專利名稱：用于電機(jī)的涂層絕緣膜及其制造方法
用于電機(jī)的涂層絕緣膜及其制造方法本發(fā)明涉及一種在電場中具有提高的耐電暈性的涂層絕緣膜。電機(jī)(變壓器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī))視性能和設(shè)計(jì)原理而定地具有復(fù)雜的絕緣系統(tǒng)。在此，在不同的區(qū)域中，膜材料被用作絕緣。所述膜絕緣材料包含熱塑性或者化學(xué)交聯(lián)聚合物膜。可以考慮滿足機(jī)械、電和熱需求的合理數(shù)量的膜材料。在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的情況下，為了全部和部分導(dǎo)體絕緣，將相應(yīng)的膜圍繞導(dǎo)體纏繞。耐電暈的PI膜可用于部分導(dǎo)體絕緣。所述膜相當(dāng)昂貴，且僅由一家制造商提供。對(duì)于全部絕緣，可考慮云母涂層的絕緣面材料。該方案同樣昂貴且難以操作。在線圈中存在云母微粒脫落的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于聚合物膜、即作為云母微粒的載體，主要使用PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)膜，PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)膜和PI (聚酰亞胺)膜。
現(xiàn)有技術(shù)方案的缺陷在于，如此制造出的絕緣難以處理且昂貴。例如，不能實(shí)現(xiàn)在圍繞導(dǎo)體纏繞時(shí)云母涂層的膜的小彎曲半徑，因?yàn)榉駝t云母會(huì)脫落。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的絕緣中，因?yàn)闉榱藱C(jī)械穩(wěn)定性，通常在纏繞之后用樹脂浸潰絕緣膜，或者在材料含有云母的情況下，使用已經(jīng)浸潰樹脂的半成品(所謂的富樹脂材料)，因此存在在浸潰樹脂中出現(xiàn)缺陷位置的風(fēng)險(xiǎn)，所述缺陷位置降低耐電暈性并且由此威脅絕緣的持續(xù)可靠性。因此本發(fā)明的任務(wù)是制造一種用于電機(jī)的絕緣，所述電機(jī)尤其是變壓器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，其在良好絕緣的電機(jī)的情況下表現(xiàn)出改善的耐電暈性。本權(quán)利要求的主題連同說明書和附圖
解決了該任務(wù)。因此，本發(fā)明的主題是一種電絕緣面，其在電場中具有高的防侵蝕的耐電暈性，該絕緣面包含作為載體的聚合物膜，其具有一側(cè)或兩側(cè)、部分或整面地施加的涂層，所述涂層由細(xì)網(wǎng)眼(engmaschig)交聯(lián)并且由此難以轉(zhuǎn)化為氣相的無機(jī)或部分無機(jī)的非導(dǎo)體材料制成。此外，本發(fā)明的主題是一種通過氣相沉積或者濕化學(xué)法來制造該改進(jìn)的絕緣層的方法?！案吣碗姇炐浴碑?dāng)前指的是，例如在直徑為6mm的電極下在6. 5V/μ m的電場負(fù)荷下240小時(shí)的情況下，絕緣面材料的局部材料去除量小于250 μ m,優(yōu)選小于150 μ m,優(yōu)選小于100 μ m,尤其優(yōu)選小于50 μ m。在電極“下”這里指的是直接、但無壓力地貼靠電極。在層內(nèi)，在兩個(gè)或多個(gè)制成的分子部分(也稱為單體單元)之間產(chǎn)生化學(xué)鍵的原子中心被稱為“交聯(lián)點(diǎn)”。所述涂層被稱作“難以轉(zhuǎn)化為氣相”的材料，因?yàn)樵谳x光放電期間產(chǎn)生熱負(fù)荷的情況下，這些涂層具有對(duì)材料分解或斷鏈(摩爾質(zhì)量減少)的高抵抗。因此也優(yōu)選無機(jī)或混合無機(jī)材料，后者在下文中也稱為“部分無機(jī)”。在此，無機(jī)的被理解為所有不含碳的原子中心。這里，“細(xì)網(wǎng)眼”指的是無機(jī)聚合物的與有機(jī)聚合物相比知更緊密的結(jié)合。通過本發(fā)明的緊密并且平滑的涂層，與例如在云母涂層的膜中可能的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更小的彎曲半徑。此外，在按照本發(fā)明的涂層的膜中不會(huì)出現(xiàn)在無缺陷浸潰云母涂層的膜情況下的困難，因?yàn)橥繉拥木o密和平滑的表面可以容易地被浸潰。這提高了絕緣系統(tǒng)在使用時(shí)的可靠性和耐用性。通過該涂層改善了膜用樹脂的可潤濕性，這進(jìn)一步促進(jìn)了可靠性。
