專利名稱:電動(dòng)機(jī)的絕緣電樞線圈的制作方法
本發(fā)明一般地介紹旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，更具體地介紹這類電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電樞線圈電絕緣的各種改進(jìn)。
在諸如機(jī)車牽引電機(jī)那樣的馬力較大的直流電動(dòng)機(jī)中，其電樞包括一個(gè)由鐵磁迭片構(gòu)成的可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱狀鐵心，鐵磁迭片沿圓周有許多容納電樞線圈用的槽，電樞線圈通過旋轉(zhuǎn)換向器及與之接觸的靜止的電刷在電氣上同外電路相連接。每個(gè)電樞線圈都有許多匝。線圈通常由許多根長(zhǎng)而薄的銅條構(gòu)成，每根銅條都有介電材料作為匝間絕緣，八根左右的銅條并聯(lián)成一組彎成直線框繞組的形狀，繞組的兩個(gè)相對(duì)邊是直邊而平行的，然后用適當(dāng)?shù)慕殡姴牧辖o繞組包上絕緣護(hù)套，使并聯(lián)銅條束在電氣上和確定線槽側(cè)邊與底邊，并處於地電位的鐵心迭片的各暴露邊互相絕緣。為了在多匝電樞線圈上施加匝對(duì)地絕緣護(hù)套，有幾種已知的工藝。一種是在銅條束的每一個(gè)直邊(即線圈的入槽段)上繞以多層薄絕緣紙，見先有技術(shù)美國(guó)專利2675421號(hào)。和2697055號(hào)。第二種已知的方法是用一對(duì)互補(bǔ)的、予成形的、相當(dāng)硬的絕緣材料制的管狀部件將每一邊入槽段封裝起來，這種部件制造裝配都比較容易，但是不能有效防止對(duì)地漏電。第三種方法是用絕緣帶螺旋狀地繞在線圈的直邊上。第三種方法或者可單獨(dú)使用，或結(jié)合第一種方法(見美國(guó)專利3662199號(hào))，或者和第二種方法結(jié)合使用。
不管用哪種方法，電樞線圈的匝對(duì)地絕緣都需要具有足夠的介電強(qiáng)度、厚度及牢固性，以便在一切可能的環(huán)境條件下防止線圈中任何一匝對(duì)地被電擊穿(即短路);對(duì)於機(jī)車牽引電機(jī)，所說的環(huán)境條件包括不停的振動(dòng)、頻繁的機(jī)械沖擊、偶然的電過載、周圍溫度和大氣濕度和/或者混濁污染的劇烈變化。而且，當(dāng)機(jī)械老化以及盡管由於溫度變化，線圈的入槽段的長(zhǎng)度相對(duì)於毗連的槽側(cè)邊發(fā)生長(zhǎng)度方向的尺寸的周期變化時(shí)，都要求維持所希望的絕緣性質(zhì)而沒有明顯的劣化。(如所周知，電樞電流平均值每增至滿載額定值一次，電流的熱效應(yīng)將造成銅條膨脹，該膨脹量和迭片鐵心的不同，因?yàn)殚_始時(shí)鐵心比線圈冷，并且無論怎樣，熱膨脹系數(shù)是不同的)。
傳熱良好是另一項(xiàng)一般所希望的絕緣系統(tǒng)的特性。這一特性在牽引電機(jī)中特別值得注意，在那里，目標(biāo)是要獲得較大的單位重量的輸出轉(zhuǎn)矩。為了幫助達(dá)到這一目標(biāo)，對(duì)電機(jī)電樞來說，下述可能的變更的任何一種或者幾種之結(jié)合是所愿望的(1)槽的尺寸給定時(shí)，增加每個(gè)電樞線圈中銅條的截面積，由此容許線圈在不增加電流密度的條件下流過較大的電流;(2)增加銅條中的電流密度(因此，發(fā)熱增加);(3)減小每個(gè)槽的深度，以便使給定截面積的銅條就位於接近鐵心的表面，因此更接近於電機(jī)的磁極。但是，要實(shí)現(xiàn)這些變更中的任何一項(xiàng)，都得減少電樞線圈的匝對(duì)地絕緣的厚度。電樞線圈的外絕緣護(hù)套越薄，套內(nèi)銅條所處的空間就越大，從銅條到轉(zhuǎn)子鐵心的傳熱也就越好。這樣，靠減少發(fā)熱、促進(jìn)散熱，電樞線圈就能夠在不超過給定的最大安全溫升的條件下負(fù)載更大的電流(所以電動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩)。
