Пропиточная смола, система проводников, электрическая катушка и электрическая машина

Изобретение относится к системе проводников, а также к электрической катушке и электрической машине с такой системой проводников. Кроме того, к каталитически отверждаемой пропиточной смоле для изготовления изоляции электрической машины. Система проводников, вокруг которых предусмотрена основная изоляция. Изоляция пропитана пропиточная смолой, которая является каталитически отверждаемой. Пропиточная смола содержит одну реактивную смолу, смешанную, по меньшей мере, с одним реактивным разбавителем и катализатором отверждения. Пропиточная смола включает в себя имидазоловое соединение, а реактивный разбавитель содержит гетероциклическое четырехчленное кольцо. Изобретение позволяет создавать пропиточную смолу с улучшенными свойствами для системы проводников электрической машины. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к пропиточной смоле, в частности каталитически отверждаемой пропиточной смоле для изготовления изоляции электрической машины, включающей в себя, по меньшей мере, одну реактивную смолу, смешанную, по меньшей мере, с одним реактивным разбавителем и катализатором отверждения в частности для катионной, анионной или координационной полимеризации пропиточной смолы. Кроме того, изобретение относится к системе проводников, а также к электрической катушке и электрической машине с такой системой проводников.

Электрические машины, в частности вращающиеся электрические машины, включают в себя электрическую обмотку внутри пакета сердечника. Эта обмотка состоит из электрических проводников (которые при необходимости уже снабжены первичной изоляцией) и твердых изоляционных материалов в качестве основной изоляции. Без применения дополнительных мер между пакетом сердечника, проводниками и основной изоляцией отсутствует тесная связь, так что возникают зазоры и пустоты. Во время эксплуатации при атмосферных условиях эти области были бы заполнены воздухом. В частности при применениях в диапазоне высокого напряжения это не допустимо, так как электрические частичные разряды разрушили бы изоляцию за самое короткое время. Это приводит к выходу из строя электрической машины.

Для того чтобы образовывать тесное соединение и таким образом вытеснение воздуха, обмотка пропитывается отверждаемой пропиточной смолой или пропиточным лаком. При этом твердые изоляционные материалы могут быть выполнены пористыми, для того чтобы повышать поглощение пропиточной смолы. Примерами этого являются микаленты (слюдяные ленты), изоляционные бумаги или нетканые материалы (полотна).

Для пропитки машин высокого напряжения в уровне техники используются смеси из эпоксидных смол и жидких, циклоалифатических кислотных ангидридов, см. например US 4113791 (A). При этом кислотные ангидриды служат в качестве отвердителя для полиприсоединения к эпоксидной смоле и одновременно уменьшают вязкость, что способствует быстрой и полной пропитке.

Однако кислотные ангидриды являются, как правило, соединениями с сенсибилизирующим действием, в частности при восприятии через дыхательные пути. По этой причине при обращении с кислотными ангидридами обязательно необходимы соответствующие предохранительные меры.

В основе изобретения лежит задача по предоставлению пропиточной смолы с улучшенными свойствами для системы проводников электрической машины.

Согласно изобретению задача решается с помощью пропиточной смолы, в частности каталитически отверждаемой пропиточной смолы для проводников электрической машины, включающей в себя, по меньшей мере, одну реактивную смолу, смешанную, по меньшей мере, с одним реактивным разбавителем и катализатором отверждения, который включает в себя, по меньшей мере, один имидазол или имидазоловое соединение, причем реактивная смола обладает, по меньшей мере, одной функциональной возможностью оксирана (окиси этилена).

Далее согласно изобретению задача решается с помощью системы проводников из нескольких проводников, причем вокруг нескольких проводников предусмотрена основная изоляция, которая пропитана подобной пропиточной смолой. При этом основная изоляция состоит в частности из твердых, пористых изоляционных материалов, как например микаленты, изоляционные бумаги или нетканые материалы.

Кроме того, согласно изобретению задача решается с помощью электрической катушки с подобной системой проводников.

Наконец, согласно изобретению задача решается с помощью электрической машины с подобной системой проводников. Приводимые ниже в отношении пропиточной смолы преимущества и предпочтительные варианты осуществления можно соответственно переносить на систему проводников, электрическую катушку и электрическую машину.

При этом под катализатором отверждения понимается соединение, которое делает возможной катионную, анионную или координационную полимеризацию пропиточной смолы. Могут применяться различные катализаторы отверждения, причем содержание летучих кислотных ангидритов по указанным ранее причинам удерживается настолько низким, насколько это возможно.

