[发明专利]用于高温应用的混合介电薄膜

说明书

背景

本公开总体上涉及在耐热氧化和抗电晕放电方面有改进的组合件和提供耐热氧化和抗电晕放电的改进的方法，更具体地讲，涉及形成柔韧性高耐热介电材料的组合件和方法。

已知聚合膜在电动机和发电机中有作为绝缘材料的效用。已知的聚合膜用作介电材料使导电材料与其它导电材料绝缘，以防止电连接的短接或短路。绝缘提供电压风险保护，并防止电流漏泄和放电及短路。

图1图示说明电动机10的部分。聚合膜作为绝缘材料用于不同位置。例如，聚合膜用作相间绝缘/端部绕组绝缘12。聚合膜也用作接地绝缘/槽衬14。聚合膜也可用作匝间绝缘16，为铜线涂层。绕线18、20和22在电动机10中相应于电压应力水平而布置。对于AC电动机或发电机，通常有三个电压相，相隔120°。绕线18一般是指在两个不同相中相互接近的线，在此它有最高的电压降，因此除了线涂层外，还需要绝缘体分隔这些相-相电压降。绕线20一般是指与接地的钢芯(或钢层压材料)接近的线。线20和芯之间的电压为同样很高的对地的线电压，因此，除了线涂层外，还需要接地绝缘。绕线22是指在相同电压相中相互接近的线，在此电压降是最小的，因此导电线上的涂层可提供足够绝缘。

目前用于电动机和发电机的聚合膜由以下一个或多个形成：交联聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚苯醚、高热聚合物膜，例如聚酰亚胺、芳族聚酰亚胺、芳族聚酯、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯砜、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)和其它含氟聚合物。

膜状材料通常与导电材料(例如电机中使用的线)一起使用，因为这些材料提供柔韧性。需要柔韧性是因为导电材料通常卷绕或保持在弯曲和/或非平面取向。为了适当涂覆这些导电材料，而不对导电材料产生过度应力，使用薄膜状材料。膜状材料也经常用作绕组线的相分隔和槽衬。它们需要膜的柔韧性和耐磨性，以在制造组合件过程期间承受得住机械应力。

然而，在电动机和/或发电机内使导电材料绝缘所用的已知聚合膜中有缺点存在。目前已知的聚合膜具有仅最多260℃的热稳定性或温度指数。“热稳定性”或“温度指数”是指在260℃热老化20,000小时后材料的介电和/或机械完整性为完好。用于限定温度指数的标准试验方法可见于ASTM D2307。较新的电动机和发电机需要能够经受高于260℃的材料，因此，通常制造为在较高温度下工作。

与由高dV/dT PWM驱动装置驱动并且在接近或高于局部放电起始电压(PDIV)或电晕起始电压(CIV)工作的较新的脉冲-宽度调制(PWM)驱动电动机/驱动装置不同，以前的发电驱动装置大多数以在恒定频率运行的线电压工作。

另外，受限的体积/空间限制电机绕组和卷缆中的高电压信号/功率线的分离和间距，并且电力电子器件与低压高温组合经常导致在接近或高于放电的PDIV/CIV工作。

在聚合膜用于高温应用时，传统上已用云母、陶瓷和玻璃带提供较大耐热性。然而，由于它们的刚性和低介电强度，需要高厚度达到适当的介电强度。利用这些绝缘类型的电力设备的大小和重量分别倾向于大和重，因此牺牲系统整体的功率密度。

另一个缺点是已知的聚合膜可只经受电晕放电有限时间。例如，在发明人进行的试验中，使聚酰亚胺膜暴露于20千赫兹(kHz)连续方波脉冲。聚酰亚胺膜在不劣化到分解或短路的点的情况下持续了不到10分钟。

已知绝缘膜目前本领域水平的已知缺点，在本领域中欢迎用于使电机中导电材料绝缘的改进的绝缘组合件和方法。

概述

本公开的一个实施方案包括用于高温电机的高温绝缘组合件。组合件包括聚合膜和在聚合膜上布置的至少一个陶瓷涂层。聚合膜布置在导电布线上，或者用作导体绕组绝缘体。

本公开的另一个实施方案包括电机，包括包含以非平面取向卷绕的导电布线和用于使导电布线绝缘的组合件的电动机或发电机。绝缘组合件包括聚合膜和在聚合膜上布置的至少一个陶瓷涂层。聚合膜布置在导电布线上，或者用于导体绕组绝缘体。

一个实施方案包括用于形成高温绝缘组合件的方法，所述高温绝缘组合件用于使高温电机中的导电材料绝缘。该方法包括在聚合膜上沉积至少一层陶瓷材料，并邻近导电材料布置至少一层陶瓷材料和聚合膜。

当考虑以下详述与附图时，可进一步理解和/或说明这些和其它特征、方面和优点。

附图简述

图1为显示使用绝缘的不同位置的电动机部分的示意图。

图2为根据一个实施方案的绝缘组合件的示意图。