通過聚合物膜的所建議的涂層，顯著改善了在持續(xù)的局部放電負(fù)荷情況下在電場中對(duì)侵蝕的抵抗(所謂的耐電暈性)。這尤其歸因于，無機(jī)或部分無機(jī)涂層的相比而言被細(xì)網(wǎng)眼地交聯(lián)并且也難以轉(zhuǎn)化為氣相。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選擴(kuò)展方案，涂層材料由高熔點(diǎn)無機(jī)材料如陶瓷材料例如鈦酸鹽制成，或者由部分無機(jī)材料，例如所謂的非金屬混合聚合物制成。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，無機(jī)材料例如是氮化物，例如熔點(diǎn)為1900°C的四氮化三硅Si3N4。但是，這里也可以優(yōu)選使用磷酸鹽或氧化物。尤其優(yōu)選熔點(diǎn)為2045°C的氧化鋁Al2O3,以及SiOx，后者在細(xì)網(wǎng)眼交聯(lián)改性中具有方石英(X = 2)石英改性的為1705°C的熔點(diǎn)。其他材料可以是碳化硅(SiC)，鈦酸鋇(BaTiO3),氮化硅(SiN)或者這些材料的派生物，以及任何其他陶瓷化合物。動(dòng)用本身已知方法來制造該涂層。這里基本上描述了兩種方式，第一種是借助于溶膠-凝膠-涂層法的濕化學(xué)法，第二種是氣相沉積方法，后者部分應(yīng)用等離子方法來實(shí)現(xiàn)。 這些方法均用于制造非導(dǎo)電的、無機(jī)或部分無機(jī)涂層，所述涂層細(xì)網(wǎng)眼交聯(lián)和/或否則可以是難以轉(zhuǎn)化為氣相的。這提高了耐電暈性。因此，例如通過低壓PVD或低壓CVD或氣壓等離子聚合物涂層法，將無機(jī)或部分無機(jī)的非導(dǎo)體涂層施加到聚合物膜上。類似的，通過溶膠-凝膠-法將硅酮和硅氧烷作為涂層施加到聚合物膜上，所述聚合物膜例如構(gòu)成了 SiO主干支架，所述主干支架是細(xì)網(wǎng)眼交聯(lián)的并且因此又滿足該涂層僅僅可很難地被蒸發(fā)的特性。作為溶膠-凝膠-合成物的預(yù)聚物是硅酮、硅氧烷或有機(jī)改性的硅酮或者上述材料的混合物。通過經(jīng)由適當(dāng)?shù)剡x擇預(yù)聚物來調(diào)整無機(jī)或有機(jī)部分份額，可以適配溶膠-凝膠-涂層的特性。此外，可以實(shí)現(xiàn)基于這樣的溶膠-凝膠-冷凝物和有機(jī)聚合物的交織網(wǎng)絡(luò)的涂層。可列舉出多種材料作為適合的聚合物膜，例如合適的是標(biāo)準(zhǔn)材料，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，但是也可使用其他熱固性和高熱穩(wěn)定的膜，例如聚酰亞胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚醚砜(PES)、液晶聚合物(LCP)等。該層的厚度可以改變，例如此厚度可小于500μπι，尤其小于ΙΟΟμπι，尤其優(yōu)選在5nm和150μπι之間。這里顯然通過濕化學(xué)法施加的層明顯比通過在真空中沉積施加的層要厚。因此通過濕化學(xué)法產(chǎn)生的層在O. I到150 μ m的范圍中移動(dòng)，而通過沉積產(chǎn)生的層完全可以已經(jīng)在從I到50nm的厚度范圍中表現(xiàn)出效果。因此，已經(jīng)可通過極其薄的大約50nm的PVD或CVD涂層，來得到所述膜對(duì)電局部放電的耐電暈性的顯著改善。一種可能性是借助于濕化學(xué)材料的涂層，該涂層在溶膠-凝膠-工藝中被施加。即使在這種情況下，也已經(jīng)可以通過幾個(gè)μ m范圍中的薄涂層得到顯著的改善。氣相沉積以及溶膠-凝膠-涂層都可以良好地被自動(dòng)化，并且因此是可良好標(biāo)度的涂層工藝。由用于部分或全部導(dǎo)體絕緣的PET或PEN制成的昂貴的、侵蝕穩(wěn)定的PI膜或者云母涂層膜可以用這些成本便宜的涂層的膜來替代。另外，例如在纏繞過程中操作所述膜比云母微粒涂層的膜明顯簡單，因?yàn)橛捎谠摼o密涂層而不會(huì)出現(xiàn)云母微粒的脫落。因此，也能夠?qū)崿F(xiàn)較小的彎曲半徑。
