CN115606076A

CN115606076A - 电动机器的表面绝缘材料

Info

Publication number: CN115606076A
Application number: CN202180035418.4A
Authority: CN
Inventors: A·多伊奇; N·舍恩鲍尔; M·韦格
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2023-01-13
Also published as: WO2021229099A1; CA3183283A1; US12500467B2; BR112022023032A2; EP4150739A1; US20230353002A1; EP3910761A1

Abstract

本发明涉及一种表面绝缘材料(1)，其具有堆叠在彼此之上的三个或更多个层(2、3、4)，其具有纵向范围(18)、横向范围(17)和径向范围(16)，使得各个层(2、3、4)至少在横向范围(17)上具有不同的尺寸。

Description

电动机器的表面绝缘材料

技术领域

本发明涉及一种电动机器的表面绝缘材料，一种包括这样的表面绝缘材料的电导体或预制线圈，以及一种设有这样的电导体或预制线圈的电动机器。

背景技术

对于布置在导磁材料槽中的电导体，电动机器还需要带电部件相对于磁场导体绝缘等。然而，这些绝缘材料减少了槽中的活性导体部分，特别是槽口区域中的活性导体部分，这降低了电动机器的效率。

发明内容

由此，本发明的目的是提供一种导体和/或预制线圈的绝缘，其相对地增加槽的活性材料的比例，也就是电动机器尤其是高压机器的槽中的导体材料的比例。此外，将提供一种具有相对较高效率的电动机器。

所述目的是通过表面绝缘材料实现的，所述表面绝缘材料具有堆叠在彼此之上的三个或更多个层，并且具有纵向范围、横向范围和径向范围，使得各个层至少在横向范围上具有不同的尺寸。

所述目的也可以通过电动机器的电导体或预制线圈来实现，其中导体特别具有两个相反的窄边和两个相反的纵向边，其中，至少在电导体或预制线圈的被布置在电动机器的槽中的部分中，根据本发明的表面绝缘材料以使得在导体的指向槽口的窄边上存在重叠的方式缠绕在该部分周围，其中重叠的径向厚度小于在该窄边上径向地相叠的表面绝缘材料的总和。

所述目的还可以通过包括根据本发明的导体或预制线圈的电动机器来实现。

根据本发明的表面绝缘材料具有基本上对应于槽的轴向长度的纵向范围。纵向范围轴向略长，以避免在例如定子和/或转子的叠层铁芯的磁导体的端面处任何潜在的电寄生边缘效应。

根据本发明的表面绝缘材料的各个层具有不同的横向范围，以确保根据本发明的重叠。横向范围基本上是基于槽的尺寸确定的，也就是说，槽壁、槽底、以及槽的与槽底相对的侧，即在槽口的区域中。横向范围也基本上基于导体或预制线圈的尺寸来确定，也就是说，两个纵向边、一个窄边、和依赖于层的重叠范围的总和。

根据本发明的表面绝缘材料具有与表面绝缘材料的总厚度相对应的径向范围。但是，这是除了在槽口的区域，也就是发生根据本发明的重叠的导体窄边之外的情形，以避免两倍的总厚度。

由于根据本发明的表面绝缘材料就其横向范围而言，各个层具有不同的宽度，当将该绝缘材料至少围绕导体的活性部分或围绕预制线圈的活性部分安装在导体的窄边上时，利用根据本发明的表面绝缘材料的重叠，就可以省却各个层。这减小了那里的绝缘材料的总厚度，也就是在槽口的区域中，从而能够增加导体材料。

导体的活性部分或预制线圈的活性部分是放置在电动机器的槽中的部分，也就是说，放置在定子或还放置在转子中的部分。然而，通过根据本发明的表面绝缘材料的使用，在槽中，特别是在槽口的区域中，确保了足够的爬电距离。

根据本发明的重叠表示表面绝缘材料的各个层在槽口的区域中的导体或预制线圈窄边上交错，尤其有利地导致槽中活性导体材料的径向增加，也就是导体填充因数或铜填充因数的增加，并且因此能够有助于提高电动机器的性能。

因此，根据本发明，在槽口的区域中的中间层存在可预定的空隙。具体地说，表面绝缘材料的中间层没有完全包围导体。该重要电绝缘层在槽口的区域中不是必需的，也就是说，在设置槽封闭元件的区域中不是必需的。因此，不设置叠层铁芯形式的“对电极”。

表面绝缘材料的各个层在多个水平上的这种布置(特别是在槽口区域中的导体或预制线圈窄边上)以形成根据本发明的交错图案，能够特别是通过表面绝缘材料的可预定的弯曲线来额外优化。在这里，电导体的尺寸，尤其是导体的横截面，必须优选在制造表面绝缘材料时就预先确定，以使弯曲线与边缘相关。

