电机的绝缘电枢线圈制造技术

放入电动机转子槽的多匝线圈由一束分别绝缘的、平行靠紧的导电条构成，在线圈的每个入槽段套上不可压缩的、非热塑性介电材料（例如聚酰亚胺薄膜）制成的预成型套管；管壁薄而柔软，能在任何平面中弯曲，足够光滑，允许被绝缘导体在套管中长度方向自由膨胀和收缩．在线圈内，用同样介电材料制的十字形部件加强了匝间绝缘．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般地介绍旋转电动机，更具体地介绍这类电动机转子电枢线圈电绝缘的各种改进。 在诸如机车牵引电机那样的马力较大的直流电动机中，其电枢包括一个由铁磁迭片构成的可转动的圆柱状铁心，铁磁迭片沿圆周有许多容纳电枢线圈用的槽，电枢线圈通过旋转换向器及与之接触的靜止的电刷在电气上同外电路相连接。每个电枢线圈都有许多匝。线圈通常由许多根长而薄的铜条构成，每根铜条都有介电材料作为匝间绝缘，八根左右的铜条并联成一组弯成直线框绕组的形状，绕组的两个相对边是直边而平行的，然后用适当的介电材料给绕组包上绝缘护套，使并联铜条束在电气上和确定线槽侧边与底边，并处於地电位的铁心迭片的各暴露边互相绝缘。为了在多匝电枢线圈上施加匝对地绝缘护套，有几种已知的工艺。一种是在铜条束的每一个直边(即线圈的入槽段)上绕以多层薄绝缘纸，见先有技术美国专利2675421号。和2697055号。第二种已知的方法是用一对互补的、予成形的、相当硬的绝缘材料制的管状部件将每一边入槽段封装起来，这种部件制造装配都比较容易，但是不能有效防止对地漏电。第三种方法是用绝缘带螺旋状地绕在线圈的直边上。第三种方法或者可单独使用，或结合第一种方法(见美国专利3662199号)，或者和第二种方法结合使用。 不管用哪种方法，电枢线圈的匝对地绝缘都需要具有足够的介电强度、厚度及牢固性，以便在一切可能的环境条件下防止线圈中任何一匝对地被电击穿(即短路);对於机车牵引电机，所说的环境条件包括不停的振动、频繁的机械冲击、偶然的电过载、周围温度和大气湿度和/或者混浊污染的剧烈变化。而且，当机械老化以及尽管由於温度变化，线圈的入槽段的长度相对於毗连的槽侧边发生长度方向的尺寸的周期变化时，都要求维持所希望的绝缘性质而没有明显的劣化。(如所周知，电枢电流平均值每增至满载额定值一次，电流的热效应将造成铜条膨胀，该膨胀量和迭片铁心的不同，因为开始时铁心比线圈冷，并且无论怎样，热膨胀系数是不同的)。 传热良好是另一项一般所希望的绝缘系统的特性。这一特性在牵引电机中特别值得注意，在那里，目标是要获得较大的单位重量的输出转矩。为了帮助达到这一目标，对电机电枢来说，下述可能的变更的任何一种或者几种之结合是所愿望的(1)槽的尺寸给定时，增加每个电枢线圈中铜条的截面积，由此容许线圈在不增加电流密度的条件下流过较大的电流;(2)增加铜条中的电流密度(因此，发热增加);(3)减小每个槽的深度，以便使给定截面积的铜条就位於接近铁心的表面，因此更接近於电机的磁极。但是，要实现这些变更中的任何一项，都得减少电枢线圈的匝对地绝缘的厚度。电枢线圈的外绝缘护套越薄，套内铜条所处的空间就越大，从铜条到转子铁心的传热也就越好。这样，靠减少发热、促进散热，电枢线圈就能够在不超过给定的最大安全温升的条件下负载更大的电流(所以电动机能产生更大的转矩)。 对於牵引电机的应用场合，众所周知的特别优越的绝缘材料属於H型聚酰亚胺薄膜。做成氟酸乙丙烯-氟炭乙烯(FEP-CF)树脂涂层形式的这种薄膜由杜邦公司制造和销售，商标为“Kapton”。薄型标准规格的Kapton绝缘是很柔软的，具有较高的介电强度(一般至少为3000～4000伏/密耳)，在高温下可保证物理上和电气上的稳定性。FEP-CF树脂涂层(众所周知的杜邦商标为“Teflon”)在聚酰亚胺薄膜基底上提供了很光滑的、可以热密封的表面。这也改善了薄膜的抗化学性能，降低了潮气吸收率和氧化分解率。这种复合材料到现在为止已经被成功地用於电动机磁体矩型线的绝缘以及机车牵引电机后力磁线圈的绝缘(见美国专利4376904号-Horrigan)。