多膠模壓絕緣體系定子線棒高導(dǎo)熱絕緣結(jié)構(gòu)(20120813定稿)

1、權(quán) 利 要 求 書(shū) 1、一種多膠模壓絕緣體系定子線棒高導(dǎo)熱絕緣結(jié)構(gòu)，其特征是：窄面換位凹坑絕緣 (1)為在換位絕緣層(2)和導(dǎo)線窄面絕緣墊條(6)之間填充的絕緣材料；換位絕緣層(2)為線棒直線換位彎處的絕緣，防止此處電磁線的絕緣破損而短路；電磁線表面絕緣層(4) 使電磁線(3)之間隔開(kāi)；導(dǎo)線排間絕緣墊條(5)位于兩排導(dǎo)線或多排導(dǎo)線(9)之間，避免排間電磁線短路；導(dǎo)線窄面絕緣墊條(6)在線棒窄面上；線棒主絕緣層(7)為線棒外包繞多層的多膠云母帶；防暈層(8)在主絕緣層(7)外層；窄面換位凹坑絕緣(1)與換位絕緣層(2)中補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維(11)；定子導(dǎo)線采用電磁線(3)，電磁線表面絕緣

2、層(4)中含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維(11)；定子導(dǎo)線(9)由兩排或多排組成，每?jī)膳砰g有導(dǎo)線排間絕緣墊條(5)，絕緣墊條(5)中補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維(11)；導(dǎo)線窄面絕緣墊條(6)設(shè)置在線棒上下窄面，導(dǎo)線窄面絕緣墊條（6）中補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維(11)；線棒主絕緣層(7)是多膠云母帶，線棒主絕緣層(7)中的補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維(11)；防暈層(8)的補(bǔ)強(qiáng)材料中含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維(11)。 說(shuō) 明 書(shū) 摘 要 本發(fā)明涉及一種多膠模壓絕緣體系定子線棒高導(dǎo)熱絕緣結(jié)構(gòu)，定子線棒適用于多膠模壓絕緣體系。電磁線外表面的絕緣層中含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維；換位凹坑絕緣、排間絕緣、窄面墊條、主絕緣及防暈材料

3、中的補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維。采用本發(fā)明制造的定子線棒主要技術(shù)性能指標(biāo)：（1）線棒熱導(dǎo)率達(dá)0.5 W/mK；（2）常態(tài) 0.2 UN下tg小于1%；（3） 定子線棒在1.5UN下60秒無(wú)可見(jiàn)電暈痕跡；（4） 成品線棒擊穿電壓達(dá)到5.5UN；（5） 線棒耐電老化試驗(yàn)，3.0 UN電壓下壽命大于10h，2.0 UN電壓下壽命大于1100h。說(shuō) 明 書(shū)多膠模壓絕緣體系定子線棒高導(dǎo)熱絕緣結(jié)構(gòu) 技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明涉及一種多膠模壓絕緣體系定子線棒高導(dǎo)熱絕緣結(jié)構(gòu)。背景技術(shù)：高壓電機(jī)所用的絕緣材料，主要由樹(shù)脂膠黏劑、粉云母紙、玻璃纖維布補(bǔ)強(qiáng)材料構(gòu)成，絕緣材料的導(dǎo)熱系數(shù)在0.20 0.25W/mK之間，導(dǎo)熱系數(shù)

4、低不利于線棒散熱，不利于開(kāi)發(fā)大容量的空冷或氫冷電機(jī)。以往開(kāi)發(fā)的高導(dǎo)熱絕緣材料，因?yàn)樘砑拥母邔?dǎo)熱填料降低了粉云母的含量，導(dǎo)致絕緣材料的電氣性能較差，無(wú)法進(jìn)行應(yīng)用。為提高國(guó)產(chǎn)高電壓絕緣材料的導(dǎo)熱性，并保證絕緣材料中的粉云母含量不降低，我公司對(duì)提高多膠模壓絕緣體系中材料的導(dǎo)熱能力進(jìn)行研究。發(fā)明內(nèi)容：本發(fā)明的目的是提供一種本發(fā)明使定子線棒的冷卻效率提高，提高電機(jī)的容量，減小電機(jī)體積，減小了電機(jī)制造成本的多膠模壓絕緣體系定子線棒高導(dǎo)熱絕緣結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種多膠模壓絕緣體系定子線棒高導(dǎo)熱絕緣結(jié)構(gòu)，換位絕緣層凹坑為在換位絕緣層和導(dǎo)線窄面絕緣墊條之間填充的絕緣材料，換位絕緣層為線棒直線換位彎處的絕

