[发明专利]具有双绝缘线圈组件的电机

说明书

技术领域

本发明总体涉及包括多个电线圈组件的电机(electrical machine)，和制造该电机的方法。更具体地，公开了一种电机，该电机包括具有用于防止电气故障和提高寿命以及可靠性的多个绝缘层的电线圈组件。

背景技术

在电机的现有技术并且具体地在发电机和电动机的领域中，公知的是使用彼此相对紧密靠近的激励电线圈绕组和非激励铁磁芯元件作为电线圈组件的部件会引起电气故障的风险，例如，线圈绕组与铁磁芯之间的故障或线圈绕组内的匝或层之间的故障。因此，公知的是防止线圈绕组和磁芯产生故障的有效方法的关键是减小这种电气故障的风险，并因此在根据现有技术的发电机、电动机及其它电机中要很好地确定在线圈绕组和磁芯中的一个或两个上使用的传统的电绝缘或介电材料。在用于在干燥使用条件中使用的电机或电动机的这种传统设计中，将树脂或釉(enamel)介电材料涂覆到磁芯，并且将釉介电材料涂覆到线圈绕组的磁线以降低线圈绕组与磁芯之间或线圈绕组内的电气故障的风险。

还公知的是使用电缆用于诸如发电机或电动机的电机的线圈绕组，以提供线圈绕组与磁芯之间和线圈绕组内的绝缘。例如，已经在授予Leijon等人的美国专利No.6,927,505和授予Larsson等人的美国专利No.7,019,429的发电机中显示了使用用于线圈绕组的电缆来允许线圈绕组进行高压操作，这两个专利公开了使用包括用于发电机线圈绕组的聚乙烯和半导体介电绝缘层的电缆。

当将线圈绕组和磁芯暴露给诸如海水的导电和/或化学侵蚀环境时，诸如发电机或电动机的电机中的电气故障的风险会增加。要理解的是在暴露给海水的操作环境中水分子的小尺寸及其与激励线圈绕组周围的电场的相互作用在防止多个公知类型的电击穿和暴露到海水的操作环境中的介电绝缘材料的组合方面产生相当大的挑战。在这种操作环境中耦合的电化学和介电应力导致在传统的电机的磁芯和线圈绕组中都使用的介电绝缘材料的过早老化和电击穿，并且可能会最终导致线圈组件的故障和过早失效。

具体地，用于在诸如海水或化学溶液的导电和/或化学侵蚀环境中受到频繁的浸湿、溅射和/或浸没(全部或部分地)的电机中防止电线圈组件产生故障的公知的设计方法的有效性受到限制。用于保护在浸没场合使用的电机的现有设计方法包括：

-使用诸如油的液体绝缘介质作为导电环境与电线圈组件之间的屏障，从而在液体绝缘介质与周围环境之间产生差压，并且需要依赖密封件以容纳液体绝缘介质，这在长期浸没使用中会被击穿和泄漏，并且产生液体绝缘介质会释放的风险，以及产生随着时间的过去这些密封泄漏或该液体绝缘材料劣化从而电线圈组件的失效的风险。

-使用成熟的密封技术在水密室中隔离整个电机或包括电线圈组件的至少一部分，这仍然存在这种密封的潜在泄漏并且伴随有在长期浸没使用中电线圈组件失效的风险，并且由于水密外壳的体积和复杂性以及需要多种密封技术来进行定期维护而在许多应用中变得不切实际。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决现有技术的一些局限性的、用于在导电和/或化学侵蚀介质中操作的电机中水下使用的电线圈组件。

本发明的另一个目的是提供一种解决现有技术的一些局限性的制造用于在导电和/或化学侵蚀介质中浸没操作的电线圈组件的方法。.

本发明的实施例基于在特定层和结构中使用介电和防水绝缘材料以确保最优化防止包括线圈绕组和磁芯部件的电线圈组被水侵入、电击穿、电气故障和最终失效。根据本发明的一方面，本发明的一些目的可以通过以下方式来实现：提供包括介电绝缘材料的电缆线圈绕组，所述介电绝缘材料包括绕线圈绕组中的激励导电体的整个长度的防水分子屏障材料层，以提供防止故障的电绝缘；以及进一步提供包围磁芯和线圈绕组的多个防水粘合材料层以防止水朝向线圈绕组的磁芯和激励导电体侵入。

本发明的进一步目的是提供一种被构造成用于在导电介质中进行浸没操作的电机，包括至少一个线圈组件，所述至少一个线圈组件具有：至少一个磁芯元件，所述至少一个磁芯元件包括包围所述磁芯元件的至少一个第一介电绝缘层、和包围所述第一介电绝缘层的至少一个防水粘合层；和绕所述磁芯元件的至少一个电绕组，所述电绕组具有：至少一个连续长度的柔性电缆，所述电缆包括中心导电元件和包围所述中心导电元件的至少一个第二介电绝缘层，其中所述第二介电绝缘层包括至少一个防水分子屏障材料；至少一个防水粘合层，所述至少一个防水粘合层被涂覆到所述柔性电缆，以大致包围所述柔性电缆。

另外，电机的至少一个电绕组可以包括多个绕组层，并且每一个绕组层可以包括连续长度的电缆。此外，这些多个绕组层可以在电机中并联连接。