一種電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電機(jī)，所述電機(jī)包括：轉(zhuǎn)子；具有槽絕緣襯的定子，所述槽絕緣襯包括延伸超出定子末端的電絕緣體；以及設(shè)在槽絕緣襯末端的加強(qiáng)元件，其中所述加強(qiáng)帶減輕對(duì)應(yīng)槽絕緣襯末端的分裂。
【專利說明】-種電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有槽絕緣襯（slotliner)的電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在如發(fā)電機(jī)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)等電機(jī)的定子中使用槽絕緣襯材料，以便在定子芯部與 定子繞組之間提供絕緣。在如發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，槽絕緣襯使放置于定子芯部 的槽內(nèi)的定子繞組與所述芯部分離。當(dāng)操作時(shí)，所述槽絕緣襯提供所述定子繞組與所述芯 部的電氣絕緣，同時(shí)允許由于電流而在所述定子繞組中產(chǎn)生的熱量從所述定子繞組傳遞到 所述定子芯部。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] -方面，電機(jī)包括轉(zhuǎn)子；具有芯部的定子，所述芯部具有至少一個(gè)具有開口頂部并 終止于相對(duì)開口端的繞組槽；設(shè)在所述繞組槽內(nèi)的槽絕緣襯，并且所述槽絕緣襯具有電氣 絕緣元件和加強(qiáng)帶（strengtheningstrip),所述電氣絕緣元件限定開口頂部并終止于延 伸超出所述槽開口端的相對(duì)末端，所述加強(qiáng)帶設(shè)在每個(gè)所述槽絕緣襯末端處并僅設(shè)在所述 電絕緣元件的外表面上，其中所述加強(qiáng)帶減輕在自動(dòng)卷繞（winding)過程中對(duì)應(yīng)槽絕緣襯 末端的分裂。
[0004] 另一方面，電機(jī)包括轉(zhuǎn)子；具有芯部的定子，所述芯部具有至少一個(gè)具有開口頂部 并終止于相對(duì)開口端的繞組槽；提供在所述繞組槽內(nèi)的槽絕緣襯，并且所述槽絕緣襯具有 電氣絕緣元件和加強(qiáng)帶，所述電氣絕緣元件限定開口頂部并終止于延伸超出所述槽開口端 的相對(duì)末端，所述加強(qiáng)帶設(shè)在每個(gè)所述槽絕緣襯末端處并從內(nèi)表面到外表面地纏繞在對(duì)應(yīng) 槽絕緣襯末端周圍、同時(shí)完全位于所述對(duì)應(yīng)槽末端之外，其中所述加強(qiáng)帶減輕在自動(dòng)卷繞 過程中所述對(duì)應(yīng)槽絕緣襯末端的分裂。
[0005] 另一方面，電機(jī)包括轉(zhuǎn)子；具有芯部的定子，所述芯部具有至少一個(gè)具有開口頂部 并終止于相對(duì)開口端的繞組槽；設(shè)在所述繞組槽內(nèi)的槽絕緣襯，并且所述槽絕緣襯具有電 氣絕緣元件和加強(qiáng)帶，所述電氣絕緣元件限定開口頂部并終止于延伸超出所述槽開口端的 相對(duì)末端，所述加強(qiáng)帶設(shè)在每個(gè)所述槽絕緣襯末端處，其中所述電絕緣元件具有至少290 毫瓦/米-開爾文（mWatt/meter-K，即mW/m-K)的導(dǎo)熱率，并且所述加強(qiáng)帶具有至少9. 0的 埃爾門多夫撕裂度（ElmendorfTear)測(cè)量值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006] 在附圖中：
[0007] 圖1是電機(jī)組件的截面圖。
[0008] 圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電機(jī)的定子的透視圖。
[0009] 圖3是沿圖2中的線III-III截取的局部截面圖，顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的 繞組槽和槽絕緣襯。
[0010] 圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的槽絕緣襯的透視圖。
[0011]圖5是沿圖2中的線V-V截取的局部截面圖，顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的裝配 有槽絕緣襯和定子繞組的定子芯部的一部分。