5、緣，防止此處電磁線的絕緣破損而短路，電磁線表面絕緣層、導(dǎo)線排間絕緣位于兩排導(dǎo)線或多排導(dǎo)線之間，避免排間電磁線短路，導(dǎo)線窄面絕緣墊條在線棒窄面上，線棒主絕緣層為線棒外包繞多層的絕緣層，防暈層在主絕緣層外層。定子導(dǎo)線窄面換位凹坑絕緣與換位絕緣層中補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維；定子導(dǎo)線采用電磁線，電磁線表面絕緣層中含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維；定子導(dǎo)線由兩排或多排組成，每?jī)膳砰g有絕緣墊條，絕緣墊條中補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維；定子導(dǎo)線上下窄面的絕緣墊條中補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維；定子導(dǎo)線包扎的主絕緣材料中的補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維；防暈層的補(bǔ)強(qiáng)材料中含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：在多膠模壓絕緣體系

6、中，定子線棒的電磁線3外表絕緣層4添加高導(dǎo)熱陶瓷纖維，其厚度不變，絕緣性能不降低；定子線棒主絕緣材料7的補(bǔ)強(qiáng)材料中，添加高導(dǎo)熱陶瓷纖維，但是主絕緣材料的粉云母含量不變。采用本發(fā)明制造的高導(dǎo)熱絕緣材料主要技術(shù)性能指標(biāo)不降低，但是導(dǎo)熱系數(shù)提高，其中換位凹坑1 、換位絕緣層2、導(dǎo)線排間5 、導(dǎo)線窄面墊條6、主絕緣層7的導(dǎo)熱系數(shù)最小為0.5 W/mK；電磁線表面絕緣材料4的導(dǎo)熱系數(shù)最小為1.0 W/mK；防暈層8的導(dǎo)熱系數(shù)最小為1.0 W/mK。本發(fā)明制造的定子線棒主要技術(shù)性能指標(biāo)如下：（1）線棒熱導(dǎo)率達(dá)0.5 W/mK。（2）常態(tài) 0.2 Un下tg小于1%。（3） 定子線棒在1.5Un下60秒無(wú)可

7、見(jiàn)電暈痕跡。（4） 成品線棒擊穿電壓達(dá)到5.5Un。（5） 線棒耐電老化試驗(yàn)，3.0 Un電壓下壽命大于10h；2.0 Un電壓下壽命大于1100h。本發(fā)明的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平，制備工藝技術(shù)適合汽輪發(fā)電機(jī)組、水輪發(fā)電機(jī)組、交直流機(jī)組使用，本發(fā)明具有廣泛的應(yīng)用前景。為超高壓大容量機(jī)組的絕緣設(shè)計(jì)和研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)定子線棒所用的絕緣體系，通過(guò)在絕緣材料的補(bǔ)強(qiáng)材料中添加高導(dǎo)熱陶瓷纖維，提高絕緣材料的導(dǎo)熱性，提高了定子線棒的導(dǎo)熱性。使用高導(dǎo)熱絕緣材料能減小發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的定子線棒絕緣熱阻，提高定子線棒和定子鐵芯的熱傳遞速度。附圖說(shuō)明：圖 1 為未包扎主絕緣的定子線棒導(dǎo)線

8、截面圖圖 2 為包扎主絕緣和防暈層的定子線棒截面圖圖 3 為由高導(dǎo)熱陶瓷纖維與玻璃絲混紡制備而成的補(bǔ)強(qiáng)材料-高導(dǎo)熱復(fù)合纖維布具體實(shí)施方式： 一種多膠模壓絕緣體系定子線棒高導(dǎo)熱絕緣結(jié)構(gòu)，換位絕緣層凹坑1為在換位絕緣層2和導(dǎo)線窄面絕緣墊條6之間填充的絕緣材料，換位絕緣層2為線棒直線換位彎處的絕緣，防止此處電磁線的絕緣破損而短路，電磁線表面絕緣層4、導(dǎo)線排間絕緣5位于兩排導(dǎo)線或多排導(dǎo)線9之間，避免排間電磁線短路，導(dǎo)線窄面絕緣墊條6在線棒窄面上，線棒主絕緣層7為線棒外包繞多層的絕緣層，防暈層8在主絕緣層7外層。定子導(dǎo)線窄面換位凹坑絕緣1與換位絕緣層2中補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維11；定子導(dǎo)線采用電磁線

