RU2574070C2 - Insulating materials with formed holes - Google Patents
Insulating materials with formed holes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574070C2 RU2574070C2 RU2013157523/07A RU2013157523A RU2574070C2 RU 2574070 C2 RU2574070 C2 RU 2574070C2 RU 2013157523/07 A RU2013157523/07 A RU 2013157523/07A RU 2013157523 A RU2013157523 A RU 2013157523A RU 2574070 C2 RU2574070 C2 RU 2574070C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- apertures
- tape
- insulating material
- insulating
- electrically insulating
- Prior art date
Links
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 title claims description 29
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000010445 mica Substances 0.000 claims description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 claims 7
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 abstract description 16
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002028 premature Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 39
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 28
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 28
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 12
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- -1 polysiloxanes Polymers 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 239000012772 electrical insulation material Substances 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 2
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N aluminum;trihydroxy(trihydroxysilyloxy)silane;hydrate Chemical compound O.[Al].[Al].O[Si](O)(O)O[Si](O)(O)O HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 229910052626 biotite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910001919 chlorite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052619 chlorite group Inorganic materials 0.000 description 1
- QBWCMBCROVPCKQ-UHFFFAOYSA-N chlorous acid Chemical compound OCl=O QBWCMBCROVPCKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YGANSGVIUGARFR-UHFFFAOYSA-N dipotassium dioxosilane oxo(oxoalumanyloxy)alumane oxygen(2-) Chemical compound [O--].[K+].[K+].O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O YGANSGVIUGARFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052621 halloysite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052627 muscovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 229910052628 phlogopite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003192 poly(bis maleimide) Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L terephthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=C(C([O-])=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение в целом относится к области электроизоляционных лент, и более конкретно, к электроизоляционным материалам и способам для улучшенной пропитки смолами электроизоляционных материалов.The present invention generally relates to the field of electrical insulation tapes, and more particularly, to electrical insulation materials and methods for improved resin impregnation of electrical insulation materials.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
Обмотки высокого напряжения используются в различных электродинамических машинах, таких как двигатели или генераторы. Например, обмотки высокого напряжения, обычно называемые статорными обмотками, используются в электрических генераторах высокого напряжения. Обмотка высокого напряжения, такая как статорная обмотка, может быть сформирована по меньшей мере из одной обмоточной шины, которая, в свою очередь, включает в себя один или более электрических проводников. Индивидуальные электрические проводники формируются из высокопроводящего материала, такого как медь. Электрические проводники обычно индивидуально изолируются и связываются вместе для того, чтобы сформировать обмоточную шину. Такая связка, в свою очередь, окружается изоляцией и часто упоминается как обмоточный изолятор или корпусной изолятор. Корпусной изолятор обычно включает в себя множество слоев изоляционной ленты, такой как покрытая стеклом слюдяная лента. Корпусной изолятор покрывается внешним проводящим электродом заземления, который окружает корпусной изолятор. Внешний проводящий электрод заземления может быть электропроводящим красочным покрытием или электропроводящей лентой, обернутой вокруг корпусного изолятора. Внешний проводящий электрод заземления связан с землей так, чтобы напряжение наружной поверхности обмотки высокого напряжения имело нулевой потенциал.High voltage windings are used in various electrodynamic machines, such as motors or generators. For example, high voltage windings, commonly referred to as stator windings, are used in high voltage electric generators. A high voltage winding, such as a stator winding, may be formed of at least one winding bus, which, in turn, includes one or more electrical conductors. Individual electrical conductors are formed from highly conductive material such as copper. Electrical conductors are usually individually insulated and bonded together to form a winding bus. Such a bundle, in turn, is surrounded by insulation and is often referred to as a winding insulator or a case insulator. A case insulator typically includes multiple layers of insulating tape, such as glass-coated mica tape. The housing insulator is coated with an external conductive ground electrode that surrounds the housing insulator. The external conductive ground electrode may be an electrically conductive paint coating or an electrically conductive tape wrapped around a case insulator. The external conductive ground electrode is connected to earth so that the voltage of the outer surface of the high voltage winding has zero potential.
Лента может наноситься с половинным перекрытием, встык или любым другим подходящим образом. Обычно вокруг катушки наматывается множество слоев слюдяной ленты, причем для типичных катушек высокого напряжения обычно используется шестнадцать или более слоев. Количество слоев может быть уменьшено в зависимости от мощности генератора и эффективности изолятора как в отношении его способности к электрической изоляции, так и в отношении его способности проводить тепло. Чтобы придать ленте более высокое сопротивление к истиранию и гарантировать более плотную изоляцию, на катушку может быть намотана внешняя лента из жесткого волокнистого материала, например из стекловолокна, асбеста и т.п.The tape can be applied with half overlap, butt or in any other suitable way. Typically, many layers of mica tape are wound around the coil, with sixteen or more layers typically used for typical high voltage coils. The number of layers can be reduced depending on the power of the generator and the efficiency of the insulator both in terms of its ability to electrical insulation and in relation to its ability to conduct heat. In order to give the tape a higher abrasion resistance and guarantee a denser insulation, an outer tape made of hard fibrous material, such as fiberglass, asbestos, etc., can be wound around the spool.