[0012] 圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的槽絕緣襯的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 本發(fā)明可在任何使用電動(dòng)機(jī)的環(huán)境中實(shí)施，無論所述電動(dòng)機(jī)是否提供驅(qū)動(dòng)力和/ 或發(fā)電。為了本說明書的目的，這種電動(dòng)機(jī)將通常稱為電機(jī)、電機(jī)組件，或類似語言，這是為 了解釋清楚所述機(jī)器內(nèi)可包括一個(gè)或多個(gè)定子/轉(zhuǎn)子組合。盡管本說明書主要涉及發(fā)電的 電機(jī)，但它同樣適用于提供驅(qū)動(dòng)力的電機(jī)和/或既提供驅(qū)動(dòng)力又發(fā)電的電機(jī)。此外，盡管本 說明書主要涉及飛機(jī)環(huán)境，但本發(fā)明適用于使用電機(jī)的任何環(huán)境。
[0014] 本說明書進(jìn)一步主要涉及一種環(huán)境，其中針對(duì)大功率密度、高效率和高溫電機(jī)設(shè) 計(jì)發(fā)電設(shè)備（powergeneration)。因此，本說明書中所描述的實(shí)施例限定較高的穩(wěn)態(tài)工作 溫度，如高于240°C的發(fā)電設(shè)備耐熱等級(jí)（thermalclass)。預(yù)期300°C的穩(wěn)態(tài)耐熱等級(jí)，然 而也預(yù)期更高和/或更低的工作溫度。
[0015] 如圖1中所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例為包括轉(zhuǎn)子8和定子10的電機(jī)6。定子10 在圖2中更詳細(xì)地示出。如圖所示，定子10包括總體上圓柱形芯部12、多個(gè)齒14、至少一 個(gè)繞組槽16,和提供用于至少一些繞組槽16的至少一個(gè)槽絕緣襯18。芯部12的內(nèi)周表面 面向轉(zhuǎn)子8并具有多個(gè)齒14,這些齒14以預(yù)先確定的間隔徑向地布置在圓周方向上。芯 部12可由多個(gè)疊層形成，但可對(duì)材料進(jìn)行交替成型和機(jī)械加工（alternateformingor machining)〇
[0016] 芯部12進(jìn)一步包括至少一個(gè)繞組槽16,所述繞組槽16由鄰近齒14之間的空間 限定、具有面向芯部12的圓周中心點(diǎn)的開口頂部并終止于沿芯部12軸向隔開的相對(duì)開口 端。例如，繞組槽16的末端可與芯部12軸向終止于相同的長(zhǎng)度處。槽絕緣襯18沿繞組槽 16的內(nèi)周放置，從而限定面向芯部12的圓周中心點(diǎn)的開口頂部并終止于延伸超出繞組槽 16開口端的相對(duì)末端。
[0017]圖3展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有定子繞組20的裝配有單個(gè)繞組槽16的 定子10的構(gòu)造的截面圖。定子繞組20包括導(dǎo)電線（為說明目的僅顯示一些），這些導(dǎo)電線 卷繞在芯部12周圍、位于繞組槽16內(nèi)，這樣，單獨(dú)組的繞組20可與在鄰近槽16中發(fā)現(xiàn)的 其他組的繞組20分離。此外顯示，槽絕緣襯18使多個(gè)定子繞組20與多個(gè)齒14和定子芯 部12隔離。盡管僅展示一組定子繞組20,但預(yù)期至少一組繞組20卷繞穿過至少兩個(gè)繞組 槽16以便形成一種構(gòu)造，其中轉(zhuǎn)子8處磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生定子繞組20中的對(duì)應(yīng)電壓。
[0018] 現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖4,槽絕緣襯18包括電絕緣但導(dǎo)熱、并且沿絕緣襯18的長(zhǎng)度延伸的隔離 層22,以及設(shè)在每個(gè)絕緣襯18末端處的加強(qiáng)帶24。Upilex-S?可為隔離層22的一個(gè)實(shí) 例，這是因?yàn)樗母呓殡姀?qiáng)度、介電常數(shù)和導(dǎo)熱率特性。在另一個(gè)實(shí)例中，隔離層22可包括 通過層壓或粘附形成的多層。在隔離層的一個(gè)實(shí)例中，Upilex-S?具有290mW/m-K的導(dǎo)熱 率，如通過激光閃光法（laserflashmethod)所測(cè)量。此外，25iim厚的Upilex-S?層在 200°C處具有6. 8kV介電強(qiáng)度，如通過ASTMD149測(cè)試方法在50Hz測(cè)試環(huán)境下所測(cè)量；并且 在200°C處具有3. 3的介電常數(shù)，如通過ASTMD150測(cè)試方法在10kHz測(cè)試環(huán)境下所測(cè)量。 75iim厚的Upilex-S?.層在200°C處具有1lkV的介電強(qiáng)度，如通過ASTMD149測(cè)試方法在 50Hz測(cè)試環(huán)境下所測(cè)量；以及3. 2的介電常數(shù)，如通過ASTMD150測(cè)試方法在10kHz測(cè)試 環(huán)境下所測(cè)量?？深A(yù)期其他隔離層22和層22結(jié)構(gòu)。另一替代隔離層22可為聚酰亞胺氮 化硼片材，所述片材可具有至少1. 〇W/m-K的導(dǎo)熱率。
