МАССА ДЛЯ ПАЗОВОЙ ЗАГЛУШКИ, ПАЗОВАЯ ЗАГЛУШКА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАЗОВОЙ ЗАГЛУШКИ Российский патент 2017 года по МПК H02K3/487 

Изобретение касается массы для пазовой заглушки для электрической машины, которая для приема электрических проводных систем имеет, по меньшей мере, один паз с пазовым отверстием, содержащей магнитный наполнитель, в частности магнитомягкий наполнитель, а также реакционную смоляную смесь, включающую, по меньшей мере, один смоляной компонент и один отверждающий компонент, которые перед использованием находятся отдельно. Далее, изобретение касается пазовой заглушки, а также способа для изготовления пазовой заглушки для электрических машин.

Пазы электрических машин служат для приема изолированных электрических проводников, соответственно, проводных систем. Они имеют, как правило, пазовое отверстие, через которое проводники, соответственно, проводные системы, вкладываются в паз. В частности, у машин высокого напряжения работают с так называемыми «открытыми пазами», причем пазовое отверстие проходит по всей ширине паза. Вследствие этого, пазовое отверстие должно запечатываться (заглушаться) после вложения электрических проводников, соответственно, проводной системы, чтобы предотвратить подъем проводников из паза во время эксплуатации электрической машины.

Пазовая заглушка для таких пазовых отверстий обычно выполняется с помощью жестких заглушающих тел, так называемых пазовых клиньев. Эти пазовые клинья изготовлены, например, из технических слоистых прессованных материалов посредством механической обработки. Альтернативно, они могут быть изготовлены из термопластичных или термореактивных формовочных масс посредством непрерывной экструзии или литьевого формования.

Чтобы улучшить магнитное направление потока в области пазового отверстия, пазовые заглушки выполнены частично магнитомягкими. При этом пазовые заглушки в форме пазовых клиньев выполнены из наполненных железом слоистых прессованных материалов. Разумеется, такая магнитомягкая заглушка обычно склеивается с пазом, чтобы достичь хорошей плотной посадки. В противном случае, существует опасность, что пазовый клин отделится в результате эксплуатационных нагрузок (термическая нагрузка, термомеханическая переменная нагрузка, магнитная переменная нагрузка, влияния окружающей среды). Это склеивание надежно выполняется только со значительными затратами.

Предварительно изготовленное заглушающее тело, которое используется как пазовая заглушка, описано, например, в WO 2006/100291 А1. Заглушающее тело при этом состоит из материала с термопластичным полимерным материалом и магнитным наполнителем.

Другими формами магнитомягкой пазовой заглушки являются наполненные железным порошком отверждаемые эпоксидные смолы, как они описаны, например, в выложенных заявках на изобретение DE 1 288 186 и DE 1 299 357. Эпоксидные смолы в виде пастообразных масс вдавливаются в пазовое отверстие и затем термически отверждаются. Такая пазовая заглушка отличается от магнитомягких клиньев долговременной плотной посадкой.

В дополнении к этому JP S59 21245 А описывает массу для пазовой заглушки для вращающейся электрической машины. Эта масса для пазовой заглушки включает в себя реакционную смоляную смесь со смоляным компонентом и отвердителем. Кроме того, масса для пазовой заглушки включает в себя магнитный наполнитель.

Далее, US 3 624 032 А описывает формовочную массу из эпоксидной смолы, циклического ангидрида поликарбоновой кислоты и катализатор отверждения, причем катализатор отверждения представляет собой комплексное соединение между многовалентным металлом и ацетилацетоном. Этот присутствующий в качестве отвердителя ангидрид может представлять собой только циклический ангидрид дикарбоновой кислоты или поликарбоновой кислоты, который пригоден для сшивания эпоксидной смолы при температурах отверждения. Ангидрид может представлять собой, например, диангидрид.

В основу изобретения положена задача предоставить улучшенную, отверждаемую, магнитную пазовую заглушку.

В соответствии с изобретением задача решается посредством массы для пазовой заглушки для электрической машины, которая для приема электрических проводных систем имеет, по меньшей мере, один паз с пазовым отверстием, содержащей:

- магнитный наполнитель, в частности магнитомягкий наполнитель, а также

- реакционную смоляную смесь, включающую в себя, по меньшей мере, один смоляной компонент и один отверждающий компонент, причем отверждающий компонент содержит диангидрид и при этом масса для пазовой заглушки содержит цеолит в качестве сушильного агента.