對(duì)於牽引電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合，眾所周知的特別優(yōu)越的絕緣材料屬於H型聚酰亞胺薄膜。做成氟酸乙丙烯-氟炭乙烯(FEP-CF)樹脂涂層形式的這種薄膜由杜邦公司制造和銷售，商標(biāo)為“Kapton”。薄型標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的Kapton絕緣是很柔軟的，具有較高的介電強(qiáng)度(一般至少為3000～4000伏/密耳)，在高溫下可保證物理上和電氣上的穩(wěn)定性。FEP-CF樹脂涂層(眾所周知的杜邦商標(biāo)為“Teflon”)在聚酰亞胺薄膜基底上提供了很光滑的、可以熱密封的表面。這也改善了薄膜的抗化學(xué)性能，降低了潮氣吸收率和氧化分解率。這種復(fù)合材料到現(xiàn)在為止已經(jīng)被成功地用於電動(dòng)機(jī)磁體矩型線的絕緣以及機(jī)車牽引電機(jī)后力磁線圈的絕緣(見美國(guó)專利4376904號(hào)-Horrigan)。迄今精密電動(dòng)機(jī)已經(jīng)用H薄膜制的槽襯。關(guān)於Kapton及其已有的典型用途的進(jìn)一步的資料，可參看D.H.Berkebile和D.L.Stevenson的文章，題目是《‘Kapton’聚酰亞胺薄膜在宇宙空間應(yīng)用方面的使用情況》。這篇文章由汽車工程師協(xié)會(huì)于1982年發(fā)表在1981年10月5～8日舉行的汽車工程師協(xié)會(huì)會(huì)議記錄第3562-68頁上(預(yù)印本No.811091)。
本發(fā)明總的目的是為電動(dòng)機(jī)電樞線圈提供一種改進(jìn)的絕緣系統(tǒng)。
另一個(gè)目的是提供一種具有匝對(duì)地絕緣護(hù)套的電樞線圈，絕緣套的特征為壁薄、介電強(qiáng)度高、對(duì)地漏電小、沒有捆扎上的麻煩，并且當(dāng)線圈導(dǎo)體在長(zhǎng)度方向上膨脹或收縮時(shí)，絕緣套內(nèi)表面和線圈導(dǎo)體之間沒有引起磨損。
再一個(gè)目的是提供一種具有尺寸較小、位置最佳的匝間絕緣的多匝電樞線圈。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種有效利用聚酰亞胺薄膜優(yōu)點(diǎn)的電樞線圈絕緣系統(tǒng)。
當(dāng)以一種形式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上每個(gè)電樞線圈包括一束并聯(lián)、分開絕緣的、一般為矩型截面的導(dǎo)體，它被彎曲成框型，其第一邊和第二邊具有長(zhǎng)而直的入槽段，分別放在柱狀轉(zhuǎn)子鐵心圓周的兩個(gè)槽中。在轉(zhuǎn)子的一端，導(dǎo)體束的第一邊和第二邊入槽段分別和第一及第二短段相連，形成鈍角，隨后，兩個(gè)短段會(huì)聚到交點(diǎn)處。在這里，通過鈍角彎環(huán)把它們彼此連結(jié)起來。線圈的匝對(duì)地絕緣由兩根不可壓縮、非熱塑性介電材料制的予成型管來實(shí)現(xiàn)的。第一根管包住導(dǎo)體束的第一入槽段和所連短段的外表面，而第二根管包住第二入槽段及第二短段的外表面。
每根上述套管都緊貼所包圍的導(dǎo)體束段而又能在其上滑動(dòng)，以提供導(dǎo)體束和轉(zhuǎn)子鐵心槽壁之間的電絕緣。管壁為整體、無縫、防水結(jié)構(gòu)，保證線圈每一個(gè)入槽段的所有側(cè)面絕緣相同并且良好地防止對(duì)地漏電。在制造流程的插楔封槽階段，當(dāng)線圈受到徑向向心壓力時(shí)，管壁完全不會(huì)發(fā)冷變形。再則，管壁相當(dāng)薄也足夠柔軟，在任意平面內(nèi)彎曲，都不會(huì)破裂、或在介電強(qiáng)度方面造成明顯的損失。壁薄，就允許線圈的各個(gè)導(dǎo)體有較大的截面積，所以在給定尺寸的槽中載有較大的電流，壁薄，也增強(qiáng)了導(dǎo)體向鐵心的傳熱。每根套管的壁還有一個(gè)特點(diǎn)內(nèi)表面光滑，這提供了一個(gè)同周圍導(dǎo)體接觸的比較潤(rùn)滑的界面，從而管內(nèi)導(dǎo)體在長(zhǎng)度方向膨脹或收縮時(shí)不致磨損或毀壞絕緣。
最好每個(gè)電樞線圈至少有4根導(dǎo)體，各占四分之一象限，每束導(dǎo)體有4個(gè)單匝。在線圈中，4匝導(dǎo)體靠匝間絕緣互相隔開，匝間絕緣是實(shí)質(zhì)上不可壓縮的、非熱塑的、具有十字型的截面的介電材料制的予成型整體部件。這一部件很薄、足夠柔軟，在任何平面中彎曲都不會(huì)明顯損害物理上的堅(jiān)固性及電絕緣性質(zhì)，在線圈中它只占據(jù)很小的空間。這就容許線圈的每個(gè)導(dǎo)體有較大的截面。
最好管型匝對(duì)地絕緣和十字型匝間絕緣都由多層很薄的聚酰亞胺薄膜涂以FEP樹脂構(gòu)成。在前述的管型絕緣的場(chǎng)合，管壁內(nèi)表面的光滑度和潤(rùn)滑性由於用了FEP涂層而加強(qiáng)。
