專利名稱：旋轉(zhuǎn)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及各種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，如同步電機(jī)類、以及雙路饋電式電機(jī)類、在異步靜態(tài)換流器級(jí)聯(lián)、外部旋轉(zhuǎn)電機(jī)和同步流動(dòng)電機(jī)類等中的應(yīng)用。本發(fā)明涉及按照權(quán)利要求1前序部分所述的這樣一種電機(jī)。該電機(jī)裝備有一個(gè)裝置，用于避免電機(jī)內(nèi)定子的線圈端部包中各導(dǎo)體之間的磨損。按照本發(fā)明的電機(jī)打算供高壓用，所謂高壓指的是電壓超過10kV。用于按照本發(fā)明的裝置的典型工作范圍可以是36kV-800kV。
本發(fā)明所針對(duì)的問題在高壓交流電機(jī)方面已經(jīng)出現(xiàn)，該高壓交流電機(jī)首先打算作為電站中的發(fā)電機(jī)，用于發(fā)出電力。這些電機(jī)按常規(guī)已經(jīng)設(shè)計(jì)成用于15-30kV范圍內(nèi)的電壓，而30kV通常被認(rèn)為是一個(gè)上限。這一般意味著，一個(gè)發(fā)電機(jī)必須經(jīng)過一個(gè)變壓器連接到電力網(wǎng)上，該變壓器將電壓升高到電力網(wǎng)的水平，亦即電壓在約130-400kV范圍內(nèi)。
在專利文獻(xiàn)US-A 2,885,581中，問題是當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度隨電機(jī)尺寸增加而增加時(shí)，防止在各線圈端部中運(yùn)動(dòng)。一種剛性連接是利用浸漬來完成。在專利文獻(xiàn)US-A 2,959,699中，圍繞各線圈端部的搭接部分之間形成一層堅(jiān)硬材料，因此圍繞芯線形成一個(gè)堅(jiān)硬材料圓柱體來減少運(yùn)動(dòng)。
通過專利文獻(xiàn)US-A 5,036,165已知一種導(dǎo)體，其中絕緣體裝備有一個(gè)內(nèi)層和一個(gè)外層，該內(nèi)層和外層均用半導(dǎo)電的高溫?zé)峤獠ＡЮw維制成。還知道在具有這種絕緣體的電動(dòng)發(fā)電機(jī)中提供各種導(dǎo)體，例如如專利文獻(xiàn)US-A 5,066,881中所述，此處一個(gè)半導(dǎo)電的高溫?zé)峤獠ＡЮw維層與形成導(dǎo)體的兩個(gè)平行桿件接觸，而各定子槽中的絕緣體被一個(gè)半導(dǎo)電的高溫?zé)峤獠ＡЮw維制的外層包圍。高溫?zé)峤獠ＡЮw維材料被認(rèn)為是合適的，因?yàn)榧词乖诮n處理之后，它還保持其電阻率。
通過采用高壓絕緣的電導(dǎo)體，在下文稱為電纜的電機(jī)的定子繞組中，它們具有堅(jiān)硬的絕緣體，這些絕緣體與用于輸送電力的電纜(如交聯(lián)聚乙烯電纜XLPE)中所用的絕緣體類似，所以電機(jī)中的電壓可以增加到這樣水平，以致它能直接連接到電力網(wǎng)上，而不用中間變壓器。因此常用的變壓器可以省去。
在用這些高壓電機(jī)的情況下，問題也產(chǎn)生了，其中各電纜具有振動(dòng)的傾向，使這些大的線圈端部包在比電力網(wǎng)頻率高一倍的頻率(也就是在電網(wǎng)頻率為50Hz的電力網(wǎng)中是100Hz，而在一標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)頻率為60Hz的電力網(wǎng)中是120Hz)中相互振動(dòng)，并且振幅約為0.1mm。各電纜都裝備一個(gè)外半導(dǎo)電層，通過該半導(dǎo)電層將限定它們相對(duì)于圍繞層之間的電位，由于各電纜在線圈端部包中貼著相鄰的電纜磨損，因此它們?nèi)菀讚p傷。
本發(fā)明的目的是解決上述問題，而這是通過權(quán)利要求1前序部分中所述的電機(jī)來達(dá)到，由權(quán)利要求1的特征部分中的特征進(jìn)行限定。這種技術(shù)方案意味著，各電纜彼此之間固定，同時(shí)允許一種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)各電纜不相互摩擦。
本發(fā)明首先打算供一類高壓電纜用，并且它的一些優(yōu)點(diǎn)在這里特別顯著，這類高壓電纜由一根芯線裝配而成，高壓電纜包括許多股絞合線部分；一個(gè)內(nèi)半導(dǎo)電層；一個(gè)絕緣層；和一個(gè)外半導(dǎo)電層；上述半導(dǎo)電層包圍芯線，絕緣層包圍內(nèi)半導(dǎo)電層，而外半導(dǎo)電層包圍絕緣層。本發(fā)明特別涉及這樣一種電纜，該電纜具有一個(gè)在20-200mm范圍內(nèi)的直徑和一個(gè)在80-3000mm2之范圍的導(dǎo)電面積。因此本發(fā)明的這些應(yīng)用構(gòu)成了其優(yōu)選實(shí)施例。