Изобретение основывается на понимании того, что использование диангидрида, который, в частности, представлен в порошкообразном виде, в качестве отвердителя или вспомогательного отвердителя в реакционной смоляной смеси значительно улучшает температурную стойкость и механическую прочность массы для пазовой заглушки. Таким образом, реакционная смоляная смесь пригодна для области температурного применения выше 155°С, следовательно, позволяет беспроблемно закрывать классы F нагревостойкости, при необходимости, даже более высокие классы нагревостойкости. Отверждающий компонент, в этом случае диангидрид, имеет долю от 5 вес.% до максимум 50 вес.% реакционной смоляной смеси.

При этом под магнитным наполнителем также должна пониматься смесь магнитных наполнителей.

При этом смоляной компонент и отверждающий компонент реакционной смоляной смеси перед обработкой или изготовлением массы для пазовой заглушки представлены сначала отдельно и смешиваются друг с другом, в частности, непосредственно перед вводом массы для пазовой заглушки в паз электрической машины. Смешивание смоляного и отверждающего компонента и магнитного наполнителя может происходить в любой последовательности. Особенно предпочтительным оказалось, если магнитный наполнитель сначала примешивают к смоляному компоненту. Затем, масса для пазовой заглушки отверждается вследствие происходящего в реакционной смоляной смеси полиприсоединения. Поскольку реакционная смоляная смесь отверждается даже при комнатной температуре, то масса для пазовой заглушки смешивается (то есть готовится смесь), в частности, на своем месте применения. Также допустимо изготавливать массу для пазовой заглушки или, по меньшей мере, реакционную смоляную смесь массы для пазовой заглушки за несколько часов до ее применения в пазовом отверстии.

Поскольку диангидрид, как и ангидрид, как правило, в реакционной смоляной смеси втягивает со временем влагу, то масса для пазовой заглушки содержит цеолит в качестве сушильного агента, чтобы предотвратить или, по меньшей мере, минимизировать поглощение воды реакционной смоляной смесью.

Предпочтительно, в качестве диангидрида в реакционной смоляной смеси используется 3,3,4,4 бензофенонтетракарбоновой кислоты диангидрид (GAS 2421-28-5) и/или пиромеллитовый диангидрид (GAS 89-32-7) и/или 3,3,4,4 бифенилтетракарбоновой кислоты диангидрид (GAS 2420-87-3).

Целесообразным образом смоляной компонент реакционной смоляной смеси представляет собой эпоксидную смолу. Эпоксидная смола подходящим образом реагирует с диангидридом в реакционный смоляной формовочный материал.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения масса для пазовой заглушки содержит, кроме того, органические и/или неорганические наночастицы, в частности, core-shell («оболочка-ядро») наночастицы или неорганические наночастицы на основе SiO₂. Наночастицы улучшают, в частности, текучесть реакционной смоляной смеси и ударную вязкость отвержденной пазовой заглушки.

Согласно одному другому предпочтительному варианту осуществления изобретения масса для пазовой заглушки имеет температуру стеклования, которая равна или больше 200°С. Это является предпочтительным, поскольку с превышением температуры стеклования происходит значительное изменение механических и электрических свойств. Таким образом, чтобы сделать возможным использование пазовой заглушки при как можно высоких температурах, температура стеклования посредством подходящего состава массы для пазовой заглушки устанавливается 200°С и выше.

Принимая во внимание высокую магнитную проницаемость пазовой заглушки, предусмотрено, что в массе для пазовой заглушки магнитный наполнитель или смесь магнитных наполнителей имеет предпочтительно долю, по меньшей мере, 85 вес.%.