Изоляционная лента обычно пропитывается смолой, чтобы улучшить ее конечные свойства. Существует множество способов покрытия материалов эпоксидными смолами с последующей вулканизацией продукта. Одним таким способом является вакуумная пропитка под давлением (vacuum pressure impregnation, VPI). Этот способ используется на таких устройствах, как статорные катушки. Изоляционная лента наносится на катушки, затем катушки помещаются в вакуумную камеру, в которой создается вакуум. После некоторого промежутка времени подается смола для пропитки катушки. Для того чтобы заставить смолу войти в катушки и минимизировать пустоты, которые влияют на удельную проводимость, прикладывается давление. После того как эта операция завершена, катушки нагреваются для того, чтобы вулканизировать смолу. Другой вариант этого способа, глобальная вакуумная пропитка под давлением (GVPI), включает в себя процесс, в котором сухие изолированные катушки наматываются, а затем вместо индивидуальных катушек вакуумной пропитке под давлением подвергается статор целиком. Из-за относительно высокой плотности существующих изоляционных лент обычно имеются проблемы с оптимальной пропиткой таких лент, такие как неполная пропитка. Неполная пропитка может привести к неспособности катушки противостоять воздействию напряжения и вызвать преждевременный пробой и аварию.The insulation tape is usually impregnated with resin to improve its final properties. There are many ways to coat materials with epoxy resins followed by vulcanization of the product. One such method is vacuum pressure impregnation (VPI). This method is used on devices such as stator coils. An insulating tape is applied to the coils, then the coils are placed in a vacuum chamber in which a vacuum is created. After a certain period of time, resin is impregnated to impregnate the coil. In order to force the resin to enter the coils and minimize voids that affect the conductivity, pressure is applied. After this operation is completed, the coils are heated in order to vulcanize the resin. Another variant of this method, global vacuum impregnation under pressure (GVPI), includes a process in which dry insulated coils are wound, and then the entire stator is subjected to vacuum impregnation under pressure instead of individual coils. Due to the relatively high density of existing insulation tapes, there are usually problems with the optimal impregnation of such tapes, such as incomplete impregnation. Incomplete impregnation may result in the coil being unable to withstand the stress and cause premature breakdown and accident.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Настоящее изобретение объясняется в следующем описании со ссылками на чертежи, которые показывают:The present invention is explained in the following description with reference to the drawings, which show:
Фиг. 1 изображает изоляционную ленту, наматываемую вокруг катушки статора в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.FIG. 1 shows an insulation tape wound around a stator coil in accordance with one aspect of the present invention.
Фиг. 2 изображает изоляционную ленту, имеющую множество сформированных в ней апертур в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.FIG. 2 depicts an insulating tape having a plurality of apertures formed therein in accordance with one aspect of the present invention.
Фиг. 3 изображает изоляционную ленту, имеющую множество апертур, ориентированных параллельно к продольной оси изоляционной ленты в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.FIG. 3 shows an insulation tape having a plurality of apertures oriented parallel to the longitudinal axis of the insulation tape in accordance with one aspect of the present invention.
Фиг. 4 изображает изоляционную ленту, имеющую множество апертур, ориентированных под углом к продольной оси изоляционной ленты в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.FIG. 4 depicts an insulation tape having a plurality of apertures oriented at an angle to the longitudinal axis of the insulation tape in accordance with one aspect of the present invention.
Фиг. 5A-5E показывают примерные узоры для апертур в изоляционной ленте в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.FIG. 5A-5E show exemplary patterns for apertures in insulating tape in accordance with one aspect of the present invention.
Фиг. 6 изображает изоляционную ленту, имеющую множество апертур, которые проходят через изолирующий слой и внутрь, но не насквозь, защитного слоя в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.FIG. 6 depicts an insulating tape having a plurality of apertures that extend through the insulating layer and into, but not through, the protective layer in accordance with one aspect of the present invention.
Фиг. 7 изображает изоляционную ленту, имеющую изолирующий слой со множеством апертур и защитный слой со множеством апертур, которые смещены относительно апертур слоя изоляции в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.FIG. 7 shows an insulating tape having an insulating layer with a plurality of apertures and a protective layer with a plurality of apertures that are offset from the apertures of the insulation layer in accordance with one aspect of the present invention.
Фиг. 8 изображает структурно устойчивый слюдяной лист (без защитного слоя), имеющий множество сформированных в нем апертур, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.FIG. 8 depicts a structurally stable mica sheet (without a protective layer) having a plurality of apertures formed therein, in accordance with one aspect of the present invention.
Фиг. 9 изображает лазерный источник для формирования множества апертур в изоляционной ленте в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.FIG. 9 depicts a laser source for forming a plurality of apertures in an insulating tape in accordance with one aspect of the present invention.
Фиг. 10 изображает систему для формирования множества апертур в изоляционной ленте в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.FIG. 10 depicts a system for forming a plurality of apertures in an insulating tape in accordance with one aspect of the present invention.