迄今精密电动机已经用H薄膜制的槽衬。关於Kapton及其已有的典型用途的进一步的资料，可参看D.H.Berkebile和D.L.Stevenson的文章，题目是《‘Kapton’聚酰亚胺薄膜在宇宙空间应用方面的使用情况》。这篇文章由汽车工程师协会于1982年发表在1981年10月5～8日举行的汽车工程师协会会议记录第3562-68页上(预印本No.811091)。 本专利技术总的目的是为电动机电枢线圈提供一种改进的绝缘系统。 另一个目的是提供一种具有匝对地绝缘护套的电枢线圈，绝缘套的特征为壁薄、介电强度高、对地漏电小、没有捆扎上的麻烦，并且当线圈导体在长度方向上膨胀或收缩时，绝缘套内表面和线圈导体之间没有引起磨损。 再一个目的是提供一种具有尺寸较小、位置最佳的匝间绝缘的多匝电枢线圈。 本专利技术还有一个目的是提供一种有效利用聚酰亚胺薄膜优点的电枢线圈绝缘系统。 当以一种形式来实现本专利技术时，电动机转子上每个电枢线圈包括一束并联、分开绝缘的、一般为矩型截面的导体，它被弯曲成框型，其第一边和第二边具有长而直的入槽段，分别放在柱状转子铁心圆周的两个槽中。在转子的一端，导体束的第一边和第二边入槽段分别和第一及第二短段相连，形成钝角，随后，两个短段会聚到交点处。在这里，通过钝角弯环把它们彼此连结起来。线圈的匝对地绝缘由两根不可压缩、非热塑性介电材料制的予成型管来实现的。第一根管包住导体束的第一入槽段和所连短段的外表面，而第二根管包住第二入槽段及第二短段的外表面。 每根上述套管都紧贴所包围的导体束段而又能在其上滑动，以提供导体束和转子铁心槽壁之间的电绝缘。管壁为整体、无缝、防水结构，保证线圈每一个入槽段的所有侧面绝缘相同并且良好地防止对地漏电。在制造流程的插楔封槽阶段，当线圈受到径向向心压力时，管壁完全不会发冷变形。再则，管壁相当薄也足够柔软，在任意平面内弯曲，都不会破裂、或在介电强度方面造成明显的损失。壁薄，就允许线圈的各个导体有较大的截面积，所以在给定尺寸的槽中载有较大的电流，壁薄，也增强了导体向铁心的传热。每根套管的壁还有一个特点内表面光滑，这提供了一个同周围导体接触的比较润滑的界面，从而管内导体在长度方向膨胀或收缩时不致磨损或毁坏绝缘。 最好每个电枢线圈至少有4根导体，各占四分之一象限，每束导体有4个单匝。在线圈中，4匝导体靠匝间绝缘互相隔开，匝间绝缘是实质上不可压缩的、非热塑的、具有十字型的截面的介电材料制的予成型整体部件。这一部件很薄、足够柔软，在任何平面中弯曲都不会明显损害物理上的坚固性及电绝缘性质，在线圈中它只占据很小的空间。这就容许线圈的每个导体有较大的截面。 最好管型匝对地绝缘和十字型匝间绝缘都由多层很薄的聚酰亚胺薄膜涂以FEP树脂构成。在前述的管型绝缘的场合，管壁内表面的光滑度和润滑性由於用了FEP涂层而加强。 从下面结合附图所作的说明中，本专利技术将被更好地了解，其各项目的及优点将更为充分地予以评价。 图1是直流电动机类的旋转电机转子的局部剖面简化侧视图。转子圆周上有许多槽，槽中排入数量相同的电枢线圈，这样来使本专利技术具体化。 图2是图1中的转子的一个电枢线圈的简化电路图，表示了4个单匝互相串联的关系; 图3是转子铁芯上一个槽的放大剖视图，示明了一个线圈的第一入槽段位於槽的底部，其上是另一个线圈的第二入槽段; 图4是图1那个转子的一个完整电枢线圈的平面图; 图5是图4线圈在线圈的底部入槽段弯曲处沿5-5剖面线剖开后的放大剖视图; 图6是予成型绝缘管局部的透视图，按本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用於电动机的改进的电枢线圈，电动机的转子包括：在其一端由圆柱状排列的间断导电片组成的换向器；其转子另一端的电枢头；置於所述换向器和电枢头之间磁化材料制的圆柱形铁心，所述铁心包括许多在其圆周上的，轴向延伸的槽中；许多多匝电枢线圈。