高导热绝缘结构及其制作方法.pdf

本发明公开了一种高导热绝缘结构及其制作方法，包括铁心、嵌入在所述铁心内的电磁线，所述电磁线与铁心之间依次包有导热薄膜、云母带、无碱玻璃丝带，所述铁心的开口处密封有槽楔，所述铁心的内部空隙中浸渍有浸渍漆。本发明提供的高导热绝缘结构在电磁线与铁心之间依次包有导热薄膜、云母带、无碱玻璃丝带，整个绝缘结构中形成导热通道，提高了电机内部导热效率，使其内部热量更快的传导到冷却介质处，从而降低电机运行温升，使绝缘的运行环境温度有所下降以达到提高电机绝缘寿命的目的。

权利要求书1.  一种高导热绝缘结构，其特征在于，包括铁心、嵌入在所述铁心内的电磁线，所述电磁线与铁心之间依次包有导热薄膜、云母带、玻璃丝带，所述铁心的开口处密封有槽楔，所述铁心的内部空隙中浸渍有浸渍漆。2.  根据权利要求1所述的高导热绝缘结构，其特征在于，所述导热薄膜选自含有导热材料的聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜和聚醚酮薄膜中的至少一种。3.  根据权利要求2所述的高导热绝缘结构，其特征在于，所述导热薄膜中的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。4.  根据权利要求1所述的高导热绝缘结构，其特征在于，所述玻璃丝带为无碱玻璃丝带，其中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。5.  根据权利要求1所述的高导热绝缘结构，其特征在于，所述槽楔中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。6.  根据权利要求1所述的高导热绝缘结构，其特征在于，所述浸渍漆中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。7.  根据权利要求1所述的高导热绝缘结构，其特征在于，所述电磁线的绝缘层中含有导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。8.  根据权利要求1所述的高导热绝缘结构，其特征在于，所述云母带的云母纸和补强材料中均含有导热材料，该导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。9.  根据权利要求2-8中任意一项所述的高导热绝缘结构，其特征在于，所述金属氧化物选自氧化铝、氧化镁、氧化锌中的至少一种，所述金属氮化物选自氮化铝、氮化镁、氮化锌中的至少一种。10.  一种制作根据权利要求1-8中任意一项所述的高导热绝缘结构，其特征在于，包括以下步骤：将电磁线在梭形机上进行梭形绕制，在绕制好的梭形电磁线3包扎白布 带后进行涨型和整型；拆除所得电磁线上的白布带，在电磁线外依次包扎导热薄膜、云母带、玻璃丝带；将包扎有导热薄膜、云母带以及玻璃丝带的电磁线嵌入定子铁心内，采用含有导热材料的槽楔进行固定，然后进行连线，连线后使用导热薄膜、云母带和玻璃丝带对电磁线之间的连接处进行绝缘处理；将所得嵌线定子铁心整体进行浸漆，固化后得到所述高导热绝缘结构。

说明书高导热绝缘结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及电机设计技术领域，具体涉及一种适用于中高压电机的高导热绝缘结构及其制作方法。
背景技术
绝缘系统是电机的重要组成部分，它的性能和状态决定了电机在运行中的安全和寿命。电机绝缘系统在运行中，长期受到热(Thermal)、电(Electrical)、环境(Ambient)和机械(Mechanical)应力，称之为TEAM应力，热应力是公认的造成绝缘逐渐劣化并最终导致故障的因素。一些研究表明，绝缘的运行温度每升高10℃，其热寿命就大约缩短一半。热应力来自于绕组的运行温度，而温度首选来自于铜导体中的I2R、涡流和杂散负载损耗，再加上铁心损耗和风摩损耗等产生的热量，这些热量的产生在目前的技术范畴下是无法避免的。
为提高电机的绝缘寿命，在设计过程中经常使用耐温等级比电机运行温度更高的绝缘材料，这种方法虽然能够提高电机绝缘的寿命，但同时提高了电机的制造成本，更重要的是绝缘材料的特性决定了其耐温等级均存在上限，当电机设计运行温度达到200摄氏度左右的时候这种方法就无法实施。可见，性能高的绝缘材料不仅价格增加而且其使用要求也会增多，因此采用这种办法在增加产品制造成本的同时也提高了制造工艺要求。目前，绝缘结构所用均为未添加导热填料的绝缘材料，因此绝缘结构整体导热系数均低于0.25w/(m·k)，为金属材料的百分之一到千分之一之间，远低于导体、铁心、机座，成为电机组成部分中阻碍热传导的“元凶”。因此，绝缘结构低导热率成为制约热量在电机内部传导的主要因素，提高绝缘结构导热性能显得尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种高导热绝缘结构及其制作方法， 以提高电机绝缘系统的导热性能。