Фиг. 11 изображает другую систему для формирования множества апертур в изоляционной ленте в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.FIG. 11 depicts another system for forming a plurality of apertures in an insulating tape in accordance with one aspect of the present invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Авторы настоящего изобретения инновационно разработали изоляционную ленту, которая существенно улучшает проникновение пропиточной смолы в изоляционную ленту во время ее пропитки смолой. В одном варианте осуществления изоляционная лента включает в себя по меньшей мере изолирующий слой и множество апертур (отверстий), сформированных в нем лазерным сверлением и т.п. В некоторых вариантах осуществления наибольший размер апертур составляет десять микрон или меньше, так что проникновение пропиточной смолы в ленту может быть улучшено без ухудшения электрических рабочих характеристик изоляционной ленты. Таким образом, улучшенные изоляционные ленты не только улучшают пропитку смолой, но также в состоянии выдержать напряжения и силы, испытываемые лентами во время производства и обслуживания.The inventors of the present invention have innovatively developed an insulating tape that substantially improves the penetration of the impregnating resin into the insulating tape during its impregnation with the resin. In one embodiment, the insulating tape includes at least an insulating layer and a plurality of apertures (holes) formed therein by laser drilling and the like. In some embodiments, the largest aperture size is ten microns or less, so that the penetration of the impregnating resin into the tape can be improved without compromising the electrical performance of the insulation tape. Thus, improved insulation tapes not only improve resin impregnation, but are also able to withstand the stresses and forces experienced by the tapes during production and service.
Обращаясь теперь к чертежам, Фиг. 1 показывает примерные условия эксплуатации для изоляционных лент по настоящему изобретению. Примерная катушка 10 включает в себя множество витков проводников 12, которые собраны в бакелизированную катушку 14. Корпусная изоляция для катушки 14 обеспечивается намоткой одного или более слоев электроизоляционной ленты (изоляционной ленты) 16 вокруг бакелизированной катушки 14. Изоляционная лента 16 обычно включает в себя слой электрической изоляции (изолирующий слой) 18, объединенный или связанный с защитным слоем или защитным листом 20 с помощью жидкого смолистого связующего вещества 22.Turning now to the drawings, FIG. 1 shows exemplary operating conditions for the insulation tapes of the present invention. An exemplary coil 10 includes a plurality of turns of conductors 12 that are assembled into a Bakelized coil 14. Housing insulation for the coil 14 is provided by winding one or more layers of electrical insulation tape (insulation tape) 16 around the Bakelized coil 14. The
В одном варианте осуществления изолирующий слой 18 включает в себя множество слюдяных чешуек, которые были сформованы в слюдяную пластинку с помощью традиционных бумагоделательных процессов, известных в данной области техники. Слюда, как известно, является желательным изолятором благодаря размеру слюдяных чешуек и пластинок. Слюда может быть стандартной слюдой (мусковит, флогопит), биотитовой слюдой или любыми другими подходящими подобными слюде алюмосиликатными материалами, такими как каолинит, галлуазит, монтмориллонит и хлорит. Диапазоны размеров для формовки слюды могут быть различны, но обычно слюда находится в макродиапазоне толщины (например, 0,01-0,05 мм) с самыми длинными размерами пластинки вплоть до 10 мм для природных и традиционно обработанных слюд (включая все известные общие минеральные формы). Для синтетических слюд самый длинный размер может находиться в микронном и субмикронном диапазоне от 100 нм до 10000 нм. Слюда не только хороша при формировании бумаги, но и благодаря тому, что пластинки создают высокоизвилистые траектории для процессов образования древовидного токопроводящего следа, она является также превосходным электроизоляционным материалом. Слюда, к сожалению, является также очень хорошим теплоизолятором, что является нежелательным побочным эффектом.In one embodiment, the
В другом варианте осуществления изоляционная лента 16 может дополнительно включать в себя материалы 24 с высокой удельной теплопроводностью (high thermal conductivity, HTC), которые могут быть объединены со слюдой на любой подходящей стадии производства слюдяной бумаги, например на стадии сухого материала, на стадии пульпы или на стадии конечного продукта, как описано в патенте США №7846853, который полностью включен в настоящий документ посредством ссылки. Слюдяные бумаги обычно имеют структуры, которые могут легко включать такие материалы с высокой удельной теплопроводностью, как окислы металлов, нитриды и карбиды, мономерные и полимерные органические соединения, чтобы дать композитные материалы с высокой диэлектрической прочностью. Материалы 24 с высокой удельной теплопроводностью могут быть включены вместо или в дополнение к смоле, которой пропитывается изоляционная лента 16.In another embodiment,