此外，被涂層的膜的樹脂浸潰比起云母微粒的穿透浸潰更為可靠。在被涂層的膜中不會(huì)出現(xiàn)由于云母帶的含有缺陷的穿透浸潰而導(dǎo)致的降低壽命的缺陷位置形成的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)實(shí)施例，與沒有被涂層的膜相比，通過該緊密并且平滑的涂層通常獲得改善的樹脂潤濕度。接下來還根據(jù)附圖闡釋本發(fā)明所述附圖示出了本發(fā)明膜的示例性實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。在中間，可看出聚合物膜1，在這里所示的實(shí)施方式中該聚合物膜在兩側(cè)、而不是僅一側(cè)被涂層。因此涂層2和3處于膜I的兩側(cè)，所述涂層由細(xì)網(wǎng)眼地交聯(lián)并且難以轉(zhuǎn)換為氣相的無機(jī)或部分無機(jī)的非導(dǎo)體材料制成。該也被稱作“電勢壘層”的涂層與聚合物膜相比，具 有更高的剛度和脆度。由此通常也減少聚合物膜的延伸破裂。為了克服該負(fù)面效應(yīng)，在特別優(yōu)選的實(shí)施中，將其用彈性層4或5涂層。對(duì)此可適用所有彈性聚合物涂層系統(tǒng)，如W、環(huán)氧樹脂、硅樹脂和/或丙烯酸脂等。在一個(gè)有利的實(shí)施中，所述彈性平衡層具有在O. I到IOOym之間范圍中的層厚。在卷到卷工藝中，其優(yōu)選濕化學(xué)法地通過印制、刮涂、浸潰或者其他適合的方法來涂覆。通過本發(fā)明首次公開了用無機(jī)或部分無機(jī)層例如SiOx，Al2O3, Si3N4等來涂層標(biāo)準(zhǔn)PET膜，所述層可以通過低壓PVD、低壓CVD、氣壓等離子聚合物涂層方法來施加，該涂層同時(shí)增加了膜的耐電暈性并且至少保持與對(duì)于未涂層的膜一樣的機(jī)械強(qiáng)度(即使在熱老化情況下)。通過本發(fā)明的聚合物膜的涂層，明顯改善了在聚合物膜中對(duì)在持續(xù)局部放電負(fù)荷下在電場中的侵蝕的抵抗(稱為耐電暈性)。所有具有高交聯(lián)密度和無機(jī)份額的非金屬、非導(dǎo)電層原則上均是適用的。同時(shí)，通過高交聯(lián)濕化學(xué)的硅氧烷層以及所有類型的無機(jī)或混合聚合的溶膠-凝膠-層，也可以顯著增加耐電暈性。用溶膠-凝膠-涂層的50 μ m厚的PET膜對(duì)由局部放電引起的電侵蝕的耐抗性提高的典型實(shí)例是可見地可證實(shí)的。
權(quán)利要求
1.具有對(duì)在電場中的侵蝕的高耐電暈性的電的絕緣面，其包括作為載體的聚合物膜，所述聚合物膜具有在ー側(cè)或兩側(cè)上部分或整面地被施加的涂層，所述涂層由細(xì)網(wǎng)眼交聯(lián)并且由此難以轉(zhuǎn)化為氣相的無機(jī)或部分無機(jī)的非導(dǎo)體材料制成。
2.如權(quán)利要求I所述的絕緣面，其中聚合物膜是熱固性膜。
3.如權(quán)利要求I或2所述的絕緣面，其中聚合物膜是熱塑性膜。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的絕緣面，其中聚合物膜是弾性體膜。
5.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的絕緣面，其中在聚合物膜和涂層之間設(shè)置了平衡層。
6.用于制造如權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的絕緣面的方法，該方法通過用溶膠-凝膠-方法在聚合物膜上濕化學(xué)法沉積和構(gòu)造涂層或通過已知的化學(xué)汽相沉積(CVD)或者物理汽相沉積(PVD)方法來實(shí)現(xiàn)。
7.如權(quán)利要求7所述的方法，包含等離子輔助的方法和/或等離子聚合。
全文摘要
通過本發(fā)明的聚合物膜的涂層，顯著改善了在聚合物膜中對(duì)在持續(xù)局部放電負(fù)荷情況下在電場內(nèi)的侵蝕的抵抗力(所謂的耐電暈性)。
文檔編號(hào)H01B17/60GK102696076SQ201080051117
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者C·賽德爾 申請(qǐng)人:西門子公司