在按照本發(fā)明的電機(jī)中，各繞組最好是相當(dāng)于具有堅(jiān)硬的、擠塑而成的絕緣體的電纜那一類，如目前用于配電的那些電纜，例如交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜或具有乙丙橡膠(EPR)絕緣體的電纜。這種電纜包括一個(gè)內(nèi)導(dǎo)體；一個(gè)內(nèi)導(dǎo)電層；一個(gè)堅(jiān)硬的絕緣層和一個(gè)外半導(dǎo)電層；上述內(nèi)導(dǎo)體由一股或多股絞合線構(gòu)成，內(nèi)半導(dǎo)電層包圍導(dǎo)體，堅(jiān)硬的絕緣層包圍內(nèi)半導(dǎo)電層，和外半導(dǎo)電層包圍絕緣層。這些電纜是可彎曲的，在這種情況下是一個(gè)重要性質(zhì)，因?yàn)橛糜诎凑毡景l(fā)明的裝置的工藝主要是以繞組系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在這些繞組系統(tǒng)中，繞組由電纜形成，此電纜在裝配期間是彎的。一根XLPE電纜的可彎性通常相當(dāng)于一個(gè)曲率半徑，對(duì)直徑為30mm的電纜來說，曲率半徑約為20cm，而對(duì)于直徑為80mm的電纜來說，曲率半徑約為65cm。在本專利申請(qǐng)中，術(shù)語“可彎曲的”用來表明該繞組可向下彎曲到一個(gè)曲率半徑，該曲率半徑約為電纜直徑的4倍，最好是電纜直徑的8-12倍。
繞組應(yīng)制造成甚至當(dāng)它彎曲時(shí)和當(dāng)它在工作期間受到熱應(yīng)力時(shí)，也能保持它的各種性質(zhì)。重要的是，在這種情況下，各層保持它們的相互粘合。這里各層材料的性質(zhì)，特別是它們的彈性和相對(duì)熱膨脹系數(shù)是決定性的。例如，在XLPE電纜中，絕緣層由交聯(lián)低密度聚乙烯構(gòu)成，而各半導(dǎo)電層由其中混合有碳黑和金屬微粒的聚乙烯構(gòu)成。由于溫度波動(dòng)而引起的體積改變隨著電纜中半徑的改變而被完全吸收，并且由于在各層中熱膨脹系數(shù)相對(duì)于這些材料的彈性有比較輕微的差異，可能會(huì)發(fā)生徑向膨脹，而各層之間的粘合則沒有損失。
上述各種材料組合應(yīng)當(dāng)只看作是一些例子。滿足規(guī)定的一些條件及還有半導(dǎo)電性條件的其它組合自然也屬于本發(fā)明的范圍，半導(dǎo)電的條件亦就是電阻率在10-1-106ohm-cm范圍內(nèi)，如1-500ohm-cm，或10-200ohm-cm。
絕緣層可以由例如一種堅(jiān)硬的熱塑性材料構(gòu)成，如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、聚甲基戊烯(PMP)、各種交聯(lián)材料如交聯(lián)聚乙烯(XLPE)或橡膠如乙丙橡膠(EPR)或硅橡膠。
內(nèi)導(dǎo)電層和外導(dǎo)電層可以是同樣的基本材料，但是其中混合有導(dǎo)電材料微粒如碳黑或金屬粉。
這些材料的各種機(jī)械性質(zhì)，尤其是它們的熱膨脹系數(shù)受其中是否混合有碳黑或金屬粉的影響比較小——至少按所要求的比例來達(dá)到按照本發(fā)明所必需的電導(dǎo)率。因此絕緣層和各半導(dǎo)電層具有基本上相同的熱膨脹系數(shù)。
乙烯乙酸乙烯酯共聚物/丁腈橡膠、丁基接枝聚乙烯、乙烯丙烯酸丁酯共聚物和乙烯丙烯酸乙酯共聚物也可以構(gòu)成用于半導(dǎo)電層的合適聚合物。
甚至當(dāng)在各層中采用不同類型的材料作為基本材料時(shí)，對(duì)它們的熱膨脹系數(shù)來說，最好是基本上相同。這是具有上面列舉的各種材料組合的情況。
上面列舉的各種材料具有比較好的彈性，它們具有E＜500MPa，最好是E＜200MPa的E-模量。
對(duì)于各層中材料的熱膨脹系數(shù)之間的任何較小差異來說，該彈性足夠在該彈性的徑向方向上被吸收，因此沒有裂紋出現(xiàn)，或任何別的損傷，并且各層不會(huì)相互分離。各層中的材料是有彈性的，并且各層之間的粘合至少是與這些材料中最弱的具有相同的量級(jí)。
兩個(gè)半導(dǎo)電層的電導(dǎo)率足夠基本上使沿著每一層的電位相等。外半導(dǎo)電層的電導(dǎo)率足夠大到包圍電纜的電場(chǎng)，但不會(huì)足夠小到由于在該層縱向方向上的感應(yīng)電流而產(chǎn)生重大損失。
因此，兩個(gè)半導(dǎo)電層中的每一層基本上構(gòu)成一個(gè)等位面，而繞組和這些層一起，將基本上把電場(chǎng)包圍于其內(nèi)。