基于上述目的，本发明提供的高导热绝缘结构包括铁心、嵌入在所述铁心内的电磁线，所述电磁线与铁心之间依次包有导热薄膜、云母带、玻璃丝带，所述铁心的开口处密封有槽楔，所述铁心的内部空隙中浸渍有浸渍漆。
在本发明的一些实施例中，所述导热薄膜选自含有导热材料的聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜和聚醚酮薄膜中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述导热薄膜中的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述玻璃丝带为无碱玻璃丝带，其中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述槽楔中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述浸渍漆中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述电磁线的绝缘层中含有导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述云母带的云母纸和补强材料中均含有导热材料，该导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述金属氧化物选自氧化铝、氧化镁、氧化锌中的至少一种，所述金属氮化物选自氮化铝、氮化镁、氮化锌中的至少一种。
本发明还提供制作上述高导热绝缘结构的方法，包括以下步骤：
将电磁线在梭形机上进行梭形绕制，在绕制好的梭形电磁线3包扎白布带后进行涨型和整型；
拆除所得电磁线上的白布带，在电磁线外依次包扎导热薄膜、云母带、玻璃丝带；
将包扎有导热薄膜、云母带以及玻璃丝带的电磁线嵌入定子铁心内，采用含有导热材料的槽楔进行固定，然后进行连线，连线后使用导热薄膜、云母带和玻璃丝带对电磁线之间的连接处进行绝缘处理；
将所得嵌线定子铁心整体进行浸漆，固化后得到所述高导热绝缘结构。
从上面所述可以看出，本发明提供的高导热绝缘结构在电磁线与铁心之间依次包有导热薄膜、云母带、无碱玻璃丝带，整个绝缘结构中形成导热通道，提高了电机内部导热效率，使其内部热量更快的传导到冷却介质处，从而降低电机运行温升，使绝缘的运行环境温度有所下降以达到提高电机绝缘寿命的目的。
附图说明
图1为本发明实施例的高导热绝缘结构的沿铁心轴向的结构示意图；
图2为图1中沿A-A方向的剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
实施例1
本发明提供的高导热绝缘结构的制作方法包括以下具体实施步骤：
1)成型线圈的梭形绕制及涨型
将电磁线3(其绝缘层含有导热材料)在梭形机上进行梭形绕制，整个绕制过程中保持张力一致，在绕制好的梭形电磁线3外包扎白布带(作为保护层)后进行涨型和整型。在本实施例中，所述白布带可以选用电工白布带。可选地，所述电磁线3的绝缘层中含有导热材料，该导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
2)电磁线的绝缘包扎
拆除步骤1)所得电磁线3上的白布带，按照绝缘要求在电磁线3外依次包扎导热薄膜4和云母带5各1/2叠包一次，最后1/2叠包一次玻璃丝带6。包扎层数决定于电机运行电压、绝缘材料厚度、包扎叠包率，不仅限于本实施例中的各包扎一次。需要说明的是，1/2叠包是指下一周包扎带压住上一周包扎带的宽度的50％，包扎带一边沿着电磁线的径向缠绕，一边沿着电磁线轴向缠绕，从而完成整根电磁线的包扎。
可选地，也可以采用平包的方式包扎导热薄膜4、云母带5以及玻璃丝带6。所述云母带5可以使用少胶云母带5。所述导热薄膜4选自含有导热材料的聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜和聚醚酮薄膜中的至少一种。所述导热薄膜4 中的导热材料可以选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
所述云母带5的云母纸和补强材料中均含有导热材料，该导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。所述玻璃丝带6选用碱玻璃丝带。优选地，所述无碱玻璃丝带中含有导热材料，该导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种，使玻璃丝带具有高导热性能。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
3)嵌线及连线绝缘
将步骤2)所得电磁线3(包扎有导热薄膜4、云母带5以及玻璃丝带6)按照设计要求嵌入定子铁心2内，采用含有导热材料的槽楔8进行固定，然后按照设计要求进行连线，连线后使用导热薄膜4、云母带5和玻璃丝带6对电磁线之间的连接处进行绝缘处理。较佳地，所述槽楔8中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