9、3，電磁線3表面絕緣層4中含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維11；定子導(dǎo)線9由兩排或多排組成，每?jī)膳砰g有絕緣墊條5，絕緣墊條5中補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維11；定子導(dǎo)線上下窄面的絕緣墊條6中補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維11；定子導(dǎo)線包扎的主絕緣材料7中的補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維11；防暈層8的補(bǔ)強(qiáng)材料中含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維11。圖1 中的定子線棒導(dǎo)線包扎主絕緣7和防暈層8，在模具中逐步升溫，分次加壓后固化而成圖2中的定子線棒。圖1與圖2中的序號(hào)表明構(gòu)成定子線棒的組成部分：換位凹坑絕緣1，換位絕緣層2，電磁線3，電磁線絕緣4，排間絕緣5，窄面絕緣墊條6，主絕緣7，防暈層材料8，單排導(dǎo)線9。電磁線3導(dǎo)體材料是無(wú)氧紫

10、銅、紫銅合金或鋁等導(dǎo)電性能良好的材料。電磁線絕緣4使電磁線3之間隔開(kāi)。電磁線絕緣4的材料可以是E-玻璃絲或滌綸玻璃纖維與高導(dǎo)熱陶瓷纖維11構(gòu)成。電磁線組成兩排或多排導(dǎo)體9。線棒由兩排或多排導(dǎo)體9構(gòu)成，每排導(dǎo)體9由排間絕緣5隔開(kāi)。排間絕緣5由粉云母紙、樹(shù)脂膠黏劑膠、補(bǔ)強(qiáng)材料構(gòu)成。其中，補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維11。排間絕緣5不但將單排導(dǎo)體粘接在一起，還起到排間電氣絕緣的作用，避免排間短路。排間絕緣5的導(dǎo)熱能力提高，能提高單排導(dǎo)體9之間的熱傳輸能力。換位凹坑絕緣1、窄面絕緣墊條6由粉云母紙 、樹(shù)脂膠黏劑、補(bǔ)強(qiáng)材料構(gòu)成。其中，補(bǔ)強(qiáng)材料是含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維11。換位絕緣層2中的補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷

11、纖維11。防暈層材料8中的補(bǔ)強(qiáng)材料含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維11。多排導(dǎo)體9外層有對(duì)地主絕緣7。主絕緣7由粉云母紙 、樹(shù)脂膠黏劑、補(bǔ)強(qiáng)材料構(gòu)成。其中，補(bǔ)強(qiáng)材料均含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維11。主絕緣7是多膠云母帶。導(dǎo)熱能力好的主絕緣7能將導(dǎo)線的熱量傳輸出去，降低線棒的溫度。定子線棒中換位凹坑絕緣1、換位絕緣層2、電磁線絕緣4、排間絕緣5、窄面絕緣墊條6、主絕緣7及防暈層材料8中均含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維材料。高導(dǎo)熱陶瓷纖維11與玻璃纖維10（或滌綸玻璃纖維）混紡成高導(dǎo)熱復(fù)合纖維布。高導(dǎo)熱復(fù)合纖維布不但是換位凹坑絕緣1、換位絕緣層2、電磁線絕緣4、排間絕緣5、窄面絕緣墊條6、主絕緣7及防暈層材料8的補(bǔ)強(qiáng)材料，更是提高

12、它們導(dǎo)熱能力的主要材料。如圖3所示，混紡方式有兩種：1）單一高導(dǎo)熱材質(zhì)（BN、AlN、Si3N4、Al2O3、MgO、ZnO、SrTiO3、TiO2、SiO2、C、BeO等）的高導(dǎo)熱纖維11與玻璃纖維10（或滌綸玻璃纖維）混合。其中包括橫向是高導(dǎo)熱纖維11與玻璃纖維（或滌綸玻璃纖維）10混合，縱向是玻璃纖維（或滌綸玻璃纖維）10；橫向是高導(dǎo)熱纖維11，縱向是玻璃纖維（或滌綸玻璃纖維）10；橫向與縱向都是高導(dǎo)熱纖維11與玻璃纖維（或滌綸玻璃纖維）10混合；橫向與縱向都是高導(dǎo)熱纖維11。2）多種高導(dǎo)熱材質(zhì)（BN、AlN、Si3N4、Al2O3、MgO、ZnO、SrTiO3、TiO2、SiO2、C、