Материалы 24 с высокой удельной теплопроводностью могут включать в себя любые подходящие частицы, которые увеличивают удельную теплопроводность принимающей матрицы. Материалы с высокой удельной теплопроводностью могут включать в себя частицы нано-, мезо- и/или микроразмера. В одном варианте осуществления материалы 24 с высокой удельной теплопроводностью включают в себя нанонаполнители, имеющие размер от 1 до 1000 нм. Нанонаполнители могут быть сферическими, могут быть пластинками, могут быть формой, имеющей большое соотношение сторон, такой как спиральные контактные пружинки, стержни или нанотрубки, и/или могут быть в собранных формах, таких как агрегаты, фибриллярные дендриты, веревки, связки, сети и другие формы. Материалы 24 с высокой удельной теплопроводностью могут также включать в себя покрытия, такие как алмазоподобные покрытия или другие материалы с высокой удельной теплопроводностью, такие как оксиды металлов, нитриды и карбиды, которые расположены на материалах с более низкой удельной теплопроводностью. Далее, частицы с высокой удельной теплопроводностью могут включать в себя неорганические или органические поверхностные функциональные группы, которые реактивно привиты к материалам с высокой удельной теплопроводностью, которые могут образовывать прямые или косвенные ковалентные связи (соединения) с пропиточной смолой для того, чтобы сформировать непрерывный композитный материал. В одном варианте осуществления материалы с высокой удельной теплопроводностью соединены непосредственно с пропиточной смолой посредством одной или более ковалентных связей. Конкретные примеры подходящих материалов с высокой удельной теплопроводностью раскрыты в патенте США №7781063, который полностью включен в настоящий документ посредством ссылки.High thermal conductivity materials 24 may include any suitable particles that increase the thermal conductivity of the receiving matrix. Materials with high thermal conductivity may include nano-, meso- and / or micro-sized particles. In one embodiment, materials with high thermal conductivity include nanofillers having a size of from 1 to 1000 nm. The nanofillers may be spherical, may be plates, may be a shape having a large aspect ratio, such as spiral contact springs, rods or nanotubes, and / or may be in assembled forms, such as aggregates, fibrillar dendrites, ropes, bundles, nets and other forms. High thermal conductivity materials 24 may also include coatings, such as diamond-like coatings or other high thermal conductivity materials, such as metal oxides, nitrides, and carbides, which are located on materials with lower thermal conductivity. Further, particles with high thermal conductivity can include inorganic or organic surface functional groups that are reactively grafted to materials with high thermal conductivity, which can form direct or indirect covalent bonds (compounds) with the impregnating resin in order to form a continuous composite material . In one embodiment, materials with high thermal conductivity are connected directly to the impregnating resin via one or more covalent bonds. Specific examples of suitable materials with high thermal conductivity are disclosed in US patent No. 7781063, which is fully incorporated herein by reference.
Пропиточная смола, используемая для пропитки изоляционной ленты 16, может быть любой подходящей смолой или эпоксидной смолой, включая модифицированные эпоксидные смолы, полиэфиры, полиуретаны, полиимиды, полиамидоэфиры, сложные полиамидоэфиры, бисмалеимиды, кремнийорганические материалы, полисилоксаны, полибутадиены, циановокислые сложные эфиры, углеводороды и т.д., а также гомогенные смеси этих смол. Кроме того, пропиточная смола может включать в себя добавки, такие как средства образования поперечных связей, ускорители и другие катализаторы и вещества для улучшения технологических свойств. Некоторые смолы, такие как жидкокристаллические термореактивные смолы (liquid crystal thermosets, LCT) и 1,2-винилполибутадиен соединяют низкий молекулярный вес с хорошими свойствами образования поперечных связей.The impregnating resin used to impregnate the
Изолирующий слой 18 обычно объединяется с гибким защитным слоем 20 (защитный слой 20) с помощью смолистого связующего вещества 22. Гибкий защитный слой 20 может включать в себя, например, ткань из стекловолокна или арматурную циновку из полиэтиленгликольтерефталата. Смолистое связующее вещество 22 может быть любым подходящим связующим веществом, таким как эпоксидный материал, как известно в данной области техники.The insulating
Как упомянуто выше, изоляционная лента 16 может наноситься с половинным перекрытием, встык или любым другим подходящим образом вокруг подходящего проводника. Обычно вокруг бакелизированной катушки 14 наматывается множество слоев изоляционной ленты 16, причем для типичных катушек высокого напряжения обычно используется шестнадцать или более слоев. Количество слоев может быть уменьшено в зависимости от мощности генератора и эффективности изолятора как в отношении его способности к электрической изоляции, так и в отношении его способности проводить тепло. После этого изоляционная лента 16 обычно пропитывается смолой для того, чтобы улучшить многие из ее суммарных свойств. В одном варианте осуществления пропитка выполняется с использованием процесса вакуумной пропитки под давлением (VPI) или глобальной вакуумной пропитки под давлением (GVPI).As mentioned above, the insulating