В частности в качестве катионных катализаторов отверждения могут использоваться, например органические соли. Например, эти органические соли могут включать в себя такие соединения, как органические аммониевые, сульфониевые, фосфониевые или имидазоловые соли. Так, например 2-бутилен-тетраметиленовый сульфониевый гексафторантимонат является возможным катионным катализатором отверждения.

Металлические комплексные соединения, то есть соединения с одним или несколькими центральными атомами металла, которые имеют координационно-связанные атомы, например органические связанные атомы, могут также дополнительно использоваться в качестве катализатора отверждения, в качестве координационных, катионных или анионных катализаторов отверждения. Металлические комплексные соединения могут быть заряженными или незаряженными и могут содержать соответствующие противоионы.

В качестве анионных катализаторов отверждения наряду с имидазоловыми соединениями используются, например, также третичные амины. В качестве примера здесь следует указать 4,5-дигидроксиметил-2-фенилимидазол и/или 2-фенил-4-метил-5-гидроксиметилимидазол.

По сравнению с известными кислотными ангидридами, использующимися в качестве катализаторов отверждения, указанные здесь катализаторы отверждения имеют то преимущество, что они имеют более низкую влагопоглощаемость и/или менее опасны с точки зрения токсикологии.

Согласно предпочтительному варианту осуществления катализатор отверждения содержится в пропиточной смоле во время пропитки в количестве из диапазона от 0,001 до 10 процентов по весу.

При этом катализатор отверждения может содержаться и в пригодной для длительного хранения пропиточной смоле, и, находясь на хранении в пропитываемом, твердом, пористом изоляционном материале, как например в микалентах, изоляционных бумагах или нетканых материалах.

Вариант осуществления, в котором катализатор отверждения содержится в пористом изоляционном материале, а пропиточная смола хранится без катализатора отверждения, является наиболее предпочтительным, так как благодаря отсутствию катализатора отверждения в пропиточной смоле ее устойчивость при хранении может сильно увеличиваться. Кроме того, особые взаимодействия катализатора отверждения с пористым изоляционным материалом не были выявлены.

В качестве реактивного разбавителя могут использоваться известные, имеющиеся на рынке реактивные разбавители. Например, может также использоваться реактивный разбавитель с гетероциклическим четырехчленным кольцом, например с кислородом в качестве гетероатома, то есть с оксетаном. При этом в качестве примера следует указать 3-этил-3-гидроксиметилоксетан, 3-этил-3-[(2-этилгексилокси)метил]оксетан; и/или 3-этил-3-{[(3-этилоксетан-3-ил)метокси]метил}оксетан.

Реактивный разбавитель может содержаться в количестве, например от 0,01 до 50 процентов по весу, в частности от 0,01 до 10 процентов по весу в пропиточной смоле.

Через количество реактивного разбавителя могут устанавливаться, например реологические свойства пропиточной смолы, так как оксетаны являются причиной низких коэффициентов вязкости пропиточной смолы. Указанные здесь оксетаны вызывают, например также хорошую прочность пропиточной смолы в вакууме, даже при более высоких температурах, так как оксетаны имеют низкую упругость пара.

Предпочтительно пропиточная смола содержит помимо этого, по меньшей мере, один органический и/или неорганический наноразмерный наполнитель. Наночастицы, которые могут также иметься в виде смеси различных наноразмерных наполнителей, улучшают в частности ударную вязкость, характер расслоения, склонность к образованию трещин и стойкость к частичным разрядам отвержденной пропиточной смолы.

Например, в качестве реактивного разбавителя используется 3-этил-3-{[(3-этилоксетан-3-ил)метокси]метил}оксетан в смоле глицидилового эфира, в частности в дистиллированном диглицедиловом эфире бисфинола-Ф (ДГЭБФ). При этом предпочтительно используется количество до 5% реактивного разбавителя в дистиллированном ДГЭБФ.

При этом в тестах могла достигаться температура стеклования отвержденного за 10 часов при 145°C образца, состоящего из 96 процентов по весу дистиллированного ДГЭБФ, 2 процентов по весу 1,2-диметилимидазола и 2 процентов по весу оксетана OXT-221, в 149°C.