當(dāng)然，沒有任何東西能阻止在絕緣層中配置一個(gè)或多個(gè)附加的導(dǎo)電層。
現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中

圖1示出在一個(gè)交流發(fā)電機(jī)中定子的一端處，一部分線圈端部的透視圖，圖2示出穿過一根定子繞組中所用類型的電纜的橫截面圖，圖3示出穿過線圈端部包中一根電纜的橫截面圖，該線圈端部包包括一個(gè)按照本發(fā)明的裝置，圖4示出線圈端部包中兩根電纜之間的接觸區(qū)，和圖5示出按照本發(fā)明制造的一種裝置。
圖1示出了交流發(fā)電機(jī)的一部分線圈端部包。定子1用它的內(nèi)部垂直表面2以一間隙包圍發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。形成繞組的各個(gè)電纜4在定子1的上表面3中的一個(gè)槽內(nèi)以弧形伸出，并進(jìn)入該定子的另一個(gè)槽中。這些電纜或線圈的圓弧形成線圈的端部，上述端部相互接觸。一個(gè)這樣的觸點(diǎn)在圖1中用5標(biāo)出。
各個(gè)弧形線圈端部變成比較松散而光滑，并且在約100Hz的頻率工作期間，由各電纜所達(dá)到的振動(dòng)水平造成在接觸區(qū)中各電纜之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)具有約0.1mm的幅度。這種運(yùn)動(dòng)會(huì)在各電纜之間產(chǎn)生阻尼磨損，在這種情況下，各電纜沒有包皮。
圖2示出穿過一根電纜4的橫截面，該電纜4和本發(fā)明一起使用。電纜4由一個(gè)芯線6構(gòu)成，該芯線6包括許多股絞合線部分，并具有圓形橫截面，上述絞合線部分例如是用銅制成。這個(gè)導(dǎo)體6配置在電纜4的中部。圍繞導(dǎo)體6的是第一半導(dǎo)電層7。圍繞該第一半導(dǎo)電層7的是一絕緣層8，如交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣體，而圍繞該絕緣層8的是第二半導(dǎo)電層9。因此，在這種情況下，一根電纜不包括外面的接地屏蔽，這種外面的接地屏蔽通常是包圍配電用電纜的。該電纜可以是引言部分中規(guī)定的尺寸。
圖3示出穿過這一根電纜的橫截面，該電纜包括一個(gè)按照本發(fā)明的裝置。為了避免在各電纜之間的接觸區(qū)中磨損，各電纜必須相互固定，同時(shí)允許一種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)不會(huì)引起各電纜相互摩擦而磨損。因此，各電纜4在接觸處裝備有一個(gè)外套10。
外套10由一個(gè)繞成螺旋形的帶子11(見圖4)構(gòu)成。外套10中的材料不限于任何專用材料，而可以是任何種類的具有一定彈性的材料。不需要此種材料是電絕緣的。盡管在某些機(jī)械設(shè)計(jì)中絕緣材料可能是優(yōu)先選用的，但它也可以是導(dǎo)電的。
圖4示出各電纜是如何在接觸點(diǎn)處相互固定的，它們是利用一個(gè)成一束扎線12形式的固定裝置固定的。對(duì)各電纜4來說，還在定子中的外面各固定點(diǎn)處同樣固定并包覆在彈性材料中也是可行的。
圖5示出一種生產(chǎn)帶子11的合適方法，該帶子11在各電纜上形成外套10。將一個(gè)呈管形或軟管形式的工件13沿著一個(gè)螺旋線14切開，該工件13用適合此用途的材料制成。這樣形成一個(gè)螺旋形帶子，以便產(chǎn)生外套10來蓋住接觸區(qū)5中的電纜4。與一個(gè)正常的圍繞電纜繞的直帶相反，螺旋形帶子獨(dú)自固定在適當(dāng)位置。因此不需要扎線，該扎線會(huì)使線圈端部包變得更厚。
采用這種方法，帶子能很容易生產(chǎn)，此種帶子盡管比較厚，但它能很容易產(chǎn)生必需的螺旋形。外套10中的這層必須有足夠厚，以便直到在材料中剪切之前，各電纜之間都能相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而沒有各表面之間的滑動(dòng)。根據(jù)電纜直徑的不同，該層的厚度可以在0.5和5mm之間變化，電纜的直徑可以在10和150mm之間變化。按照本發(fā)明的裝置防止了各電纜上的磨損，這種磨損會(huì)迅速損壞XLPE絕緣上的外面半導(dǎo)體。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括一個(gè)定子(1)，該定子(1)具有一個(gè)繞組，其特征在于該繞組包括一根高壓電纜(4)，此電纜(4)包括一個(gè)絕緣層(8)，該絕緣層(8)被一半導(dǎo)電層(9)覆蓋；在該繞組中配置一個(gè)裝置(10)，用于避免在繞組的一個(gè)線圈端部包中各電纜(4)之間的磨損，該裝置包括一個(gè)彈性層(10)，該彈性層(10)與各電纜(4)接觸，以便直到在該彈性層(10)中剪切之前，該層(10)能在各電纜之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述裝置(10)由一個(gè)外套(10)形成，在該外套(10)中，將每個(gè)電纜(4)包裝在兩根電纜(4)之間的接觸區(qū)(5)中。