它们被放在所述铁心的槽中，并且在电气上和选定的换向片连接，每个电枢线圈包括一束平行的、分别绝缘的导体，其末端与予先确定的一组所述的换向片配合连接，每一根所述的导体一般为矩形截面，所述的导体束一般弯成线框形绕组，它有第一边和第二边较长的、直的入槽段，它们将被合适地放入所述转子铁心的两个分开的槽中，所述的第一、第二入槽段在其电枢头一侧分别和第一、第二短段相连，以此构成钝角，两个短段汇聚伸至电枢头的外端，在那里借助于一个弯环彼此相连，改进的电枢线圈的特征是，该项改进包括第一根由实际上不可压缩的、非热塑介电材料制的予成型套管，它包住了所述第一入槽段的整个外表面和所述线圈的所述第一短段的最低部分的外表面，以及第二根同样材料的予成型套管包住所述第二入槽段的全部外表面和所述线圈的所述第二短段的最低部分的外表面，每根所述的套管都紧贴所包段而又能在外表面上滑动，以提供所述导体束和所述铁心槽壁之间的电绝缘，每根套管的壁具有整体无缝结构，薄而且足够柔软，在任何平面中弯曲都不会明显损害物理上的或者介电方面的坚固性，并具有足够光滑的内表面，允许所述的被绝缘导体在管内长度方向膨胀和收缩。...

【技术特征摘要】
US 1985-1-7 689,217拟将涉及所有这类属於本发明的正确精神与范围的修正都包括在内。权利要求1、一种用於电动机的改进的电枢线圈，电动机的转子包括在其一端由圆柱状排列的间断导电片组成的换向器；其转子另一端的电枢头；置於所述换向器和电枢头之间磁化材料制的圆柱形铁心，所述铁心包括许多在其圆周上的、轴向延伸的槽中；许多多匝电枢线圈，它们被放在所述铁心的槽中，并且在电气上和选定的换向片连接，每个电枢线圈包括一束平行的、分别绝缘的导体，其末端与予先确定的一组所述的换向片配合连接，每一根所述的导体一般为矩形截面，所述的导体束一般弯成线框形绕组，它有第一边和第二边较长的、直的入槽段，它们将被合适地放入所述转子铁心的两个分开的槽中，所述的第一、第二入槽段在其电枢头一侧分别和第一、第二短段相连，以此构成钝角，两个短段汇聚伸至电枢头的外端，在那里借助于一个弯环彼此相连，改进的电枢线圈的特征是，该项改进包括第一根由实际上不可压缩的、非热塑介电材料制的予成型套管，它包住了所述第一入槽段的整个外表面和所述线圈的所述第一短段的最低部分的外表面，以及第二根同样材料的予成型套管包住所述第二入槽段的全部外表面和所述线圈的所述第二短段的最低部分的外表面，每根所述的套管都紧贴所包段而又能在外表面上滑动，以提供所述导体束和所述铁心槽壁之间的电绝缘，每根套管的壁具有整体无缝结构、薄而且足够柔软，在任何平面中弯曲都不会明显损害物理上的或者介电方面的坚固性，并具有足够光滑的内表面，允许所述的被绝缘导体在管内长度方向膨胀和收缩。2、权利要求1的线圈的特征在於所述第一根套管包住所述第一短段全部外表面，所述第二根套管包住所述第二短段的全部外表面，由此，所述套管提供所述导体束和所述电枢头之间的电绝缘。3、权利要求1所述的线圈至少有4根导体，排列成各占四分之一象限，由此，每束导体便有4匝，其特征在于为了至少在所述的钝角及所述的环附近将所述4根导体相互隔开，在所述导体束内配置了绝缘部件，所述绝缘部件包括用实际上不可压缩的、非热塑介电材料制的予成型整体部件，并具有十字形截面，薄而足够柔软，在任何平面内弯曲都不会明显损害物理上的坚固性和电绝缘性质。4、权利要求3所述的线圈的特征在于所述予成型部件包括至少两层聚酰亚胺薄膜，用氟酸乙丙烯(fluorinated ethylene propylene)树脂粘结在一起。5、权利要求3所述的线圈的特征在于所述导体的末端以这样一种方式连接，使在所述导体束中的4匝互相串联。6、权利要求5所述的线圈的特征在于每一所述匝都至少包括两根平行导体。7、权利要求3所述的线圈，在其中所述绝缘部件沿所述线圈的所述两个入槽段的全长、沿所述两个短段的全长、沿所述的环而延伸。8、权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾尔马艾伯特奥尔森，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]