Далее преимуществом является то, что пропиточная смола содержит, по меньшей мере, один органический и/или неорганический микроразмерный наполнитель, то есть наполнитель со средним размером частиц в диапазоне микрометра, или микроразмерную смесь наполнителей. Также возможна смесь микроразмерных наполнителей. Такие наполнители вызывают повышение механической прочности.

Согласно предпочтительному варианту осуществления температура окончательного отверждения пропиточной смолы находится в диапазоне от 120°C до 190°C, предпочтительно в диапазоне от 130°C до 170°C. Для этого соответствующие катализаторы отверждения подвергаются реакции с подходящей реактивной смолой.

Такая пропиточная смола предусмотрена для применения в электрических машинах, в частности для вращающихся электрических машин и применений высокого напряжения. При этом реактивной смолой может быть любая реактивная смола с функциональными возможностями оксирана или смесь различных реактивных смол с функциональными возможностями оксирана.

Далее пример осуществления изобретения разъясняется более подробно при помощи чертежа. На нем единственная фигура показывает систему 2 проводников, включающую в себя несколько проводников 4, которые в каждом случае имеют первичную изоляцию 6 (например, из микалент, лака для проволоки, пленки из полиимида). Система 2 проводников расположена в пазе 7 пакета 8 сердечника, раскрытие которого 7 закрыто пазовой заглушкой 10.

Кроме того, паз 7 заполнен основной изоляцией 12. Основная изоляция 12 пропитана пропиточной смолой, которая содержит, по меньшей мере, одну реактивную смолу, смешанную, по меньшей мере, с одним реактивным разбавителем и катализатором отверждения, причем реактивный разбавитель содержит гетероциклическое четырехчленное кольцо. При этом посредством пропиточной смолы воздух в пазе 7 вытесняется. Основная изоляция 12 имеет пористый материал, в частности изоляционный материал, и катализатор отверждения для пропиточной смолы включен в пористый материал.

Система 2 проводников является частью не показанной здесь более подробно электрической катушки. В свою очередь электрическая катушка установлена в электрической машине. Альтернативно система 2 проводников установлена в электрической машине, не являясь частью электрической катушки.

Подводя итог, изобретение относится к пропиточной смоле, в частности к каталитически отверждаемой пропиточной смоле для проводников электрической машины, включающей в себя, по меньшей мере, одну реактивную смолу, смешанную, по меньшей мере, с одним реактивным разбавителем и катализатором отверждения в частности для анионной полимеризации пропиточной смолы, причем для улучшения свойств пропиточной смолы при ее использовании реактивный разбавитель содержит гетероциклическое четырехчленное кольцо. Пропиточная смола является частью основной изоляции 12 системы 2 проводников, которая в свою очередь установлена в электрической катушке или вообще в электрической машине.

1. Система (2) проводников из нескольких проводников, причем вокруг нескольких проводников предусмотрена основная изоляция (12), которая пропитана пропиточной смолой, которая является каталитически отверждаемой пропиточной смолой и содержит, по меньшей мере, одну реактивную смолу, смешанную, по меньшей мере, с одним реактивным разбавителем и катализатором отверждения, причем пропиточная смола включает в себя имидазоловое соединение, а реактивный разбавитель содержит гетероциклическое четырехчленное кольцо.

2. Система проводников по п.1, причем гетероциклическое четырехчленное кольцо является оксетаном.

3. Система проводников по п.2, причем оксетан включает в себя 3-этил-3-гидроксиметилоксетан, 3-этил-3-[(2-этилгексилокси)метил]оксетан; и/или 3-этил-3-{[(3-этилоксетан-3-ил)метокси]метил}оксетан.

4. Система проводников по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что содержание гетероциклического четырехчленного кольца находится между 0,01 процента по весу и 50 процентами по весу, в частности между 0,01 процента по весу и 10 процентами по весу.

5. Система проводников по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что в качестве анионных катализаторов отверждения предусмотрены третичные амины и/или имидазоловые соединения.

6. Система проводников по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что предусмотрен, по меньшей мере, один органический и/или неорганический наноразмерный наполнитель.

7. Система проводников по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что предусмотрен, по меньшей мере, один органический и/или неорганический микроразмерный наполнитель.

8. Система проводников по любому из пп. 1-7, причем основная изоляция (12) имеет пористый материал, и катализатор отверждения для пропиточной смолы включен в пористый материал.

9. Электрическая катушка с системой (2) проводников по любому из пп. 1-8.

10. Электрическая машина, в частности вращающаяся электрическая машина, с системой (2) проводников по любому из пп. 1-8.