Изоляционные ленты по настоящему изобретению значительно улучшают проникновение пропиточной смолы внутрь ленты во время ее пропитки смолой. На Фиг. 2 показан вариант осуществления улучшенной изоляционной ленты, например изоляционной ленты 16, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения. Изоляционная лента 16 включает в себя по меньшей мере изолирующий слой 18 и множество сформированных в нем и расположенных на определенном расстоянии друг от друга апертур 26. Апертуры могут иметь любой размер, подходящий для конкретного приложения. В одном варианте осуществления апертуры 26 имеют такие размеры, чтобы обеспечить необходимую устойчивость к напряжению электрического поля. В конкретном варианте осуществления апертуры 26 имеют максимальный размер, составляющий десять микрон (10 мкм) или меньше. Например, в одном варианте осуществления апертуры 26 имеют диаметр (D) (как показано на Фиг. 2), составляющий десять микрон (10 мкм) или меньше, для поддержания структурной и электрической целостности слюдяного листа и для того, чтобы обеспечить улучшенную пропитку смолой.The insulating tapes of the present invention significantly improve the penetration of the impregnating resin into the tape during its impregnation with resin. In FIG. 2 shows an embodiment of an improved insulation tape, for example,
В дополнение к этому, очень важно то, что глубиной апертур 26 также можно управлять для того, чтобы избежать сквозного прокола слюды или, наоборот, обеспечить его, по желанию. Соответственно, в любом из описанных в настоящем документе вариантов осуществления глубиной апертур можно управлять таким образом, что апертуры 26 частично или полностью проходят только через одно из изолирующего слоя 18 или защитного слоя 20 на желаемую глубину. В дополнительных вариантах осуществления апертуры 26 могут быть сформированы и в изолирующем слое 18, и в защитном слое 20, но без апертур 26, имеющих такую глубину, что они проходят полностью и через изолирующий слой 18, и через защитный слой 20. В других вариантах осуществления апертуры 26 проходят и через изолирующий слой 18, и через защитный слой 20. Следует понимать, однако, что в последнем варианте осуществления апертуры 26 должны быть достаточно малыми в диаметре, и для того, чтобы такая система функционировала должным образом, должна быть использована пропиточная смола с относительно низкой вязкостью.In addition to this, it is very important that the depth of the
В дополнение к этому, апертуры 26 могут иметь любую подходящую форму для того, чтобы обеспечить улучшенное проникновение смолы через изоляционную ленту 16. В одном варианте осуществления апертуры 26 имеют относительно круглую форму, как также показано на Фиг. 2. Относительно круглая форма помогает обеспечить улучшенную проницаемость изоляционной ленты 16 для смолы. В другом варианте осуществления, как показано на Фиг. 3, апертуры 26 имеют существенно овальную или удлиненную форму. Следует отметить, что размер апертур 26, как показано на чертежах, не обязательно должен быть изображен в масштабе, но увеличен для целей ясности.In addition, the
Далее, апертуры 26 могут иметь любую желаемую ориентацию относительно продольной оси 28 изоляционной ленты 14. В одном варианте осуществления, как показано на Фиг. 3, по меньшей мере часть апертур 26 ориентирована параллельно продольной оси 28 изоляционной ленты 16. В другом варианте осуществления, как показано на Фиг. 4, апертуры 26 могут быть ориентированы наклонно, например, под углом 45 градусов, относительно продольной оси 28 изоляционной ленты 14. Апертуры 26 могут покрывать любую подходящую область поверхности изоляционной ленты 14.Further, the
Апертуры 26 могут быть предусмотрены в изоляционной ленте 16 с любым подходящим узором, который поможет улучшить проникновение пропиточной смолы в изоляционную ленту 16, сохраняя при этом ее диэлектрическую прочность и структурную прочность. Фиг. 5A-5E иллюстрируют примерные узоры апертур 26 для изоляционной ленты 16. Как показано на Фиг. 5A, например, апертуры 26 могут быть сформированы в изоляционной ленте 16 в виде диагонального узора 30 с наибольшим размером апертур 26, ориентированным параллельно продольной оси 28 изоляционной ленты 16. Как показано на Фиг. 5B, апертуры 26 могут быть сформированы в изоляционной ленте 16 в виде диагонального узора 32 с наибольшим размером апертур 26, ориентированным под углом, равным, например, 45°, к продольной оси 28 изоляционной ленты 16. Как показано на Фиг. 5C, апертуры 26 могут быть сформированы в изоляционной ленте 16 в виде зигзагообразного узора 34. Как показано на Фиг. 5D, апертуры 26 могут включать в себя обрамление 36 (апертуры, сформированные вдоль края ленты 16) таким образом, что плотное перекрытие изоляционной ленты 16 будет использовать обрамление 36 для обеспечения апертур 26 в каждом слое изоляционной ленты 16 в намотке. Как показано на Фиг. 5E, изоляционная лента 16 может также включать в себя центрирование 38, которое будет иметь больше преимуществ при намотке с половинным перекрытием. Альтернативно, апертуры 26 могут быть расположены в любом другом желаемом порядке для того, чтобы увеличить проницаемость изоляционной ленты 16 пропиточной смолой, включая, но не ограничиваясь этим, сетки и полосы. Различные типы узоров не являются взаимно исключающими и могут быть скомбинированы друг с другом.