從下面結(jié)合附圖所作的說明中，本發(fā)明將被更好地了解，其各項(xiàng)目的及優(yōu)點(diǎn)將更為充分地予以評(píng)價(jià)。
圖1是直流電動(dòng)機(jī)類的旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的局部剖面簡(jiǎn)化側(cè)視圖。轉(zhuǎn)子圓周上有許多槽，槽中排入數(shù)量相同的電樞線圈，這樣來使本發(fā)明具體化。
圖2是圖1中的轉(zhuǎn)子的一個(gè)電樞線圈的簡(jiǎn)化電路圖，表示了4個(gè)單匝互相串聯(lián)的關(guān)系;
圖3是轉(zhuǎn)子鐵芯上一個(gè)槽的放大剖視圖，示明了一個(gè)線圈的第一入槽段位於槽的底部，其上是另一個(gè)線圈的第二入槽段;
圖4是圖1那個(gè)轉(zhuǎn)子的一個(gè)完整電樞線圈的平面圖;
圖5是圖4線圈在線圈的底部入槽段彎曲處沿5-5剖面線剖開后的放大剖視圖;
圖6是予成型絕緣管局部的透視圖，按照本發(fā)明，這種管子包住圖4所示線圈的每一邊的入槽段;
圖7是予成型十字形截面絕緣部件的透視圖，根據(jù)本發(fā)明它被插在線圈內(nèi)使4個(gè)單匝互相隔開;
圖8是圖1中電機(jī)轉(zhuǎn)子的電樞首端的局部透視放大圖，電樞線圈的上面那一排已被部分切斷，以便更好地示明下面的那一排及它們之間的電絕緣層。
圖1所示的轉(zhuǎn)子多適用於諸如圓柱形直流牽引電動(dòng)機(jī)的這類電機(jī)中。轉(zhuǎn)子有軸11，它由適當(dāng)?shù)妮S承支持(圖中未畫出)，以繞軸旋轉(zhuǎn)?？拷S的一端裝有以排列成圓柱狀的導(dǎo)電片構(gòu)成的傳統(tǒng)換向器12，環(huán)形電樞頭13則安裝在軸的另一端附近。在換向器12和電樞頭13之間是由可磁化材料排成的圓柱形鐵芯14，它裝在軸11上。實(shí)際上，鐵心14是鐵磁迭片組合起來的。
換向器12正如圖1中畫出的那樣，是典型的V環(huán)拱形邊緣型的，有一個(gè)外擋圈15，利用螺栓把它固定在軸11的配合圈16上，以便把換向器卡在中間。各換向片的內(nèi)側(cè)端按徑向向外延長(zhǎng)，形成了排成圓柱狀的豎片列17，電樞線圈可以方便地接到豎片上。換向片常用銅制成，靠一對(duì)對(duì)著介電材料制的環(huán)形換向器錐體18和19在電氣上和兩個(gè)金屬擋圈絕緣，絕緣錐分別夾在每一片整流片兩頭的V型凹口和擋圈15、16之間。每片換向片都有向外的表面，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞軸11旋轉(zhuǎn)時(shí)，和炭刷(未畫出)滑動(dòng)接觸。圖中23為一片換向片的剖面。
為了使冷卻空氣沿軸向流經(jīng)轉(zhuǎn)子，在電樞頭13中有一個(gè)帶孔的環(huán)(見圖1的27)，在換向器12的擋圈16中同樣有一個(gè)帶孔環(huán)(28)，這些孔和鐵心14的通孔(圖中未示出)對(duì)齊。
轉(zhuǎn)子鐵心14包括許多條軸向長(zhǎng)槽30，槽與槽的間隔一定，均勻分布於圓周。與槽數(shù)目相等的電樞線圈就放在槽中，并和換向器上選定的換向片相連接。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在直流換向器電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上用了46個(gè)線圈，電動(dòng)機(jī)的連續(xù)額定輸出功率超過1000馬力。每一個(gè)電樞線圈實(shí)際由一束銅之類的導(dǎo)電材料制的并聯(lián)、細(xì)長(zhǎng)金屬條構(gòu)成;每根金屬條都分別涂有如Kapton之類的薄絕緣層。這些分別絕緣的導(dǎo)體一般都為矩型截面。
按傳統(tǒng)的方式，并聯(lián)導(dǎo)體束彎成框型繞組，它有兩條比較長(zhǎng)的直邊入槽段B和T(見圖4)。每個(gè)線圈的第一入槽段B位於鐵心槽的底部。而第二入槽段T位於另一個(gè)槽的頂部。這些入槽段在線圈的封閉端或彎曲處依靠L環(huán)連通，L環(huán)略微突出於電樞頭13的外端。每個(gè)線圈的聯(lián)結(jié)L環(huán)并伸過電樞頭圓柱面的部分用普通的帶子31環(huán)圓周纏繞，以防止轉(zhuǎn)子軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由離心力引起的徑向移動(dòng)。