[0019] 顯示加強(qiáng)帶24定位在隔離層22的相對(duì)末端處，并且僅在層22的外表面上。通過 層壓、粘合劑、如緊固件等機(jī)械聯(lián)接器，或通過替代結(jié)合技術(shù)或如高溫、高結(jié)合力環(huán)氧樹脂 等材料，加強(qiáng)帶24與隔離層22聯(lián)接。加強(qiáng)帶24由在暴露于正交力（perpendicularforce) 時(shí)具有抗撕裂、斷裂、或分裂性能的元件或材料形成。適用于加強(qiáng)帶24的材料的一個(gè)實(shí)例 可為Nomex?410型紙。在此實(shí)例中，標(biāo)稱厚度為0. 381mm的Nomex?410型紙?jiān)诩埖?機(jī)器方向上具有9. 0的埃爾門多夫撕裂度測(cè)量值，并且在所述紙的橫向上具有16. 7的埃爾 門多夫撕裂度測(cè)量值。此外，在此實(shí)例中，同一標(biāo)稱厚度的Nomex?410型紙?jiān)?50°C處具 有149mW/m-K的導(dǎo)熱率，并且因此，隔離層22比加強(qiáng)帶24更具導(dǎo)熱率?？深A(yù)期替代材料， 其中隔離層22的導(dǎo)熱率大于或等于加強(qiáng)帶24的導(dǎo)熱率。
[0020] 圖5展示從平行于并經(jīng)過定子10的軸線的表面截取的電機(jī)6的定子10的橫截 面圖。槽絕緣襯18在芯部12的軸方向上延伸，以便至少絕緣襯18的延伸節(jié)段26延伸越 過芯12的末端。定子繞組20進(jìn)一步從槽絕緣襯18的延伸節(jié)段26延伸出，并被構(gòu)造以使 得這組定子繞組20中的多根電線纏繞在芯部12的節(jié)段周圍。如圖所示，隔離層22延伸遍 及芯部12的整個(gè)長(zhǎng)度并且延伸遍及延伸節(jié)段26的整個(gè)長(zhǎng)度（在延伸節(jié)段26中展示為虛 線）。同樣如圖所示，整個(gè)加強(qiáng)帶24僅在兩側(cè)位于對(duì)應(yīng)繞組槽16和芯部12末端之外。換 句話說，加強(qiáng)帶24僅在槽絕緣襯18的任一側(cè)延伸了延伸節(jié)段26的長(zhǎng)度。
[0021] 定子繞組20圍繞定子10的芯部12的緊密纏繞構(gòu)造在槽絕緣襯18的末端上產(chǎn)生 彎曲負(fù)荷。更具體地說，在槽絕緣襯18位于延伸節(jié)段26的每個(gè)軸向末端的拐角處產(chǎn)生大 的應(yīng)力。加強(qiáng)帶24通過加強(qiáng)和支撐槽絕緣襯18,來抵抗并分散由纏繞在芯部12周圍的定 子繞組20產(chǎn)生的應(yīng)力。例如，當(dāng)自動(dòng)卷繞過程沿槽絕緣襯18的內(nèi)表面縱長(zhǎng)地纏繞定子繞 組20 (未顯示）時(shí)，加強(qiáng)帶24支撐隔離層22,以防止在定子10的芯部12之外延伸的層22 和/或帶24由于由定子繞組20的張力而施加在槽絕緣襯18上的應(yīng)力而撕裂、斷裂或分裂。 或者，加強(qiáng)帶24可減小槽絕緣襯、隔離層22和/或帶24撕裂、斷裂或分裂的可能性。
[0022] 在電機(jī)6工作期間，轉(zhuǎn)子8與定子10的相互作用生成穿過定子繞組20的電流，所 述電流又在繞組20中產(chǎn)生熱量。此熱量主要通過如上所述具有高導(dǎo)熱率的隔離層22傳遞 至芯部12。盡管另外的熱量可通過導(dǎo)熱率較小的加強(qiáng)帶24傳遞至芯部12,但從定子繞組 20到芯部12的總熱傳遞不受帶24的抑制，這是因?yàn)樗鼈兎胖迷谛静?2末端之外。因此， 加強(qiáng)帶24在芯部12末端之外軸向地延伸，其主要目的為防止由于由定子繞組20的張力而 施加在槽絕緣襯18上的應(yīng)力而撕裂、斷裂或分裂，而不一定阻止在繞組20與芯部12之間 的高熱傳遞；而隔離層22沿芯部12的軸向長(zhǎng)度延伸，其主要目的為在繞組20與芯部12之 間提供高導(dǎo)熱率接合。
[0023]圖6示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的替代槽絕緣襯118。第二實(shí)施例類似于第一實(shí) 施例；因此，類似的部分將用類似的數(shù)字加上100來表示，應(yīng)了解，除非另作說明，否則對(duì)第 一實(shí)施例中類似部分的描述適用于第二實(shí)施例。第一實(shí)施例與第二實(shí)施例之間的不同之處 在于：設(shè)在槽絕緣襯118的每一端處的加強(qiáng)帶124從內(nèi)表面到外表面地纏繞在對(duì)應(yīng)隔離層 22周圍，而不是如在第一實(shí)施例中僅設(shè)在層22的外表面上。