Далее предусматривается, что, когда изоляционная лента 16 включает в себя изолирующий слой 18 и защитный слой 20, апертуры 26, описанные в настоящем документе, могут быть включены в один или оба из изолирующего слоя 18 и защитного слоя 20. В одном варианте осуществления апертуры 26 формируются исключительно в изолирующем слое 18, как было показано, например, на Фиг. 2, а не в защитном слое 20. В другом варианте осуществления апертуры 26 формируются исключительно в защитном слое 20, но не в изолирующем слое 18.It is further provided that when the insulating
В еще одном варианте осуществления апертуры 26 формируются в изолирующем слое 18 и в защитном слое 20. Когда апертуры 26 формируются и в изолирующем слое 18, и в защитном слое 20, апертуры 26a в изолирующем слое 18 и апертуры 26b в защитном слое 20 могут быть ориентированы относительно друг друга в любой подходящей конфигурации. В одном варианте осуществления, как показано на Фиг. 6, апертуры 26a в изолирующем слое 18 и апертуры 26b в защитном слое 20 существенно совмещены друг с другом в вертикальной плоскости. В дополнительном варианте осуществления, как показано на Фиг. 7, апертуры 26a в изолирующем слое 18 и апертуры 26b в защитном слое 20 могут быть существенно несовмещенными друг с другом в вертикальной плоскости.In yet another embodiment, the
Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено изоляционными лентами, имеющими изолирующий слой и защитный материал подложки. В некоторых аспектах настоящего изобретения, как показано на Фиг. 8, изолирующий слой 16 может быть предусмотрен как автономный, однослойный, структурно устойчивый лист 40 без защитного слоя 20. Структурно устойчивый лист 40 может иметь множество сформированных в нем апертур 26, так же как в любом варианте осуществления, описанном выше. Лист 40 может быть сформирован из слюды или любого другого подходящего изоляционного материала, и может включать или не включать в себя материалы с высокой удельной теплопроводностью, как описано в настоящем документе. По желанию, после того как апертуры 26 сформированы в листе 40, лист 40 может быть объединен с защитным материалом подложки (с апертурами или без них), как описано в настоящем документе, например, с защитным слоем 20, и приклеен к нему жидким смолистым связующим веществом.It should be understood that the present invention is not limited to insulating tapes having an insulating layer and a protective substrate material. In some aspects of the present invention, as shown in FIG. 8, the insulating
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ производства изоляционного материала в любом описанном в настоящем документе варианте осуществления. Изоляционный материал может включать в себя изоляционную ленту 16 или структурно устойчивый слюдяной лист 40, как описано выше. Способ включает в себя формирование множества апертур 26 в изоляционном материале. В одном варианте осуществления апертуры 26 имеют предопределенные диаметр и глубину. Формирование апертур может быть выполнено с помощью любого подходящего способа, известного в данной области техники, например с помощью механических роликов с шипами или с помощью лазерного сверления. В одном варианте осуществления формирование апертур выполняется с помощью лазерного сверления. Лазерное сверление удаляет материал из изоляционного материала, создавая апертуры 26. Длина волны и интенсивность излучения лазера могут быть выбраны так, чтобы взаимодействовать с изоляционным материалом управляемым образом, что будет понятно специалистам в данной области техники.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method for producing an insulating material in any embodiment described herein. The insulation material may include
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения лазерное сверление может выборочно удалять компоненты (например, первый компонент) из изоляционного материала, например из изоляционной ленты 16 или структурно устойчивого листа 40, оставляя другие компоненты (например, второй компонент) по существу нетронутыми. Понятно, что длина волны лазера будет иметь значительный эффект, поскольку отражательная способность одного компонента, например материала с высокой удельной теплопроводностью, такого как нитрид бора, может весьма отличаться от отражательной способности второго компонента, такого как слюда. Следовательно, мощность, необходимая для испарения/удаления материала, может очень отличаться, например, для материалов с высокой удельной теплопроводностью и слюды. Способы, описанные в настоящем документе, опционально включают в себя выборочное удаление компонентов, таких как слюда или материалы с высокой удельной теплопроводностью, из субстрата, например из изоляционной ленты 16 или из структурно устойчивого листа 40, оставляя другой компонент, такой как материалы с высокой удельной теплопроводностью или слюда, по существу нетронутым.In accordance with another aspect of the present invention, laser drilling can selectively remove components (e.g., the first component) from the insulating material, e.g., from the
Лазерное сверление может быть выполнено, например, с помощью ударного сверления или путем прорезания круговых пазов. При ударном сверлении луч фокусируется на субстрат, например на изоляционную ленту 16, в пятно, равное диаметру апертуры, которая должна быть сформирована. При прорезании круговых пазов лазер может перемещаться относительно субстрата для того, чтобы сформировать апертуры с желаемыми диаметром и глубиной. Подходящее оборудование для лазерного сверления доступно из множества источников, включая, но не ограничиваясь этим, компанию U.S. Laser Corp., г. Уайкофф, штат Нью-Джерси.Laser drilling can be performed, for example, by hammer drilling or by cutting circular grooves. In hammer drilling, the beam focuses on a substrate, for example, on an insulating