4)真空压力浸漆
将步骤3)所得嵌线定子铁心整体放入真空压力浸漆设备中进行浸漆，然后放入烘箱按照浸渍漆固化要求进行固化。优选使用含有导热材料的浸渍漆7，从而得到高导热绝缘结构，参见图1和图2。使用高导热测试仪对该导热绝缘结构进行导热系数测试，测得的导热系数为0.43w/(m·k)。
优选地，所述浸渍漆7中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
实施例2
本发明提供的高导热绝缘结构的制作方法包括以下具体实施步骤：
1)成型线圈的梭形绕制及涨型
将电磁线3(其绝缘层含有导热材料)在梭形机上进行梭形绕制，整个绕制过程中保持张力一致，在绕制好的梭形电磁线3外包扎白布带(作为保护层)后进行涨型和整型。在本实施例中，所述白布带可以选用电工白布带。可选地，所述电磁线3的绝缘层中含有导热材料，该导热材料选自金属 氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
2)电磁线的绝缘包扎
拆除步骤1)所得电磁线3上的白布带，按照绝缘要求在电磁线3外依次包扎导热薄膜4和云母带5各1/3叠包一次，最后1/2叠包一次玻璃丝带6。包扎层数决定于电机运行电压、绝缘材料厚度、包扎叠包率。需要说明的是，1/3叠包是指下一周包扎带压住上一周包扎带的宽度的33.33％，包扎带一边沿着电磁线的径向缠绕，一边沿着电磁线轴向缠绕，从而完成整根电磁线的包扎。
可选地，也可以采用平包的方式包扎导热薄膜4、云母带5以及玻璃丝带6。所述云母带5可以使用少胶云母带5。所述导热薄膜4选自含有导热材料的聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜和聚醚酮薄膜中的至少一种。所述导热薄膜4中的导热材料可以选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
所述云母带5的云母纸和补强材料中均含有导热材料，该导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。所述玻璃丝带6选用碱玻璃丝带。优选地，所述无碱玻璃丝带中含有导热材料，该导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种，使玻璃丝带具有高导热性能。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
3)嵌线及连线绝缘
将步骤2)所得电磁线3(包扎有导热薄膜4、云母带5以及玻璃丝带6)按照设计要求嵌入定子铁心2内，采用含有导热材料的槽楔8进行固定，然后按照设计要求进行连线，连线后使用导热薄膜4、云母带5和玻璃丝带6对电磁线之间的连接处进行绝缘处理。较佳地，所述槽楔8中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
4)真空压力浸漆
将步骤3)所得嵌线定子铁心整体放入真空压力浸漆设备中进行浸漆，然后放入烘箱按照浸渍漆固化要求进行固化。优选使用含有导热材料的浸渍漆7，从而得到高导热绝缘结构，参见图1和图2。使用高导热测试仪对该导 热绝缘结构进行导热系数测试，测得的导热系数为0.44w/(m·k)。
优选地，所述浸渍漆7中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
实施例3
本发明提供的高导热绝缘结构的制作方法包括以下具体实施步骤：
1)成型线圈的梭形绕制及涨型
将电磁线3(其绝缘层含有导热材料)在梭形机上进行梭形绕制，整个绕制过程中保持张力一致，在绕制好的梭形电磁线3外包扎白布带(作为保护层)后进行涨型和整型。在本实施例中，所述白布带可以选用电工白布带。可选地，所述电磁线3的绝缘层中含有导热材料，该导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
2)电磁线的绝缘包扎
拆除步骤1)所得电磁线3上的白布带，按照绝缘要求在电磁线3外依次包扎导热薄膜4和云母带5各2/3叠包一次，最后1/3叠包一次玻璃丝带6。包扎层数决定于电机运行电压、绝缘材料厚度、包扎叠包率。需要说明的是，2/3叠包是指下一周包扎带压住上一周包扎带的宽度的66.67％，包扎带一边沿着电磁线的径向缠绕，一边沿着电磁线轴向缠绕，从而完成整根电磁线的包扎。
可选地，也可以采用平包的方式包扎导热薄膜4、云母带5以及玻璃丝带6。所述云母带5可以使用少胶云母带5。所述导热薄膜4选自含有导热材料的聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜和聚醚酮薄膜中的至少一种。所述导热薄膜4中的导热材料可以选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