在每個(gè)線圈的開口端處，每束導(dǎo)體的兩個(gè)頭和在換向器12上選定的換向片連接。具體地說，這些末端D分別接在予定換向片組的豎片上。每個(gè)線圈從轉(zhuǎn)子鐵心14延伸到換向片的部分用絕緣帶32緊緊綁牢在擋圈16的圓周上。在這些部件全部裝配完后，整個(gè)轉(zhuǎn)子用普通的真空-壓力技術(shù)(VPI)浸漆，然后高溫烘烤，使充填入任何空隙的絕緣漆固化，由此促進(jìn)傳熱和防水。
在圖示的實(shí)施例中，電樞線圈是有4個(gè)單匝的多匝線圈，導(dǎo)體束的未端按4匝串聯(lián)來連接。這可以從圖2中看到，圖中一個(gè)線圈的4匝接於連續(xù)的五個(gè)一組換向片21～25。正如技術(shù)熟練者所知換向片之間夾有薄的絕緣材料層(圖中未示出)作為相鄰片間絕緣。線圈的第一匝有頂部半段1T，它和入槽段T相連，底部半段1B與同一線圈的入槽段B相連。頂部半段1T的未端接換向片21，底部半段1B的未端接換向片22。同一線圈的第二匝也有頂部、底部?jī)蓚€(gè)半段2T和2B，前者同第一匝的底部半段1B接在一起，接在下一片換向片22上，后者接第三片換向片23。以此類推，第3匝有頂部、底部各半段3T和3B，接於相鄰的換向片23和24之間，第四匝有4T和4B，接於整流片24和25之間。圖1表示出，第二匝的底部半段2B和第三匝的頂部半段3T接在同一換向片23的豎片上。
每個(gè)多匝線圈內(nèi)部，4匝導(dǎo)體排列成各占四分之一象限，線圈封閉端彎曲處的L環(huán)使導(dǎo)體匝翻轉(zhuǎn)，於是每一匝的頂部半段和底部半段沿對(duì)角線占了相反的四分之一象限。在實(shí)用中，示於圖2的4個(gè)單匝的每一匝最好分裂為兩條以上的并行路徑，這由至少兩根并列的互相絕緣的導(dǎo)體來實(shí)現(xiàn)，其相應(yīng)端在電氣上接在一起。
圖3表明一個(gè)電樞線圈的第一邊入槽段B和另一個(gè)線圈的第二邊入槽段T是怎樣分別放入轉(zhuǎn)子鐵心14圓周上的槽30中的。槽30的開口用普通的槽楔34來封住，使兩個(gè)線圈的入槽段都保持不動(dòng)。有些電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈數(shù)目比槽的數(shù)目多，在這種場(chǎng)合，至少一個(gè)多出來的入槽段可能要放在槽30中圖示的B段和T段之間。采用改進(jìn)的制造流程以保證各導(dǎo)體束、各槽楔以及槽本身在尺寸上不至太懸殊，這樣就不必在楔34和頂部線圈之間充填任何絕緣條就能插得很緊。
如圖3所示，每個(gè)線圈最好由八根分開絕緣的導(dǎo)體束構(gòu)成，這些導(dǎo)體的末端互相連接成每匝有兩根導(dǎo)體并聯(lián)、每個(gè)線圈是四匝串聯(lián)的。按照本發(fā)明，導(dǎo)體束每一入槽段的外表面套以予成型絕緣管35。這種套管的特點(diǎn)即將結(jié)合講述圖4～圖6予以說明。另外，線圈再包一層薄絕緣帶36，保護(hù)每根套管外表面在線圈下槽時(shí)不受損壞。套管35的功能是作全部線圈導(dǎo)體和槽30的兩壁之間的電絕緣(即匝對(duì)地絕緣)以及和另一個(gè)線圈入槽段之間的絕緣(即線圈對(duì)線圈間的絕緣)。在典型的電機(jī)中轉(zhuǎn)子額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其鐵心14通常處於地電位，而一個(gè)電樞線圈的導(dǎo)體對(duì)地的電位可高達(dá)1400伏，對(duì)相鄰的入槽段導(dǎo)體的電位也這樣。
按照本發(fā)明，每個(gè)線圈的四個(gè)單匝之間用予成型十字形截面的絕緣間隔37隔開。這就加強(qiáng)了導(dǎo)體本身絕緣涂層所提供的匝間電絕緣。在額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相連續(xù)的匝導(dǎo)體之間電位差一般為50伏，所以第四匝的電位和同一線圈第一匝的電位差不多要相差150伏。十字形部件37的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)，從后面圖5、圖7的說明中可以了解得更清楚。
框形電樞線圈清楚地示於圖4。線圈的第一邊和第二邊平行的直的入槽段B和T，在電樞頭這一端分別整體地連著第一、第二短段41、42。線圈的短段41和42以鈍角從相應(yīng)的入槽段B、T延伸至?xí)埸c(diǎn)，在那里被銳角彎成L環(huán)。在形成L環(huán)處，導(dǎo)體束擰了半周(180°)，這樣，在這一點(diǎn)，線圈的四個(gè)單匝變換相對(duì)位置。結(jié)果，在導(dǎo)體束入槽段B中居於下內(nèi)側(cè)四分之一象限的線匝(即在圖2中以1B標(biāo)出底部半圓的那一線匝)將在入槽段T中占據(jù)上外側(cè)四分之一象限。在所示的實(shí)施例中，L環(huán)區(qū)中兩對(duì)對(duì)角的導(dǎo)體被套上柔軟的短的強(qiáng)化絕緣(比如編織玻璃纖維)護(hù)套43。