В одном варианте осуществления, как показано на Фиг. 9, луч 42 из лазерного источника 44 направляется на изолирующий материал (например, на изоляционную ленту 16) и множество апертур 26 формируется в изоляционной ленте 16, в то время как изоляционная лента 16 поддерживается в стационарном положении. В другом варианте осуществления, как показано на Фиг. 10, изолирующий материал движется вдоль конвейера, чтобы обеспечить непрерывный источник изолирующего материала, и апертуры 26 формируются в изолирующем материале по мере того, как изолирующий материал проходит мимо лазерного источника 44. Например, в одном варианте осуществления, рулон 46 изолирующего материала, например изоляционной ленты 16, обеспечивается в качестве источника подачи полосы изоляционной ленты 16. Один или более роликов 48 могут быть обеспечены для того, чтобы направлять изоляционную ленту 16 из рулона 46 к лазерному источнику 44. В другом варианте осуществления (не показанном), изолирующий слой 18 и защитный слой 20 отдельно подаются из отдельных рулонов и могут быть соединены вместе перед или после контакта любого слоя с лазерным лучом 42 лазерного источника 44. В любом из описанных в настоящем документе вариантов осуществления глубиной апертур можно управлять таким образом, что апертуры частично или полностью формируются индивидуально либо в изолирующем слое 18, либо в защитном слое 20, или в обоих слоях. Глубиной апертур также можно управлять таким образом, чтобы избежать сквозного прокола слюды, либо, наоборот, гарантировать сквозной прокол. Когда изолирующий материал транспортируется мимо лазерного источника 44, в целом понятно, что более мощные лазерные источники, скорее всего, имеют частоту повторения не более 1 кГц, что, вероятно, ограничит максимально возможную скорость транспортировки изолирующего материала.In one embodiment, as shown in FIG. 9, a
Лазерный источник 44 может быть оптоволоконным лазерным источником или любым другим подходящим лазерным источником, известным в данной области техники. При работе лазерный источник 44 направляет луч на изоляционную ленту 16 для того, чтобы сформировать множество апертур 26 в изоляционной ленте 16. Следует понимать, что специалисту в данной области техники будет понятно, что скорость перемещения изоляционного материала, а также длина волны, длительность импульса и частота импульсов лазерного источника могут изменяться по мере необходимости для того, чтобы сформировать в изоляционном материале отверстия 26, имеющие желаемый размер, включая, но не ограничиваясь этим, желаемую форму, высоту, ширину и/или глубину. Чтобы получить апертуры 26, имеющие круглую форму, может быть предусмотрено подвижное зеркало 50 для того, чтобы направлять лазерный луч 42 из лазерного источника 44 на изоляционный материал, например на изоляционную ленту 16, и формировать круглую форму по мере того, как изоляционная лента 16 транспортируется мимо лазерного источника 44, как показано на Фиг. 11.The
В дополнение к вышеупомянутым соображениям, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что величина дифракции, выбор конкретного лазерного источника и выбранная длина волны лазерного источника 44 будут влиять на количество и размеры апертур 26. Далее, количество и размеры апертур 26 могут зависеть от формы луча лазерного источника 44 и любых структур, которые помогают создать желаемую форму луча.In addition to the above considerations, one skilled in the art will appreciate that the amount of diffraction, the choice of a particular laser source, and the selected wavelength of the
Лазерный источник 44 и эти структуры могут быть адаптированы так, чтобы обеспечить круговые, эллипсоидальные и цилиндрические профили интенсивности с использованием различных структур, известных в данной области техники. Например, "естественный" профиль луча эксимерных лазеров, как правило, имеет цилиндрический, а не гауссовский профиль. В одном варианте осуществления лазерный луч 42 подвергается пространственному фильтрованию и после этого фокусируется на изоляционном материале для того, чтобы сделать одиночное пятно или апертуру. Минимальный размер пятна равен приблизительно длине волны лазера, но этот минимум ухудшается тем сильнее, чем больше пятно отходит от гауссовского профиля. В другом варианте осуществления локализацией одиночного пятна можно управлять, перемещая изоляционный материал, например изоляционную ленту 16, или перемещая лазерный луч 42 посредством качающихся зеркал, которые осуществляют сканирование вдоль и поперек изоляционного материала. В другом варианте осуществления лазерный луч 42 направляется через цилиндрическую линзу для того, чтобы сформировать линию, которая затем может быть направлена на изоляционный материал. В еще одном варианте осуществления лазерный луч 42 проходит через маску, в которой имеется множество отверстий. Это прохождение генерирует множество лучей, которые могут фокусироваться линзой, обеспечивая множество отверстий на изоляционном материале, например на изоляционной ленте 16.The
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения имеется способ для использования любого описанного в настоящем документе варианта осуществления изоляционной ленты 16, имеющей множество сформированных в ней апертур 26. Способ включает в себя намотку изоляционной ленты 16 вокруг электрического проводника и пропитку изоляционной ленты 16 пропиточной смолой. Множество апертур 26 в изоляционной ленте 16 обеспечивает улучшенное проникновение смолы, поддерживая при этом структурную стабильность и диэлектрическую прочность изоляционной ленты 16.In accordance with another aspect of the present invention, there is a method for using any embodiment of an
В то время как различные варианты осуществления настоящего изобретения были показаны и описаны в настоящем документе, очевидно, что такие варианты осуществления даны только для примера. Многочисленные вариации, изменения и подстановки могут быть сделаны без отступлений от изобретения, описанного в настоящем документе. Соответственно, имеется в виду, что настоящее изобретение ограничено только духом и областью охвата приложенной формулы изобретения.While various embodiments of the present invention have been shown and described herein, it is obvious that such embodiments are given by way of example only. Numerous variations, changes, and substitutions can be made without departing from the invention described herein. Accordingly, it is intended that the present invention be limited only by the spirit and scope of the appended claims.
