shuō)，優(yōu)選地，外電暈防護(hù)裝置具有由PTFE構(gòu)成的纖維或者織物，其中為了 實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性在形成織物的結(jié)構(gòu)之間優(yōu)選也存在能導(dǎo)電的材料、優(yōu)選石墨。
[0056] 同樣能夠?qū)В椢?、纖維、薄膜、平鋪織物）打孔。
[0057] 根據(jù)圖1至19的絕緣裝置為外電暈防護(hù)而優(yōu)選具有由PTFE構(gòu)成的織物，其中這 構(gòu)造為，使得織物具有孔，所述孔能夠如在上文中一樣根據(jù)所描述的方法被滲透。
[0058] 這得到下述優(yōu)點(diǎn)：
[0059] ?良好的可完全浸透性，因?yàn)槠涫嵌嗫椎目椢镞M(jìn)而能夠在硬化之前施用。
[0060] ?在浸漬之前和之后不改變的電阻，因?yàn)閷?dǎo)電性源自纖維并且不像如在AGS帶中 那樣源自顆粒。（所述顆粒由于在浸漬之后包圍顆粒的塑料基質(zhì)相對(duì)于起始值具有不同的 電阻值。）
[0061] AGS-G的目的是：
[0062] ?簡(jiǎn)化的施用/成本降低
[0063] ?雙重AGS的通過(guò)較薄的替選方案減小的層厚度。
[0064] 用于AGS-G的方法途徑是：
[0065] ?通過(guò)使用分隔層減小層厚度，所述分隔層實(shí)現(xiàn)限定的機(jī)械脫耦，而不會(huì)引起電 阻的改變。這應(yīng)通過(guò)用疏水性的織物類(lèi)型替代雙層的云母片來(lái)實(shí)現(xiàn)。這特別能夠是特氟龍 織物。構(gòu)造以如下方式進(jìn)行：
[0066] 根據(jù)本發(fā)明通過(guò)使用由PTFE構(gòu)成的能導(dǎo)電的織物190得到改進(jìn)，因?yàn)檫@使"編入" 外電暈防護(hù)帶140(圖20)不是必要的從而能夠?qū)崿F(xiàn)層厚度和生產(chǎn)耗費(fèi)的降低（圖20)。 [0067] 用于在GVPI工藝中使用的新型的外電勢(shì)控制裝置的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造能夠?qū)崿F(xiàn) 一種絕緣系統(tǒng)，所述絕緣系統(tǒng)在特性方面相應(yīng)于當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)，但是具有如下優(yōu)勢(shì)： [0068] ?確定硬化之后的TE自由度
[0069] ?在對(duì)加速的熱機(jī)械負(fù)荷執(zhí)行溫度循環(huán)測(cè)試之后類(lèi)似的損耗因數(shù)
[0070] ?在工作電壓負(fù)荷下并且在電壓負(fù)荷提高時(shí)的類(lèi)似的電氣耐久性
[0071] ?在工作電壓負(fù)荷下并且在電壓負(fù)荷提高時(shí)在不同的溫度循環(huán)中的人工老化后 的類(lèi)似的電氣耐久性。
[0072] 這些研究在具有如下設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)繞組棒上執(zhí)行：
[0073] ?長(zhǎng)度約為1. 5m和尺寸為lcmX 5cm的鋁型材
[0074] 籲對(duì)于13. 8kV的額定電壓，云母的層數(shù)為10+1層IPS
[0075] ?對(duì)于每個(gè)組件，發(fā)電機(jī)繞組棒的數(shù)量為6。
[0076] 在此，實(shí)現(xiàn)了將當(dāng)前的AGS的大約450 μ m的層厚度降低到大約100 μ m的值。
【權(quán)利要求】
1. 一種絕緣系統(tǒng)（r，."l?)， 其中在金屬棒（4)并且在主絕緣裝置（7)上存在至少一個(gè)層（12'，一,12^, 尤其是僅一個(gè)由能導(dǎo)電的、疏水性的材料（1Γ，11"，1Γ"）構(gòu)成的層和 可選地，由不同的材料構(gòu)成的、直接在所述主絕緣裝置（7)上的另外的層（10)， 可選地，最外部的另外的層（13)， 其中尤其是，這些另外的層（10,13)具有能導(dǎo)電的材料， 所述能導(dǎo)電的材料不同于所述能導(dǎo)電的、疏水性的材料（1Γ，11"，1Γ"）。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣系統(tǒng)， 其中所述主絕緣裝置（7)具有云母作為良好附著的、能導(dǎo)電的材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中一項(xiàng)或兩項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 其中良好附著的、能導(dǎo)電的材料（10)直接設(shè)置在所述主絕緣裝置（7)上。（圖1，2,3， 4,5,6,8,9,10,11,12,13)