如圖4所示，電樞線圈的入槽段B和T，在換向器端分別成鈍角接到第3、第4短段44、45上，這兩個(gè)短段又引至單一導(dǎo)體的末端D。導(dǎo)體在其靠近末端處被剝?nèi)ソ^緣、分岔、整平，以便按一定方式排列而和各換向片豎片良好接觸。當(dāng)轉(zhuǎn)子上其它線圈都裝完時(shí)，這個(gè)線圈就接在一組整流片上。
在圖4中，線圈外側(cè)附加絕緣帶層36被略去以便顯示出介電材料予成型套管35的排列。套管35的第一根包住的是導(dǎo)體束的整個(gè)第一入槽段B的外表面以及相聯(lián)短段41外表面的最低一部分(最好全部包住)第二根同樣的管包住第二入槽段T的全部外表面以及第二短段42外表面的最低一部分(最好全部包住)。每個(gè)套管都和所包住的導(dǎo)體段外表面緊貼而又能滑動(dòng)，以提供線圈中導(dǎo)體束和轉(zhuǎn)子鐵心14的槽30的壁之間的電絕緣。
如圖6所示，每根予成型管35的壁一般都為矩型截面。它用不可壓縮的、非熱塑并具有較高介電強(qiáng)度的材料制成。管壁為無縫整體結(jié)構(gòu)，薄而柔軟，在任何平面中彎曲均不會(huì)造成物理上或電氣性質(zhì)上明顯的損失。壁的內(nèi)表面足夠光滑，允許導(dǎo)體束在鐵心槽中縱向膨脹和收縮時(shí)，能在管內(nèi)自由移動(dòng)。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，這些特征是通過形成予成型管35的管壁而得到的，其管壁是用多層很薄的聚酰亞胺以氟酸乙丙烯(fluorinated ethylene propylene)樹脂緊密粘結(jié)而成的。普通的聚酰亞胺薄膜(H型)在溫度低於300℃時(shí)介電常數(shù)大約在3、0以上。這類材料有一種品名叫KaptonF型，它包括在一面或兩面涂有FEP-CF涂層，商品名為Teflon。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，每根套管35是這樣來予成型的，將一張寬的無空向Kapton薄膜(兩面涂有FEP樹脂)在所需形狀和長(zhǎng)度的型芯周圍纏繞大約涂繞8次，加壓，加熱直至樹脂融化(在350℃和400℃之間)，冷卻型芯使樹脂再固化(約在220℃)，這就使得各Kapton層密合在一起，然后撤去壓力，從型芯上取下成品管。這種予成型管的內(nèi)壁和外壁都被涂上FEP，它可提供很光滑的表面，允許套管在被絕緣的導(dǎo)體束上易於滑動(dòng)。以上述方式，8層Kapton膜一經(jīng)粘合融結(jié)在一起制成整體無縫管壁，這樣壁在下首制造工序或轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的高溫下將不會(huì)熔化，并且在尺寸上保持穩(wěn)定。在最后轉(zhuǎn)子進(jìn)行VPI浸漆處理期間，管壁不會(huì)和絕緣的導(dǎo)體粘在一起。管壁厚度均勻一致，不大於15密耳，受壓時(shí)根本不會(huì)冷變形或蠕變。在現(xiàn)在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，套管35近似2呎長(zhǎng)，內(nèi)表面尺寸0.64吋高，0.51吋寬，壁厚差不多是0.01吋。
在圖4所示的本發(fā)明實(shí)施例中，在電樞線圈的換向器側(cè)，套管35并不延伸超過線圈入槽段B和T，通常將已知絕緣材料(未畫出)繞在線圈第三、第四短段44和45的導(dǎo)體束外面，以提供這些段和換向器擋圈16圓周之間的附加匝對(duì)地絕緣。但是，在另一種的實(shí)施例中，予成型管35比較長(zhǎng)，因此，套管包住了一部分短段的外表面，因而增加了漏電的距離，這距離是由這些套管在的換向器端轉(zhuǎn)子鐵心14和線圈的入槽段B和T中的導(dǎo)體之間提供的。