[0024] 除了以上附圖中所示的實(shí)施例和構(gòu)造之外，本發(fā)明預(yù)期許多其他可能的實(shí)施例和 構(gòu)造。例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例設(shè)想槽絕緣襯18,其中加強(qiáng)帶24僅設(shè)在隔離層22的內(nèi)表 面上。此外，可重新安排各種元件的設(shè)計(jì)和放置以便可實(shí)現(xiàn)大量的不同的同軸（in-line) 構(gòu)造。
[0025] 本說明書中公開的實(shí)施例提供一種帶有改良槽絕緣襯的電機(jī)?？稍谝陨蠈?shí)施例 中實(shí)現(xiàn)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為：以上描述的實(shí)施例具有比常規(guī)槽絕緣襯構(gòu)造更優(yōu)越的熱操作和電操 作。在所提議構(gòu)造的情況下，由于以上描述的隔離層材料的高導(dǎo)熱率，可實(shí)現(xiàn)定子繞組與定 子芯部之間的高導(dǎo)熱率。此外，隔離層的高介電常數(shù)和介電強(qiáng)度減小或消除定子繞組與定 子芯部之間電短路的可能性，即使在由電機(jī)產(chǎn)生的更高電流和電壓下。本發(fā)明書中描述的 實(shí)施例的更高導(dǎo)電性、更高介電常數(shù)和更高介電強(qiáng)度的結(jié)合產(chǎn)生可在如高于240°C的耐熱 等級(jí)等更高耐熱等級(jí)應(yīng)用中使用的一種槽絕緣襯。因此，以上描述的實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)為： 可驅(qū)使具有所描述的槽絕緣襯的電機(jī)比常規(guī)電機(jī)產(chǎn)生更多電力并且處于更高溫度下。
[0026] 此外，當(dāng)涉設(shè)計(jì)電機(jī)系統(tǒng)時(shí)，一個(gè)要強(qiáng)調(diào)的重要因素是可靠性?？稍谝陨蠈?shí)施例中 實(shí)現(xiàn)的另一優(yōu)點(diǎn)為：由于除隔離層之外加強(qiáng)帶所增加的強(qiáng)度，與單獨(dú)地隔離層的強(qiáng)度相比， 槽絕緣襯不太可能在軸向端處斷裂、裂開或撕破，從而使整個(gè)系統(tǒng)固有地更可靠。通過使用 隔離層改進(jìn)電機(jī)中的發(fā)電設(shè)備和使用加強(qiáng)帶來減小槽絕緣襯撕裂或斷裂的可能性，以上實(shí) 施例描述一種性能提高且可靠性提高的電機(jī)。
[0027]雖然尚未描述，但各種實(shí)施例的不同特征和結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要與彼此結(jié)合使用?？?能未在所有實(shí)施例中說明的一個(gè)特征并不意圖被解釋它不可能是所述實(shí)施例的特征，而是 為了描述的簡(jiǎn)潔而未對(duì)其進(jìn)行說明。因此，不同實(shí)施例的各種特征可根據(jù)需要混合和匹配 以形成新的實(shí)施例，無論是否清楚地描述所述新的實(shí)施例。本說明書中描述的特征的所有 結(jié)合或排列都由本說明書涵蓋。示例性實(shí)施例之間的主要差別涉及槽絕緣襯，并且這些特 征可以任何合適的方式來結(jié)合，以便修改以上描述的實(shí)施例并創(chuàng)造其他實(shí)施例。
[0028]本說明書使用各個(gè)實(shí)例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，同時(shí)也讓所屬領(lǐng)域的任何 技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)施所涵蓋的任何方法。 本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定，并可包含所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員想出的其他實(shí)例。如 果其他此類實(shí)例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義相同，或如果此類實(shí)例包含的等效結(jié) 構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義無實(shí)質(zhì)差別，則此類實(shí)例也應(yīng)在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種電機(jī)，所述電機(jī)包括： 轉(zhuǎn)子； 具有芯部的定子，所述芯部具有至少一個(gè)繞組槽，所述繞組槽具有開口頂部并終止于 相對(duì)開口端； 設(shè)在所述繞組槽內(nèi)的槽絕緣襯，并且所述槽絕緣襯具有電絕緣元件和加強(qiáng)帶，所述電 絕緣元件限定開口頂部并終止于延伸超出所述槽開口端的相對(duì)末端，所述加強(qiáng)帶設(shè)在每個(gè) 所述槽絕緣襯末端處并且僅設(shè)在所述電絕緣元件的外表面上；并且 其中所述加強(qiáng)帶減輕自動(dòng)卷繞過程中對(duì)應(yīng)槽絕緣襯末端的分裂。