用于电机高压绕组的绕组杆以及制造绕组杆的方法技术

一电机的高压绕组特别是定子绕组所用的绕组杆（１０）包括互相在上下和／或左右设置的多根导体（１３），并构成一具有矩形截面的导体束，其中导体束外部由一绝缘（１４）所包围。在不改变绝缘厚度的情况下来提高在边缘圆角处的总体电气强度的方法可如下来实现；即在绕组杆（１０）的边缘圆角（１５）处的绝缘（１４）的厚度（ｄ２）大于在绕组杆（１０）的平面侧的绝缘（１４）的厚度（ｄ１）。在此情况下，为了边缘圆角区域的成形，最好采用一精整过程。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机的
，它涉及一电机的高压绕组，特别是定子绕组所用的绕组杆，它包括多根上下和/或左右互相平行设置的导体以及一个形成一矩形截面的导线束，在导线束的周围由一绝缘层所包覆。在此情况下，导体在电气上可以是互相并联的(棒形绕组)或者是互相串联的(线圈绕组)。在正常运行情况下，导体间的电压远低于导体棒绝缘间的电压。本专利技术还涉及这种绕组杆的制造方法。在一旋转电机的定子中所用的绕组杆通常具有如附图说明图1中所示的截面。绕组杆10被放在定子叠片12中为它所设的线槽11内，它包括一束上下和/或左右互相平行的单独的导体13。在一般情况下具有一矩形截面和边缘圆角15的导线束，在其周围由一绝缘层14所包覆。由于其形状所决定，在边缘圆角15处的电场要比在绕组杆10的平面侧上的电场为强。因此边缘圆角特别容易受到电气击穿或长时间的故障。为了尽可能获得导体材料在槽子中的最佳填满率和通过棒绝缘的最佳散热起见，曾作过试验采用尽量薄的绝缘，至少在占大部分面积的平面侧上。在具有一矩形截面的绕组杆的情况下，传统的绝缘14的制造方法在Springer出版社于1973年出版的“电机绕组生产程序”一书的第128-129页中已有所描述。根据该书，采用了在底层上涂覆以玻璃织物的云母纸带缠绕在绕组棒或导线束上来提高抗张和抗剪切能力，然后用塑料树脂浸渍、成形、并在高温下硬化。在这方法中，绝缘层14的厚度(图1的d1)在绕组杆10所有平面侧几乎是相同的，在边缘圆角15处理论上有相同的厚度d1(见图2的局部放大截面图)，但实际上将变小，因为当绝缘条以恒定的速度和恒定的卷绕张力而绕在导线束上时会出现局部增高的接触压力(由于在边缘圆角区域的支持面较小)。根据对同轴圆柱体的公式，在边缘圆角15上的最大电场能确定如下Emax=Ur1·1nr2r1=Ur1·1nr1+d*r1]]>这里(按图2)U为施加的电压，r1为绝缘14的内部曲率半径，r2为绝缘14的外部曲率半径，d*(大多是小于d1)是在边缘圆角15区域内的绝缘厚度。由此可见在技术上容易实现的半径r1≤3mm的情况下，在边缘圆角15的电场强度已经比平面侧区域内的电场明显地增高，何况在绝缘厚度d*减小时，其结果将导致场强的进一步增主，这是在许多制造方法中所产生的结果。场强增高的后果在电气连续加载的情况下是尤应加以考虑的，因为故障率t-1是随场强而以强烈的非线性而增长的。粗略地说，使用寿命(小时)是按电场E(kv/mm)成指数函数的关系tt0=K·-n,]]>式中t0=1h,E0=1kv/mm，对于使用寿命而言n=8(这是在按现有技术对旋转电机的绝缘所常用的数值)，这意味着如果场强增高20％，寿命至少减少1/4，相反地如果场强减弱20％，则寿命大约可提高6倍。边缘圆角处场强的降低例如可这样来实现即把图1或图2中所示的绝缘14从一恒定的厚度d1(=d*)转变成一个具有尖角的外部轮廓(即r2=0)。如果在此假定下对d1=2.5mm,r1=2.5mm的数值以有限元件法为基础实行计算机模形的计算，则能使边缘圆角区域的最大场强Emax降低11％，这相当于在寿命指数为8的情况下，能使寿命延长2.5倍。这一倍数将随寿命指数的提高而不成比例地增高，(例如当n=12时，可达4倍)。本专利技术的任务在于创造一种绕组杆，其中能以简单的方法在边缘圆角区域内获得明显减小的最大场强，而无需增大平面侧区域内的绝缘厚度，以及提供一种制造所述绕组杆的方法。此任务是在前面所述的绕组杆中通过以下方法来解决的，即在绕组杆的边缘圆角边的绝缘厚度大于在绕组杆平面侧的绝缘厚度。通过在边缘圆角区域内绝缘厚度的增大能获得对电场力线的矫正，从而导致所需的边缘圆角场强的降低。