3.如權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于外套(10)由一根彈性材料制成的螺旋形帶子(11)構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于螺旋形帶子(11)通過沿著一條螺旋線(14)切開管子(13)上的一根軟管形成。
5.如權(quán)利要求3或4所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述彈性材料是電絕緣的。
6.如權(quán)利要求3或4所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述彈性材料是導(dǎo)電的。
7.如權(quán)利要求1-6其中之一所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于高壓電纜包括一個(gè)芯線(6)、一個(gè)半導(dǎo)電層(7)、一個(gè)絕緣層(8)、和一個(gè)外半導(dǎo)電層(9)，所述芯線(6)具有許多股絞合線部分，該半導(dǎo)電層(7)包圍芯線(6)，絕緣層(8)包圍內(nèi)半導(dǎo)電層，而外半導(dǎo)電層(9)包圍該絕緣層(8)。
8.如權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于高壓電纜(4)具有一個(gè)直徑和一個(gè)導(dǎo)電面積，該直徑在20-200mm范圍內(nèi)，而導(dǎo)電面積在80-3000mm2范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于繞組是可彎曲的；所述各層相互粘著。
10.如權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述各層材料由一些具有這種彈性和各熱膨脹系數(shù)之間具有這種關(guān)系的材料構(gòu)成，以致由溫度波動(dòng)所引起的各層中體積的變化被這些材料的彈性吸收，因此在操作期間所出現(xiàn)的溫度波動(dòng)下，各層保持它們的相互粘合。
11.如權(quán)利要求9或10所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于在所述各層中的這些材料具有很高的彈性，優(yōu)選的是彈性具有低于500MPa的E-模量，最優(yōu)選的是E模量低于200MPa。
12.如權(quán)利要求9-11其中之一所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于用于所述各層中一些材料的熱膨脹系數(shù)，基本上具有相同的量級(jí)。
13.如權(quán)利要求9-12其中之一所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于各層之間的粘合至少與這些材料中最弱的材料具有相同的量級(jí)。
14.如權(quán)利要求9-13其中之一所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于各個(gè)半導(dǎo)電層中的每一層都構(gòu)成一個(gè)等電位面。
全文摘要
一種裝置,用于避免一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)內(nèi)定子(1)的線圈端部包中各電纜之間的磨損,該裝置包括一個(gè)彈性層(10),該彈性層(10)配置在兩根電纜(4)之間的接觸區(qū)(5)中。彈性層(10)一直到在彈性材料中剪切之前,允許各電纜(4)之間有一定量的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該層由一個(gè)外套(10)形成,在該外套(10)中,將每根電纜被包圍在接觸區(qū)(5)中。電纜由一高壓電纜(4)構(gòu)成。外套(10)由一螺旋形帶子(11)形成,帶子(11)用電絕緣材料或?qū)щ姴牧现瞥伞?br> 文檔編號(hào)H02K3/50GK1246979SQ9880226
公開日2000年3月8日 申請(qǐng)日期1998年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月3日
發(fā)明者彼得·卡斯滕森, 馬茨·萊永 申請(qǐng)人:Abb阿西亞布朗·勃法瑞公司