Кроме того, более высокая доля магнитного наполнителя достигается за счет того, что магнитный наполнитель более предпочтительным образом представлен в виде распределений частиц по размерам от бимодальных до мультимодальных. Это означает, что магнитный наполнитель имеет, по меньшей мере, два распределения частиц по размерам, причем более мелкие частицы, в частности, заполняют промежутки между более крупными частицами. Таким образом, создается максимально высокая плотность упаковки, которая, в свою очередь, имеет своим результатом высокую проницаемость. Магнитный наполнитель содержит железный порошок, в частности губчатый железный порошок или карбонильный железный порошок (т.е. порошок карбонильного железа). Железный порошок имеет средний размер частиц между приблизительно 40 и 500 мкм, в частности, от приблизительно 200 мкм до 300 мкм. В принципе, также возможны размеры частиц меньше 400 мкм, соответственно, больше 500 мкм.

Кроме того, является преимуществом, что масса для пазовой заглушки содержит волокнистые наполнители с длиной волокна от 50 мкм до 10000 мкм, в частности, от 100 мкм до 5000 мкм, в частности, от 100 мкм до 3000 мкм. Такие волокнистые наполнители обеспечивают повышение механической прочности. В качестве волокнистых наполнителей используются, например, неорганические волокна, такие как стекловолокно, соответственно, органические волокна, такие как арамидные волокна. Кроме того, также возможны любые смеси волокон.

Далее, задача согласно изобретению решается посредством пазовой заглушки электрической машины из массы для пазовой заглушки по одному из описанных выше вариантов осуществления изобретения.

Кроме того, задача согласно изобретению решается посредством способа изготовления пазовой заглушки для электрической машины, которая для приема электрических проводных систем имеет, по меньшей мере, один паз с пазовым отверстием, причем

- масса для пазовой заглушки изготавливается из, по меньшей мере, одного смоляного компонента и одного содержащего диангидрид отверждающего компонента, которые смешиваются в реакционную смоляную смесь полимеров, а также из магнитного наполнителя, в частности магнитомягкого наполнителя, и

- масса для пазовой заглушки после введения проводной системы вводится в паз для запечатывания пазового отверстия.

Чтобы ускорить отверждение массы для пазовой заглушки, масса для пазовой заглушки предпочтительно после ввода в паз термически обрабатывается, причем термическая обработка происходит при 70°С - 250°С, в частности, при 120°С - 160°С.

Уже указанные в отношении массы для пазовой заглушки преимущества и предпочтительные варианты осуществления изобретения переносятся по смыслу на способ изготовления пазовой заглушки.

Пример осуществления изобретения более подробно поясняется на основании чертежа, который показывает пример осуществления статора электрической машины с магнитной пазовой заглушкой.

На чертеже показан пример осуществления статора 1 электрической машины в частичном поперечном разрезе. Статор 1 включает в себя паз 2, в котором размещена электрическая проводная система 3. Показанная лишь схематически проводная система 3 может быть выполнена в виде электрического отдельного проводника или в виде комбинации нескольких электрических частей-проводников. Она окружена электрической изоляцией 4 и представляет собой часть катушечной обмотки статора 1. Принципиально, паз 2 и проводная система 3 вместо статора 1 могут быть также предусмотрены в роторе электрической машины.

В области пазового отверстия 5 внутри паза 2 расположена пазовая заглушка 6. Пазовая заглушка 6 выполнена из массы 7 для пазовой заглушки, которая содержит магнитомягкий наполнитель, а также реакционную смоляную смесь. Реакционная смоляная смесь состоит, по меньшей мере, из одного смоляного компонента, в показанном примере осуществления изобретения - эпоксидная смола, и одного отверждающего компонента, который в этом случае содержит порошкообразный диангидрид, как, например, CAS 2421-28-5. Кроме того, масса 7 для пазовой заглушки может содержать цеолит в качестве сушильного агента, органические и/или неорганические наночастицы, а также волокнистые наполнители.

Доля магнитного наполнителя в массе 7 для пазовой заглушки составляет, по меньшей мере, 85 вес.%. Доля диангидрида в реакционной смоляной смеси лежит между 5% и 50%. Компоненты массы 7 для пазовой заглушки или, по меньшей мере, компоненты реактивной смоляной смеси смешиваются, в частности, непосредственно перед своим введением в пазовое отверстие 5. После того как масса 7 для пазовой заглушки введена в пазовое отверстие 5, она нагревается, в частности, до 120°С, вследствие чего в массе для пазовой заглушки ускоряется топохимическая реакция, так что масса 7 для пазовой заглушки 6 отверждается.