所述云母带5的云母纸和补强材料中均含有导热材料，该导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。所述玻璃丝带6选用碱玻璃丝带。优选地，所述无碱玻璃丝带中含有导热材料，该导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种，使玻璃丝带具有高导热性能。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌 等。
3)嵌线及连线绝缘
将步骤2)所得电磁线3(包扎有导热薄膜4、云母带5以及玻璃丝带6)按照设计要求嵌入定子铁心2内，采用含有导热材料的槽楔8进行固定，然后按照设计要求进行连线，连线后使用导热薄膜4、云母带5和玻璃丝带6对电磁线之间的连接处进行绝缘处理。较佳地，所述槽楔8中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
4)真空压力浸漆
将步骤3)所得嵌线定子铁心整体放入真空压力浸漆设备中进行浸漆，然后放入烘箱按照浸渍漆固化要求进行固化。优选使用含有导热材料的浸渍漆7，从而得到高导热绝缘结构，参见图1和图2。使用高导热测试仪对该导热绝缘结构进行导热系数测试，测得的导热系数为0.42w/(m·k)。
优选地，所述浸渍漆7中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
实施例4
本发明提供的高导热绝缘结构的制作方法包括以下具体实施步骤：
1)成型线圈的梭形绕制及涨型
将电磁线3(其绝缘层含有导热材料)在梭形机上进行梭形绕制，整个绕制过程中保持张力一致，在绕制好的梭形电磁线3外包扎白布带(作为保护层)后进行涨型和整型。在本实施例中，所述白布带可以选用电工白布带。可选地，所述电磁线3的绝缘层中含有导热材料，该导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
2)电磁线的绝缘包扎
拆除步骤1)所得电磁线3上的白布带，按照绝缘要求在电磁线3外依次包扎导热薄膜4和云母带5各1/2叠包一层，最后2/3叠包一层玻璃丝带6。包扎层数决定于电机运行电压、绝缘材料厚度、包扎叠包率。
可选地，也可以采用平包的方式包扎导热薄膜4、云母带5以及玻璃丝 带6。所述云母带5可以使用少胶云母带5。所述导热薄膜4选自含有导热材料的聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜和聚醚酮薄膜中的至少一种。所述导热薄膜4中的导热材料可以选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
所述云母带5的云母纸和补强材料中均含有导热材料，该导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。所述玻璃丝带6选用碱玻璃丝带。优选地，所述无碱玻璃丝带中含有导热材料，该导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种，使玻璃丝带具有高导热性能。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
3)嵌线及连线绝缘
将步骤2)所得电磁线3(包扎有导热薄膜4、云母带5以及玻璃丝带6)按照设计要求嵌入定子铁心2内，采用含有导热材料的槽楔8进行固定，然后按照设计要求进行连线，连线后使用导热薄膜4、云母带5和玻璃丝带6对电磁线之间的连接处进行绝缘处理。较佳地，所述槽楔8中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
4)真空压力浸漆
将步骤3)所得嵌线定子铁心整体放入真空压力浸漆设备中进行浸漆，然后放入烘箱按照浸渍漆固化要求进行固化。优选使用含有导热材料的浸渍漆7，从而得到高导热绝缘结构，参见图1和图2。使用高导热测试仪对该导热绝缘结构进行导热系数测试，测得的导热系数为0.43w/(m·k)。
优选地，所述浸渍漆7中含有的导热材料选自金属氧化物、金属氮化物、金刚石、碳化硅中的至少一种。例如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、氮化锌等。
由此可见，本发明提供的高导热绝缘结构在电磁线与铁心之间依次包有导热薄膜、云母带、无碱玻璃丝带，整个绝缘结构中形成导热通道，提高了电机内部导热效率，使其内部热量更快的传导到冷却介质处，从而降低电机运行温升，使绝缘的运行环境温度有所下降以达到提高电机绝缘寿命的目的。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例 而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。