13、BeO等）的纖維混合成高導(dǎo)熱纖維11后，再與玻璃纖維（或滌綸玻璃纖維）混合。其中包括橫向是高導(dǎo)熱纖維11與玻璃纖維（或滌綸玻璃纖維）10混合，縱向是玻璃纖維（或滌綸玻璃纖維）10；橫向是高導(dǎo)熱纖維11，縱向是玻璃纖維（或滌綸玻璃纖維）10；橫向與縱向都是高導(dǎo)熱纖維11與玻璃纖維（或滌綸玻璃纖維）10混合；橫向與縱向都是高導(dǎo)熱纖維11。高導(dǎo)熱復(fù)合纖維布中含有高導(dǎo)熱陶瓷纖維材料，如BN的導(dǎo)熱系數(shù)為40120W/mK，Al2O3的導(dǎo)熱系數(shù)為2540W/mK等。添加高導(dǎo)熱陶瓷纖維材料，能提高玻璃布的導(dǎo)熱能力，相應(yīng)的提高絕緣材料的導(dǎo)熱性能。電磁線絕緣4中含有高導(dǎo)熱材料，能提高電磁線3的導(dǎo)熱能力。當(dāng)線棒中

14、某一部分電磁線3處在磁場(chǎng)中心時(shí)，因場(chǎng)強(qiáng)較大，流經(jīng)這部分電磁線3的電流大，使電磁線3的溫度升高，因此距離磁場(chǎng)中心不同距離的電磁線3間形成了溫度差。因電磁線絕緣4導(dǎo)熱能力較好，能順利地將熱量傳導(dǎo)出去，縮小了電磁線3間的溫度差。有的線棒導(dǎo)體含有空心線，空心線中流動(dòng)的液體能冷卻線棒，避免溫度升高。在這樣的線棒中應(yīng)用高導(dǎo)熱絕緣層的電磁線3，能進(jìn)一步提高線棒的導(dǎo)熱性，在線棒截面尺寸不變的條件下可以增加銅導(dǎo)體的量，增大電流密度。總的來(lái)說(shuō)上述高導(dǎo)熱陶瓷纖維11與玻璃纖維（或滌綸玻璃纖維）10復(fù)合混紡，制備出高導(dǎo)熱的補(bǔ)強(qiáng)纖維布，應(yīng)用在定子線圈中不同的部位，提高線圈絕緣導(dǎo)熱性。1）電磁線表面的絕緣層4中補(bǔ)強(qiáng)材料，

15、由玻璃纖維（或滌綸玻璃纖維）10與高導(dǎo)熱陶瓷纖維11按一定比例混紡制備，其中高導(dǎo)熱陶瓷纖維11占的比例為2%-100%，絕緣層導(dǎo)熱系數(shù)最小為1 W/mK。2）在換位凹坑絕緣1、換位絕緣層2、導(dǎo)線排間絕緣5、導(dǎo)線窄面絕緣墊條6、線棒主絕緣層7、防暈層8中，補(bǔ)強(qiáng)材料由玻璃纖維10與高導(dǎo)熱陶瓷纖維11混紡制備而成。補(bǔ)強(qiáng)材料是高導(dǎo)熱復(fù)合纖維布，其有幾種結(jié)構(gòu)：橫向是高導(dǎo)熱纖維11與玻璃纖維10混合，縱向是玻璃纖維10；橫向是高導(dǎo)熱纖維11，縱向是玻璃纖維10；橫向與縱向都是高導(dǎo)熱纖維11與玻璃纖維10混合；橫向與縱向都是高導(dǎo)熱纖維11。高導(dǎo)熱復(fù)合纖維布中高導(dǎo)熱陶瓷纖維11占的比例在2%-100%。高導(dǎo)熱復(fù)合纖維布的導(dǎo)熱系數(shù)最小值為5 W/mK。所述的高導(dǎo)熱陶瓷纖維11由下面一種材料制備，如氮化硼(BN)、氮化鋁(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鋅(Z