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中一項(xiàng)或兩項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 其中疏水性的材料（1Γ，11"）直接設(shè)置在所述主絕緣裝置（7)上，尤其是直接在所述 主絕緣裝置上設(shè)置。（圖7,14,15,16,17,18,19)
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 其中在具有所述疏水性的材料的層（1Γ，11"）和所述主絕緣裝置（7)之間存在另外的 層（10)，尤其是僅一個(gè)另外的層（10)，尤其是僅存在由良好附著的、能導(dǎo)電的材料構(gòu)成的 材料， 該材料不同于所述疏水性的材料（1Γ，11"，1Γ"）。（圖1，2,3,4,5,6,8,9，10，11，12， 13)
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 其中作為最外部的絕緣層（13)存在由良好附著的、能導(dǎo)電的材料構(gòu)成的材料，尤其是 僅存在由良好附著的、能導(dǎo)電的材料構(gòu)成的材料， 該材料不同于所述疏水性的材料（1Γ，11"，1Γ"）。（圖1，2,3,7,8,9，10，14，15，16)
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求1至5中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 其中具有能導(dǎo)電的、疏水性的材料的層（12'，12"，12"'，12IV，12v，12 VI)是最外部的層， 所述最外部的層尤其僅具有能導(dǎo)電的、疏水性的材料。（圖4,5,6,11，12,13,17,18,19)
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 其中存在層（12'12'/，12'/1)，在所述層中存在良好附著的、能導(dǎo)電的材料（11"'）和能 導(dǎo)電的、疏水性的材料（11"）。（圖 8,9,10,11，12,13,14,15,16,17,18,19)
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 其中帶（11，，11"，11"，）搭疊。（圖 1，4, 7,8,11，14,17)
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 其中所述帶（1Γ，11"，1Γ"）的邊緣彼此鄰接。（圖2,5,7,9，12，15，18)
11. 根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 其中所述帶（1Γ，11"，1Γ"）彼此間以間隔（15'，15"）設(shè)置。（圖3,6,7,10,13,16， 19)
12. 根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 所述絕緣系統(tǒng)具有僅四個(gè)絕緣層（7，10，12，13)。（圖1，2,3,8,9，10)
13. 根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 所述絕緣系統(tǒng)具有僅三個(gè)絕緣層（7,10,12 ;7,12,13)。（圖4, 5,6, 7,11，12,13,14,15， 16)
14. 根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 所述絕緣系統(tǒng)具有僅兩個(gè)絕緣層（7,12)。（圖17,18,19)
15. 根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 所述絕緣系統(tǒng)具有能導(dǎo)電的、疏水性的材料的僅一個(gè)層（12'，…12VI)。（所有圖）
16. 根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)， 所述絕緣系統(tǒng)具有PTFE作為能導(dǎo)電的、疏水性的材料。
17. -種外電暈防護(hù)裝置， 所述外電暈防護(hù)裝置具有根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)。
18. -種電機(jī)、尤其是發(fā)電機(jī)， 所述電機(jī)具有根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的絕緣系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】H02K3/40GK104221254SQ201380017069
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月26日
【發(fā)明者】馬里奧·布羅克施米特, 彼得·格勒佩爾, 弗里德黑爾姆·波爾曼, 克勞斯·羅爾, 羅蘭·勒丁, 茱莉亞·維爾辛 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司