电动机器的绕组系统在电气上具有一个或多个电相，例如L1、L2、L3。每个相具有一个或多个线圈，该线圈串联和/或并联电连接。每个线圈有一圈或多圈。每一圈是一导体，它的活性部分布置在槽中。其他部分布置在槽的外部，并且通常形成电动机器的绕组头。导体也可以由不同的并联电连接的子导体构成。子导体的绝缘应基本上避免它们之间的表面效应。

该示例性实施例中，表面绝缘材料由三层构成：外层、中间层和内层。

外层和内层分别由芳纶纸、芳纶薄膜、聚酯薄膜、聚酯非织造布或芳纶非织造布构成，其中芳纶是其中芳纶基团键合到芳香族基团的聚酰胺的总称。具有酯功能的聚合物被理解为聚酯。

中间层对带电导体(例如由铜制成)和接地的磁导体(叠层铁芯)之间的绝缘起决定性作用。因此，为此提供的材料还包括预定比例的云母。中间层的合适材料是芳纶纸、芳纶薄膜、聚酯薄膜、聚酯非织造布或芳纶非织造布。

表面绝缘材料的材料组合在这里可以根据预期应用，由上述材料或相当的材料加工来选择。然而，中间层优选地总是具有云母组分。

由于表面绝缘材料的三层结构，在绕组系统的组装过程中提供了灵活且健壮的加工性。表面绝缘材料形成多层叠层，其各个层也可以通过结合剂彼此固定。可以可选地还具有预定量的添加剂如硬化剂、促进剂和填充剂的粘合剂适合于此目的。

在传统的高压机器(从1KV到15KV)中，表面绝缘材料的总厚度是从0.6mm到2mm，优选是0.9mm。外层和内层的各层厚度优选在0.3mm和0.4mm之间。中间层相应地进行调整。

槽封闭元件有利地设置在槽口区域中，这有助于压实根据本发明的重叠。

这是因为，在槽口的区域中，总数量的层中的一个或多个层不是以抵接方式布置的，而是布置有空隙。这在本文中不会降低绝缘强度，因为那里为通常接地的叠层铁芯的形式的带电导体的对电极“丢失”。

本发明不限为三层表面绝缘材料，而是根据本发明的交错重叠的概念也可以实现为两层、四层系统等。但总是关键的是，由于所涉及的表面绝缘材料的层的交错重叠，可增加槽中的活性导体材料。

附图说明

将根据原理性显示的示例性实施例更详细地解释本发明和本发明的有利实施例，其中：

图1显示了表面绝缘材料的侧视图，

图2显示了表面绝缘材料的俯视图，

图3显示了具有表面绝缘材料的实心导体的细节，

图4显示了由具有表面绝缘材料的子导体形成的导体的细节，

图5显示了一电动机器。

具体实施方式

图1显示了具有三层的表面绝缘材料1的基本图示。外层2(除了槽口14的区域之外与槽壁10/槽底15基本上接触)、中间层3(在外层2和内层4之间)和内层4(除了槽口4的区域之外与导体6基本上接触)。这三层具有不同的横向范围17。这些不同的横向范围17可以关于基准线5对称地布置，或者也可以不对称地布置。表面绝缘材料1的这三层以一体结合的方式彼此连接，即不可移动地连接，尤其是粘合地结合。根据热要求，这里可以使用不同的粘合剂或结合剂。

表面绝缘材料1具有基本上对应于槽9的轴向长度的纵向范围18。纵向范围18轴向略长，以避免在磁导体例如定子和/或转子的叠层铁芯的端面处的任何潜在的电寄生边缘效应。

根据本发明的表面绝缘材料1的各个层具有不同的横向范围17，以确保根据本发明的重叠。横向范围17基本上基于槽9(即槽壁10、槽底15、和槽9的与槽底相反的一侧，也就是在槽口14的区域中)的尺寸确定。横向范围17基本上也是根据导体6或预制线圈的尺寸确定的，即两个纵向边、一窄边和在槽口14的区域中依赖于层的重叠范围的总和。

表面绝缘材料1具有与表面绝缘材料1的总厚度相对应的径向范围16。这是除了槽口14的区域中的情况，也就是发生根据本发明的重叠的导体6窄边的情况。通过根据本发明的交错重叠可以在那里避免两倍的总厚度。

根据需要，层2、3、4具有不同的厚度和/或成分。这里特别地将预定量的云母添加到中间层3。

图2显示了表面绝缘材料1的俯视图，其中各层2、3、4的横向范围17由虚线表示。

图2还示例性地和可选地示出了表面绝缘材料1在导体6的边缘处的弯曲线19。这简化了处理并导致槽9中的绝缘结构进一步压实。当然，这些弯曲线19必须不会导致绝缘强度的任何损失，尤其是在导体6的边缘。