按本专利技术的绕组杆的第一个优选的实施方案，其特征在于绕组杆边缘圆角上的绝缘具有一在内部有一弯曲轮廓和在外部有一曲率半径的弯曲部分；外部曲率半径小于内部弯曲轮廓的等效曲率半径与绕组杆平面侧的绝缘厚度之和；通过保持一不等于0的外部曲率半径，可获得边缘圆角区域内厚度的均匀变化，这将有利于电场的分布和机械上的稳定性。原则上这样的边缘圆角区域的形成能借助一卷绕的绝缘来实现，如果采用热塑性的带子作为绝缘的话。但如果按照第二个优选实施方案，绝缘由其中分布有绝缘材料所制的填充材料粒子的热塑聚合物来组成的话，将特别容易成型。在另一优选的结构中，使用聚醚醚酮(PEEK)作为热塑聚合物和使用云母小板作为填充材料粒子，但也能用其他材料例如聚砜或聚醚酮(PES)来取代PEEK。按照本专利技术的另一优选的实施方案，用来减小边缘圆角场强的、在边缘圆角区域内的绝缘的特殊造型，也可这样来延伸到由绝缘所包围的导线束的导体上，使至少设置在边缘圆角区域内的导体各包括一束单独绝缘的、特别是互相绞合的导线，从而有可能通过模压使导体本身的成型导致在边缘圆角区域内进一步增加绝缘厚度。在此情况下，导线能设计成圆形导线，但也能是方形的(按照微型勒贝尔杆的技术)。在本实施方案中的一个优选改进结构中，为了获得一光滑的外部轮廓起见，导线束以半导体粘结物质来浸渍，并为了同半导体粘结物质偶合起见，至少一根导线被保留为空白的。于是有可能减小导线束在电场分布上的不利影响。如果按照另一个实施方案使绕组杆的导体互相通过中间空间来隔开，并在中间空间内填充以最好(在绕组杆方向)具有一至少在片段上有非线性的电压限制性能的半导体跨接物质的话，则通过单独导线外部轮廓的光滑作用，整个导体束的外部轮廓也能成为光滑。按照本专利技术来制造一绕组杆的方法，其中绕组杆具有基本上由一热塑材料组成的绝缘，其特征在于绕组杆在涂敷绝缘之后要承受一精整过程，其中在可模塑的绝缘材料上印铸一预定的边缘轮廓，它导致在边缘圆角区域内绝缘厚度的增加，通过涂层和造形过程的解偶，有可能使这两道工序分别进行优化和同时连续实行。如果按照本专利技术的第一优选的实施方案，绝缘通过一系列粉末涂层的方法，特别是喷射烧结或热喷涂和挤压方法来涂层的话，则绝缘能实现均匀的和很好成形的涂层。如果按照另一优选的实施方案，为了实行精整过程，使与绕组杆中间平面平行设置并与它有一固定距离的精整辊在绕组杆上相对于绕组杆而移动，并在精整过程中借助附加的边缘轮在绕组杆的边缘圆角上印铸一预定的曲率半径，则按照本专利技术的方法能以特别快速和精确的方式来实行。下面按照实施例结合附图对本专利技术进行详细说明如下，其中图1按现有技术以基本上恒定厚度d1的绝缘缠绕的、放置在定子槽中的绕组杆的截面图；图2根据图1的绕组杆的边缘圆角区域的局部放大图；图3与图1进行对比的本专利技术第一实施例的示图，其中通过在边缘圆角处绝缘外部曲率半径的缩小来增加在此区域内的绝缘厚度；图4与图2进行对比的图3中边缘圆角的局部放大图；图5与图3进行对比的本专利技术第二实施例的示图，其中为了进一步在边缘圆角区域内增加绝缘厚度，同它相邻接的导体制成较大的圆角；图6与图4进行对比的图5中边缘圆角的局部放大图。图7按照本专利技术的精整过程所产生的效果的示意图；图8按照本专利技术方法的精整过程实施例的透视图。在图3和4中再次表示了按本专利技术的绕组杆的第一实施例的截面图。在此情况下在边缘圆角15区域内，绕本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于电机的高压绕组特别是定子绕组的绕组杆（１０，１６，３２），包括多根互相上下或左右设置的并构成一具有矩形截面的导体（１３；１９…２１，３３），其中导体束外部由一绝缘（１４，２２，３４）所包围，其特征在于，在绕组杆（１０，１６，３２）边缘圆角（１５，２３，４０）处的绝缘（１４，２２，３４）的厚度（ｄ２，ｄ４）大于在绕组杆（１０，１６，３２）的平面侧上的绝缘（１４，２２，３４）的厚度（ｄ１，ｄ３）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T保曼，R弗里德，J厄斯特赫尔德，R约霍，
申请(专利权)人：阿尔斯托姆瑞士有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]