為了至少在L環(huán)附近以及每個(gè)入槽段B和T的相對(duì)端形成鈍角的彎曲處使4對(duì)平行而分別絕緣的導(dǎo)體隔開，在電樞線圈內(nèi)部安排了絕緣措施。如前面結(jié)合圖3所說過的，在圖5和圖7中表示得更加清晰，這種絕緣措施乃由予成型整體絕緣部件37構(gòu)成，它具有十字型截面。根據(jù)本發(fā)明，部件37由介電強(qiáng)度較高的、不可壓縮的非熱塑介質(zhì)材料制成，它薄而柔軟，在任何平面內(nèi)彎曲，都不會(huì)明顯損害物理上的堅(jiān)固性和電氣絕緣性質(zhì)。最好這些特征是通過成形用兩層很薄的聚酰亞胺薄膜靠FEP樹脂粘結(jié)起來制成的部件37而獲得的。這可以方便地制造，把比較窄的KaptonF型薄膜帶(一面涂以FEP樹脂)送入具有4個(gè)相交槽的型模，型模形狀與部件37的剖面相同，每條帶跨於一對(duì)互相垂直的槽，因此，在四個(gè)槽的每段槽中都填入了兩條帶的半寬鄰接部分，它們的涂層互相面對(duì)，於是加熱型模至FEP樹脂融點(diǎn)以上的溫度，在膜帶出模之前冷卻型模，使樹脂再固化，鄰接的膜帶就被密結(jié)在一起，形成整體2層十字片，再將成品切成所需的長(zhǎng)度。最好十字型部件37足夠長(zhǎng)，以便連續(xù)地沿L環(huán)、沿整個(gè)第一、第二短段41、42、沿兩邊入槽段B和T，以及沿第三、第四短段44和45的大部分而延伸。
予成型十字形部件37的垂直及水平部分實(shí)際上只有先前敘述的予成型套管35壁厚的四分之一那樣薄。垂直部分在線圈第一和第四匝之間以及第二、第三匝之間提供了附加絕緣。在圖5中，第一匝包括線圈第一入槽段B的下內(nèi)側(cè)四分之一中的導(dǎo)體對(duì)1B，第二匝包括上內(nèi)側(cè)四分之一中的導(dǎo)體對(duì)2B，第三匝包括上外側(cè)四分之一中的導(dǎo)體對(duì)3B，第四匝包括同樣入槽段的下外側(cè)四分之一中的導(dǎo)體對(duì)4B。線圈的8根導(dǎo)體每一根所敷絕緣薄層在圖5中用47標(biāo)明。最好絕緣層47是Kapton，其外表面涂以FEP涂層，和套管35內(nèi)側(cè)的FEP涂層配合，這樣，當(dāng)導(dǎo)體由於熱循環(huán)而膨脹、收縮時(shí)，就會(huì)有利於導(dǎo)體束相對(duì)於套管35作縱向運(yùn)動(dòng)。注意，F(xiàn)EP涂層也能經(jīng)受因給轉(zhuǎn)子上漆(在進(jìn)行最后VPI處理時(shí))所引起的受潮，所以就防止了從套管兩端滲進(jìn)來的絕緣漆使導(dǎo)體粘在套管35內(nèi)側(cè)。
十字形部件37的水平部分在線圈第一匝和第二匝之間(圖5中的導(dǎo)體對(duì)1B和2B)以及第三匝和第四匝之間(導(dǎo)體對(duì)3B和4B)提供附加的匝間絕緣。這在L環(huán)以及線圈的4個(gè)角處是特別重要的，在這里，8根導(dǎo)體束在兩邊入槽段B和T的兩端彎曲形成鈍角。如圖5中所示，將導(dǎo)體彎曲，就使其截面畸變，導(dǎo)體內(nèi)側(cè)趨於縮緊、隆起。在靠近彎管內(nèi)半徑，縮緊最明顯。直到此時(shí)，在線圈的每個(gè)角處，對(duì)角線上兩對(duì)導(dǎo)體已繞以柔軟的強(qiáng)化絕緣帶，以補(bǔ)充每根導(dǎo)體的絕緣，由此分別增大了導(dǎo)體對(duì)1B和2B(以及3B和4B)相鄰縮緊區(qū)域之間的間隙。本發(fā)明的十字形部件37作用也一樣。因?yàn)楹鼙?、不可壓縮、不會(huì)冷變形，只放在需要附加匝間絕緣的地方;部件37與先有技術(shù)的增強(qiáng)絕緣帶相比占據(jù)空間小，因此在給定尺寸的鐵心槽中允許使用截面較大的導(dǎo)體。當(dāng)將導(dǎo)體束彎曲而形成線圈的角時(shí)，在部件37內(nèi)側(cè)水平部分處形成皺紋或折痕。形成的波紋和皺折示於圖5。它們?nèi)缭傅卦鰪?qiáng)了居於線圈的兩個(gè)內(nèi)側(cè)四分之一空間的導(dǎo)體對(duì)的相鄰縮緊區(qū)之間的絕緣。
圖4中所示電樞線圈的L環(huán)和其它彎頭或彎角是用普通液壓/氣動(dòng)的線圈成形機(jī)械來制造的。最初，八根平行而分別絕緣的導(dǎo)體束是直的，末端D不是壓扁的。在線圈成形工藝的這一方面，把予成型十字形部件37對(duì)稱地放在導(dǎo)體束內(nèi)，把兩根絕緣套43套在兩對(duì)對(duì)角的導(dǎo)體上，套到位於導(dǎo)體束兩個(gè)對(duì)端間的中部。下一步是將導(dǎo)體束彎曲、扭轉(zhuǎn)，以形成L環(huán)。然后把兩根予成型管35套入仍是直的導(dǎo)體束(除了L環(huán)外)。通常，因?yàn)楣鼙趦?nèi)表面光滑，每根套管35很容易在導(dǎo)體束上滑動(dòng)。但是，如果有的導(dǎo)體彎了，它們?cè)谔坠苓^程中就得強(qiáng)制地并在一起。從導(dǎo)體束兩頭套入套管35以后，每一頭就在三個(gè)地方彎曲形成短段41，42，44和45以及直的平行入槽段B和T。