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中所述加強(qiáng)帶結(jié)合至所述電絕緣元件的所述外表 面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中整個(gè)所述加強(qiáng)帶位于所述對(duì)應(yīng)槽末端之外。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中所述芯部包括多個(gè)繞組槽，所述多個(gè)繞組槽中的 每一個(gè)中設(shè)有一個(gè)槽絕緣襯。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)，所述電機(jī)進(jìn)一步包括至少一個(gè)繞組，所述至少一個(gè)繞 組包括纏繞穿過所述多個(gè)槽中的至少兩個(gè)的電氣布線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中所述電絕緣元件與所述加強(qiáng)帶相比具有較低導(dǎo)熱 率。
7. -種電機(jī)，所述電機(jī)包括： 轉(zhuǎn)子； 具有芯部的定子，所述芯部具有至少一個(gè)繞組槽，所述繞組槽具有開口頂部并終止于 相對(duì)開口端； 設(shè)在所述繞組槽內(nèi)的槽絕緣襯，并且所述槽絕緣襯具有電絕緣元件和加強(qiáng)帶，所述電 絕緣元件限定開口頂部并終止于延伸超出所述槽開口端的相對(duì)末端，所述加強(qiáng)帶設(shè)在每個(gè) 所述槽絕緣襯末端處并且從內(nèi)表面到外表面地纏繞在對(duì)應(yīng)槽絕緣襯末端周圍、同時(shí)完全位 于所述對(duì)應(yīng)槽端之外；并且 其中所述加強(qiáng)帶減輕自動(dòng)卷繞過程中所述對(duì)應(yīng)槽絕緣襯末端的分裂。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電機(jī)，其中所述加強(qiáng)帶結(jié)合至所述電絕緣元件的所述外表 面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電機(jī)，其中所述芯部包括多個(gè)繞組槽，所述多個(gè)繞組槽中的 每一個(gè)中設(shè)有一個(gè)槽絕緣襯。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)，所述電機(jī)進(jìn)一步包括至少一個(gè)繞組，所述至少一個(gè)繞 組包括纏繞穿過所述多個(gè)槽中的至少兩個(gè)的電氣布線。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電機(jī)，其中所述電氣絕緣元件與所述加強(qiáng)帶相比具有較低 導(dǎo)熱率。
12. -種電機(jī)，所述電機(jī)包括： 轉(zhuǎn)子； 具有芯部的定子，所述芯部具有至少一個(gè)繞組槽，所述繞組槽具有開口頂部并終止于 相對(duì)開口端；W及 設(shè)在所述繞組槽內(nèi)的槽絕緣襯，并且所述槽絕緣襯具有電絕緣元件和加強(qiáng)帶，所述電 絕緣元件限定開口頂部并終止于延伸超出所述槽開口端的相對(duì)末端，所述加強(qiáng)帶設(shè)在每個(gè) 所述槽絕緣襯末端處；并且 其中所述電絕緣元件具有至少290mW/m-K的導(dǎo)熱率，并且所述加強(qiáng)帶具有至少9. 0的 埃爾口多夫撕裂度測(cè)量值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電機(jī)，其中所述加強(qiáng)帶僅設(shè)在所述電絕緣元件的外表面 上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電機(jī)，其中整個(gè)所述加強(qiáng)帶位于所述對(duì)應(yīng)槽末端之外。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電機(jī)，其中所述電絕緣元件進(jìn)一步包括化ilex-S材料或聚 醜亞胺氮化測(cè)材料中的至少一種。
【文檔編號(hào)】H02K3/34GK104348283SQ201410377247
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】黃豪, 賈小川 申請(qǐng)人:通用電氣航空系統(tǒng)有限責(zé)任公司