Изготовленная таким образом масса 7 для пазовой заглушки характеризуется высокой химической стойкостью, высокой температурной стойкостью, а также механической прочностью, высокой магнитной проницаемостью ввиду высокой доли (содержания) магнитного наполнителя, а также хорошей адгезией к пазовым бокам даже при повышенной температуре при использовании электрической машины. Вследствие своего состава масса 7 для пазовой заглушки имеет, в частности, температуру стеклования больше 200°С. Область применения пазовой заглушки 6 лежит в классе F нагревостойкости или выше, т.е. при эксплуатации электрической машины температура может достигать, в частности, 155°С и при необходимости превышаться.

Изобретение относится к пазовой заглушке для электрических машин. Масса (7) для пазовой заглушки для электрической машины, которая для приема электрической проводной системы (3) имеет, по меньшей мере, один паз (2) с пазовым отверстием (5), содержит магнитный наполнитель, в частности магнитомягкий наполнитель, а также реакционную смоляную смесь, включающую в себя, по меньшей мере, один смоляной компонент и один отверждающий компонент. Принимая во внимание улучшение температурной стойкости и механической прочности массы для пазовой заглушки, в качестве отверждающего компонента используется диангидрид. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Масса (7) для пазовой заглушки для электрической машины, которая для приема электрической проводной системы (3) имеет, по меньшей мере, один паз (2) с пазовым отверстием (5), содержащая:

– магнитный наполнитель, в частности магнитомягкий наполнитель, а также

– реакционную смоляную смесь, включающую в себя, по меньшей мере, один смоляной компонент и один отверждающий компонент,

отличающаяся тем, что отверждающий компонент содержит диангидрид и масса (7) для пазовой заглушки содержит цеолит в качестве сушильного агента.

2. Масса (7) для пазовой заглушки по п.1, отличающаяся тем, что в качестве диангидрида используется 3,3’,4,4’ бензофенотетракарбоновой кислоты диангидрид (CAS 2421-28-5) и/или пиромеллитовый диангидрид (CAS 89-32-7) и/или 3,3’,4,4’ бифенилтетракарбоновой кислоты диангидрид (CAS 2420-87-3).

3. Масса (7) для пазовой заглушки по п.1 или 2, отличающаяся тем, что смоляной компонент представляет собой эпоксидную смолу.

4. Масса (7) для пазовой заглушки по п.1 или 2, отличающаяся тем, что масса (7) для пазовой заглушки для улучшения текучести реакционной смоляной смеси и ударной вязкости содержит органические и/или неорганические наночастицы.

5. Масса (7) для пазовой заглушки по п.1 или 2, отличающаяся температурой стеклования, равной или больше 200°С.

6. Масса (7) для пазовой заглушки по п.1 или 2, отличающаяся долей магнитного наполнителя, которая составляет, по меньшей мере, 85 вес.%.

7. Масса (7) для пазовой заглушки по п.1 или 2, отличающаяся тем, что магнитный наполнитель представлен в виде распределений частиц по размерам от бимодальных до мультимодальных.

8. Масса (7) для пазовой заглушки по п.1 или 2, отличающаяся волокнистым наполнителем с длиной волокна от 50 мкм до 10000 мкм, в частности от 100 мкм до 5000 мкм, в частности от 100 мкм до 3000 мкм.

9. Пазовая заглушка (6) электрической машины из массы (7) для пазовой заглушки по любому из предшествующих пунктов.

10. Способ изготовления пазовой заглушки (6) для электрической машины, которая для приема электрической проводной системы (3) имеет, по меньшей мере, один паз (2) с пазовым отверстием (5), причем

– массу для пазовой заглушки изготавливают из, по меньшей мере, одного смоляного компонента и одного содержащего диангидрид отверждающего компонента, которые смешивают в реакционную смесь полимеров, а также из магнитного наполнителя, в частности магнитомягкого наполнителя, причем масса (7) для пазовой заглушки содержит цеолит в качестве сушильного агента, и

– массу (7) для пазовой заглушки после введения проводной системы (3) вводят в паз (2) для запечатывания пазового отверстия (5).

11. Способ по п.10, причем массу (7) после введения в паз (2) термически обрабатывают при 70-250°С, в частности при 120-160°С.