Claims (10)
- формирование множества апертур в электроизолирующем материале, при этом указанный электроизолирующий материал содержит первый компонент и второй компонент, при этом указанное формирование содержит выборочное удаление первого компонента из электроизолирующего материала, при этом оставляя второй компонент по существу нетронутым, и при этом электроизолирующий материал содержит изолирующий слой, содержащий слюду.6. A method of manufacturing an electrically insulating material, including:
- forming a plurality of apertures in the electrically insulating material, wherein said electrically insulating material contains a first component and a second component, said formation comprising selectively removing the first component from the electrically insulating material, while leaving the second component substantially intact, and the electrically insulating material contains an insulating layer containing mica.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/155,456 | 2011-06-08 | ||
| US13/155,456 US8568855B2 (en) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | Insulation materials having apertures formed therein |
| PCT/US2012/038027 WO2012170159A1 (en) | 2011-06-08 | 2012-05-16 | Insulation materials having apertures formed therein |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013157523A RU2013157523A (en) | 2015-07-20 |
| RU2574070C2 true RU2574070C2 (en) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3127470A (en) * | 1959-02-24 | 1964-03-31 | Asea Ab | Insulation for electrical conductors |
| RU94038826A (en) * | 1994-10-05 | 1996-06-10 | Акционерное общество открытого типа "Электросила" | Insulating electric tape |
| RU2120145C1 (en) * | 1992-12-28 | 1998-10-10 | Асеа Браун Бовери АГ | Insulating tape and its manufacturing technique |
| US7846853B2 (en) * | 2005-04-15 | 2010-12-07 | Siemens Energy, Inc. | Multi-layered platelet structure |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3127470A (en) * | 1959-02-24 | 1964-03-31 | Asea Ab | Insulation for electrical conductors |
| RU2120145C1 (en) * | 1992-12-28 | 1998-10-10 | Асеа Браун Бовери АГ | Insulating tape and its manufacturing technique |
| RU94038826A (en) * | 1994-10-05 | 1996-06-10 | Акционерное общество открытого типа "Электросила" | Insulating electric tape |
| US7846853B2 (en) * | 2005-04-15 | 2010-12-07 | Siemens Energy, Inc. | Multi-layered platelet structure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2838206C (en) | Insulation materials having apertures formed therein | |
| JP5731623B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing mosaic tape for use in communication cables | |
| US7973243B2 (en) | Coil insulator, armature coil insulated by the coil insulator and electrical rotating machine having the armature coil | |
| DE60109422T2 (en) | WITH IMPROVED DIELECTRIC STRENGTH GLIMMERBÄNDER | |
| US7812260B2 (en) | Electrical insulation tape with controlled bonding and resin impregnation properties | |
| US20140138008A1 (en) | Method for producing a tape for an electrical insulation system | |
| RU2662150C2 (en) | Conducting corona shielding paper, in particular for outer corona shielding | |
| KR20240029104A (en) | Impregnation coating layer for insulating sheets | |
| RU2574070C2 (en) | Insulating materials with formed holes | |
| KR20130004093A (en) | Side ripple spring | |
| CN108140453B (en) | Electrical conductor assembly and method for producing an electrically insulated electrical conductor | |
| CN104081633B (en) | There is the high voltage stator coil of the power increment for reducing | |
| JP2015518242A (en) | Insulating materials for rotary machines | |
| US7135639B2 (en) | Integral slip layer for insulating tape | |
| US20080029291A1 (en) | Liquid-cooled stator bars and a method for manufacturing the same | |
| RU132247U1 (en) | HIGH VOLTAGE INPUT | |
| CN112166478B (en) | Shatter guard and method for making shatter guard | |
| US20170077775A1 (en) | Insulating Tape, Use Thereof As Electrical Insulation For Electrical Machines, Electrical Insulation, And Method For Producing The Insulating Tape | |
| EP2232679A1 (en) | Binding element for an electric machine, manufacturing method of said binding element and electric machine comprising said binding element | |
| JP2020171073A (en) | Rotary machine stator insulation structure | |
| DE102010041396A1 (en) | Winding body for retaining winding of electrical machine, has surface formed with structure in region within planar surface area, where impregnating agent forms layer with homogeneous thickness in region during hardening process | |
| JPH097444A (en) | Layered insulator |