图3显示了实心的导体6的部分横截面。在这里也可以使用表面绝缘材料1，根据图4的导体6的情况也是如此，该导体6在那里例如设置有不同的子导体(圆形导体、基本正方形的子导体)。这些子导体在导体6内绝缘。

由于各个层2、3、4的横向范围17不同，与传统的重叠相比，在槽口14的区域中的重叠可以减小表面绝缘材料1的径向总厚度。

在根据图3或图4所示的实施例中，内层4具有最宽的横向范围17。在横向范围17的尺寸中紧随其后的是外层2。中间层3的尺寸被设计成不完全围绕导体6。中间层3的横向范围的两端之间的剩余间隙或空间20被内层4和/或外层2占据。

实现本发明的关键是，在径向或轴向插入槽9之前，将表面绝缘材料1放置在导体6上，使得基准线5靠着导体6放置在预定位置。这种靠着导体6的放置特别是在导体6的一侧(例如窄边)的中间执行，然后将导体6在槽9内在槽底15上的预定位置放置在槽底15上，优选居中放置。

因此，导体6可以预先设置有表面绝缘材料1，然后插入槽9中。

也可以先在槽9中衬有表面绝缘材料1，然后插入导体6。这里，应注意确保表面绝缘材料1以精确定位的方式放置在槽9中。例如，这确保表面绝缘材料1的基准线5布置在槽底15的中间。

无论上述用于放置表面绝缘材料1的方法如何，必须确保，如果提供弯曲线19，则这些弯曲线以精确定位的方式放置在导体6的边缘和/或槽9的角部。

槽封闭元件(未更详细示出)有利地设置在槽口14的区域中，并且尤其有助于压实根据本发明的表面绝缘材料1的重叠。

这是因为，在槽口14的区域中，层的总数中的一个或多个层不是以抵接的方式布置的，而是具有空隙20。这不会导致绝缘强度的降低，因为在那里叠层铁芯的形式的带电导体的对电极“丢失”。

特别是在图3和4中，层2、3、4以基本和简化的方式显示；在各个层2、3、4之间没有空腔或距离，同样在内层4和导体6之间也没有空腔或距离。

设有这样的表面绝缘材料1的电动机器具有定子和转子，每个定子和转子都包括由轴向分层叠片11形成的磁导体。在定子的端面和可能时转子的端面具有绕组头的导体6包括该表面绝缘1，特别是在磁导体的槽9中具有这样的表面绝缘1。该表面绝缘1在正常情况下从定子和/或转子的端面轴向延伸，也在绕组头方向上突出预定距离，以达到必要的绝缘强度。

设有这样的表面绝缘材料1的电动机器是比较有效的，因为根据本发明，具有可比的槽横截面可以增加铜填充系数。

根据图5的电动机器可以是电动机，也可以是发电机，特别是风力涡轮机。

定子和/或转子的磁导体的槽9为半开或敞开的。换言之，槽口14比槽宽度窄或对应于槽宽度。

发电机在这里也可以在圆周方向上考虑以分段的方式构造。

Claims

1.一种表面绝缘材料(1)，具有堆叠在彼此之上的三个或更多个层(2、3、4)，并且具有纵向范围(18)、横向范围(17)和径向范围(16)，使得各个层(2、3、4)至少在所述横向范围(17)上具有不同的尺寸。

2.如权利要求1所述的表面绝缘材料(1)，其特征在于，所述各个层(2、3、4)彼此粘合地结合。

3.如前述权利要求中任一项所述的表面绝缘材料(1)，其特征在于，所述各个层均相对于基准线(5)不对称地且以不同方式布置。

4.如前述权利要求中任一项所述的表面绝缘材料(1)，其特征在于，所述表面绝缘材料(1)具有沿所述纵向范围延伸的预定弯曲线。

5.一种电动机器的电导体(6)或预制线圈，

-其中，所述电导体(6)尤其具有两个相反的窄边和两个相反的纵向边，

-其中，至少在所述电导体(6)或所述预制线圈的被布置在所述电动机器的槽(9)中的部分中，如权利要求1所述的表面绝缘材料(1)以这种方式围绕该部分：所述表面绝缘材料(1)以使得在所述电导体(6)的指向槽口的所述窄边上具有重叠的方式至少缠绕活性导体部分，

-其中所述重叠的径向厚度小于在该窄边上彼此径向叠置的所述表面绝缘材料的总和。

6.如权利要求5所述的电导体(6)，其特征在于，所述表面绝缘材料(1)的基准线(5)在背离所述槽口(14)的那侧特别是居中设置在所述槽底(15)上。

7.一种包括如权利要求5或6所述的电导体的电动机器。

8.一种包括如权利要求7所述的电动机器的风力涡轮机。