圖8表明電樞線圈的第一、第二短段41和42是怎樣綁牢在轉(zhuǎn)子的電樞頭13的圓周上的。在這張圖中略去了另外包在每個(gè)線圈外面的絕緣帶層36(而且它提供了在最后VPI浸漆期間絕緣漆粘附的表面)。由於予成型絕緣套管基本上包住了線圈的短段41和42的全部外表面，所以它在電樞頭13和套管所封的導(dǎo)體束之間提供了有效的電絕緣。套管也將線圈短段41的底部一排同短段42的頂部一排絕緣，它們使上層和帶31絕緣。在實(shí)用中，由套管35提供的絕緣，在帶31和頂部一排之間還靠電絕緣材料薄層51來補(bǔ)充，在頂部和底部一排之間用另一種線圈對(duì)線圈絕緣薄層52來補(bǔ)充，在底部一排和電樞頭之間靠線圈對(duì)地的薄絕緣層53來補(bǔ)充。但是，在每一例中，補(bǔ)充絕緣層都可以比迄今已用的窄和/或薄，因此就有利于把熱從電樞線圈的導(dǎo)體傳給電樞頭以及冷卻空氣流。套管35保證了每個(gè)導(dǎo)體束入槽段和轉(zhuǎn)子鐵心14的外側(cè)端之間有很長(zhǎng)的漏電距離。
盡管已經(jīng)舉例說明了本發(fā)明的最佳實(shí)施方案，然而對(duì)於懂行的人無疑會(huì)有許多修改。所以，最終的權(quán)利要求
擬將涉及所有這類屬於本發(fā)明的正確精神與范圍的修正都包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種用於電動(dòng)機(jī)的改進(jìn)的電樞線圈，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子包括在其一端由圓柱狀排列的間斷導(dǎo)電片組成的換向器；其轉(zhuǎn)子另一端的電樞頭；置於所述換向器和電樞頭之間磁化材料制的圓柱形鐵心，所述鐵心包括許多在其圓周上的、軸向延伸的槽中；許多多匝電樞線圈，它們被放在所述鐵心的槽中，并且在電氣上和選定的換向片連接，每個(gè)電樞線圈包括一束平行的、分別絕緣的導(dǎo)體，其末端與予先確定的一組所述的換向片配合連接，每一根所述的導(dǎo)體一般為矩形截面，所述的導(dǎo)體束一般彎成線框形繞組，它有第一邊和第二邊較長(zhǎng)的、直的入槽段，它們將被合適地放入所述轉(zhuǎn)子鐵心的兩個(gè)分開的槽中，所述的第一、第二入槽段在其電樞頭一側(cè)分別和第一、第二短段相連，以此構(gòu)成鈍角，兩個(gè)短段匯聚伸至電樞頭的外端，在那里借助于一個(gè)彎環(huán)彼此相連，改進(jìn)的電樞線圈的特征是，該項(xiàng)改進(jìn)包括第一根由實(shí)際上不可壓縮的、非熱塑介電材料制的予成型套管，它包住了所述第一入槽段的整個(gè)外表面和所述線圈的所述第一短段的最低部分的外表面，以及第二根同樣材料的予成型套管包住所述第二入槽段的全部外表面和所述線圈的所述第二短段的最低部分的外表面，每根所述的套管都緊貼所包段而又能在外表面上滑動(dòng)，以提供所述導(dǎo)體束和所述鐵心槽壁之間的電絕緣，每根套管的壁具有整體無縫結(jié)構(gòu)、薄而且足夠柔軟，在任何平面中彎曲都不會(huì)明顯損害物理上的或者介電方面的堅(jiān)固性，并具有足夠光滑的內(nèi)表面，允許所述的被絕緣導(dǎo)體在管內(nèi)長(zhǎng)度方向膨脹和收縮。
2、權(quán)利要求
1的線圈的特征在於所述第一根套管包住所述第一短段全部外表面，所述第二根套管包住所述第二短段的全部外表面，由此，所述套管提供所述導(dǎo)體束和所述電樞頭之間的電絕緣。
3、權(quán)利要求
1所述的線圈至少有4根導(dǎo)體，排列成各占四分之一象限，由此，每束導(dǎo)體便有4匝，其特征在于為了至少在所述的鈍角及所述的環(huán)附近將所述4根導(dǎo)體相互隔開，在所述導(dǎo)體束內(nèi)配置了絕緣部件，所述絕緣部件包括用實(shí)際上不可壓縮的、非熱塑介電材料制的予成型整體部件，并具有十字形截面，薄而足夠柔軟，在任何平面內(nèi)彎曲都不會(huì)明顯損害物理上的堅(jiān)固性和電絕緣性質(zhì)。
4、權(quán)利要求
3所述的線圈的特征在于所述予成型部件包括至少兩層聚酰亞胺薄膜，用氟酸乙丙烯(fluorinated ethylene propylene)樹脂粘結(jié)在一起。
5、權(quán)利要求
3所述的線圈的特征在于所述導(dǎo)體的末端以這樣一種方式連接，使在所述導(dǎo)體束中的4匝互相串聯(lián)。
6、權(quán)利要求
5所述的線圈的特征在于每一所述匝都至少包括兩根平行導(dǎo)體。
7、權(quán)利要求
3所述的線圈，在其中所述絕緣部件沿所述線圈的所述兩個(gè)入槽段的全長(zhǎng)、沿所述兩個(gè)短段的全長(zhǎng)、沿所述的環(huán)而延伸。
8、權(quán)利要求
1所述的線圈的特征在于所述線圈的第一和第二入槽段在其換向器側(cè)分別和第三和第四短段連接，以此形成鈍角，再引至所述導(dǎo)體的所述末端，并且其中所述第一根套管包住所述第三段的最低一部分外表面，所述第二根套管包住所述第四段的最低一部分外表面。
9、權(quán)利要求
8所述線圈至少包括4根導(dǎo)體，排列成各占四分之一象限，因此每束導(dǎo)體有4匝，其特征在于為了至少在所述鈍角的附近以及所述環(huán)的附近將4根導(dǎo)體互相隔開，在導(dǎo)體束內(nèi)安排了絕緣部件，所述絕緣部件是由實(shí)際上不可壓縮的、非熱塑介電材料制的予成型整體部件，它具有十字形截面，薄而且足夠柔軟，在任何平面中彎曲都不明顯損害其物理上的堅(jiān)固性和電絕緣性質(zhì)。
10、權(quán)利要求
9所述的線圈的特征在于所述絕緣部件沿所述線圈的所述兩個(gè)入槽段全長(zhǎng)、沿所述第一和第二短段兩者全長(zhǎng)、沿所述環(huán)而延伸。
11、權(quán)利要求
1所述的線圈的特征在于所述每根套管的管壁一般有矩形截面，厚度均勻一致，不大於0.015吋。
12、權(quán)利要求
11所述線圈的特征在于所述的管壁在所述線圈的入槽段放入所述槽中之后受壓時(shí)不會(huì)冷變形或蠕變。
13、權(quán)利要求
11所述線圈的特征在于所述每根管的管壁是多層很薄的聚酰亞胺，用氟酸乙丙烯樹脂粘結(jié)。
14、一種用於電動(dòng)機(jī)的改進(jìn)的電樞線圈，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子包括在其一端由圓柱狀排列的間斷的導(dǎo)電片組成的換向器;在轉(zhuǎn)子另一端的電樞頭;在所述換向器和電樞頭之間的磁化材料制成的圓柱狀鐵心，所述鐵心包括在其圓周上沿軸向延伸的許多槽和許多多匝電樞線圈，它們被放在所述鐵心的槽中，并在電氣上和選定的換向片連接，每個(gè)電樞線圈包括至少4根平行、分別絕緣導(dǎo)體構(gòu)成的導(dǎo)體束，導(dǎo)體安排成各占四分之一象限，所述導(dǎo)體的末端和所述換向片的予先確定的一組相接，每根所述導(dǎo)體一般具有矩型截面，而所述導(dǎo)體束被彎成線框形繞組，它有第一和第二比較長(zhǎng)的、直的入槽段，要被放入所述轉(zhuǎn)子鐵心的兩個(gè)槽中，所述第一和第二入槽段包以介電材料，在電樞頭側(cè)分別和第一、第二短段相連，以此形成鈍角，兩個(gè)短段再匯聚延伸到電樞頭外端，在這里借助于彎成鈍角環(huán)彼此連在一起，改進(jìn)的電樞線圈的特征在于改進(jìn)包括放在所述導(dǎo)體束內(nèi)的絕緣部件，用以至少在所述鈍角和所述環(huán)附近將4根導(dǎo)體互相隔開，所述絕緣部件包括一種用實(shí)際上不可壓縮的、非熱塑性介電材料制的予成型整體部件，它具有十字形截面，薄而足夠柔軟，在任何平面中彎曲都不明顯損害其物理上的堅(jiān)固性與電絕緣性質(zhì)。
15、權(quán)利要求
14的線圈的特征在于所述予成型部件至少有兩層聚酰亞胺薄膜，用氟酸乙丙烯樹脂粘合。
16、權(quán)利要求
14的線圈的特征在于所述導(dǎo)體的末端以這樣的方式連接，致使在導(dǎo)體束中四匝互相串連。
17、權(quán)利要求
16的線圈的特征在于所述每匝至少包含兩根平行導(dǎo)體。
18、權(quán)利要求
14的線圈的特征在于所述予成形部件沿所述線圈的所述兩個(gè)入槽段全長(zhǎng)、沿所述兩個(gè)短段的全長(zhǎng)、沿所述環(huán)而延伸。
專利摘要
放入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子槽的多匝線圈由一束分別絕緣的、平行靠緊的導(dǎo)電條構(gòu)成，在線圈的每個(gè)入槽段套上不可壓縮的、非熱塑性介電材料(例如聚酰亞胺薄膜)制成的預(yù)成型套管；管壁薄而柔軟，能在任何平面中彎曲，足夠光滑，允許被絕緣導(dǎo)體在套管中長(zhǎng)度方向自由膨脹和收縮。在線圈內(nèi)，用同樣介電材料制的十字形部件加強(qiáng)了匝間絕緣。
文檔編號(hào)H02K3/38GK86101029SQ86101029
公開日1986年9月24日 申請(qǐng)日期1986年1月7日
發(fā)明者賈爾馬·艾伯特·奧爾森 申請(qǐng)人:通用電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan