电绝缘系统

摘要

本发明公开了一种电绝缘系统。所述系统包括导电材料和电绝缘系统。所述电绝缘系统包括层状绝缘带，所述层状绝缘带具有第一层和第二层。所述第一层包括云母纸和在绝缘带的约5wt％至约12wt％范围内的粘合剂树脂。所述第二层包括分散于聚醚醚酮(PEEK)基体中的层状纳米粒子的复合材料。所述第二层层合所述第一层。本发明还公开了一种方法包括在添加或不添加另外的树脂的情况下附接所述第一层和第二层；使用所述层状绝缘带作为用于导电材料的匝绝缘和接地壁绝缘；以及通过真空压力浸渍法用掺入纳米填料的树脂浸渍所述系统，以在所述系统内形成绝缘系统。

权利要求

1.一种用于电机的系统，其包括：

导电材料和电绝缘系统，其中所述电绝缘系统包括层状绝缘带，所述层状绝缘带具有第一层，所述第一层包括云母纸和在所述层状绝缘带的约5wt％至约12wt％范围内的粘合剂树脂；和第二层，所述第二层包括分散于聚醚醚酮(PEEK)基体中的层状纳米粒子的复合材料，其中所述第二层层合所述第一层。

2.根据权利要求1所述的用于电机的系统，其中所述层状纳米粒子包括纳米粘土。

3.根据权利要求1所述的用于电机的系统，其中所述层状纳米粒子包括滑石。

4.根据权利要求1所述的用于电机的系统，其中所述层状纳米粒子具有在约10至约100范围内的纵横比。

5.根据权利要求1所述的用于电机的系统，其中所述第二层包括在所述第二层的约

10wt％至约40wt％范围内的层状纳米粒子。

6.根据权利要求5所述的用于电机的系统，其中所述第二层包括在所述第二层的约

20wt％至约30wt％范围内的层状纳米粒子。

7.根据权利要求1所述的用于电机的系统，其中所述电绝缘系统包括匝绝缘，所述匝绝缘包括所述层状绝缘带。

8.根据权利要求1所述的用于电机的系统，其中所述电绝缘系统包括接地壁绝缘，所述接地壁绝缘为匝与容纳匝的外壳之间的绝缘，所述接地壁绝缘包括所述层状绝缘带。

9.根据权利要求1所述的用于电机的系统，其中所述电绝缘系统还包括与所述导电材料接触的股绝缘。

10.根据权利要求9所述的用于电机的系统，其中所述股绝缘包括在PEEK基体中的层状纳米粒子的复合材料。

11.根据权利要求9所述的用于电机的系统，其中所述层状绝缘带与股绝缘的导电材料接触。

12.根据权利要求11所述的用于电机的系统，其中所述层状绝缘带的所述第一层邻近所述股绝缘的导电材料。

13.根据权利要求1所述的用于电机的系统，其中所述电绝缘系统的至少一部分还包括含有纳米填料的真空浸渍的树脂。

14.根据权利要求13所述的用于电机的系统，其中所述纳米填料在总体真空浸渍的树脂中的量在约0.1wt％至约5wt％的范围内。

15.根据权利要求1所述的用于电机的系统，其中所述导电材料包括铜。

16.一种用于电机的导电材料绝缘系统，其包括：导电材料的股；和

电绝缘系统，所述电绝缘系统包括股绝缘、匝绝缘、接地壁绝缘和真空浸渍的树脂，所述接地壁绝缘为匝与容纳匝的外壳之间的绝缘，其中所述股绝缘包括在PEEK基体中的层状纳米粒子的复合材料，并使所述导电材料的股绝缘；

所述匝绝缘和所述接地壁绝缘包括层状绝缘带，所述层状绝缘带包括：第一层，所述第一层与所述导电材料的绝缘的股接触，并包括云母纸和在层状绝缘带的约5wt％至约12wt％范围内的粘合剂树脂，和第二层，所述第二层包括分散于PEEK基体中的层状纳米粒子的复合材料，其中所述第二层层合所述第一层；且所述真空浸渍的树脂含有纳米填料，所述纳米填料在总体真空浸渍的树脂中的量在约

0.1wt％至约5wt％的范围内。

17.根据权利要求16所述的用于电机的导电材料绝缘系统，其中所述纳米填料具有小于100纳米的平均粒度。

18.根据权利要求16所述的用于电机的导电材料绝缘系统，其中所述纳米填料的至少一部分包含附聚物，且平均附聚物尺寸小于1微米。

19.根据权利要求16所述的用于电机的导电材料绝缘系统，其中所述纳米填料包含硅烷官能团。

20.一种制作导体电绝缘系统的方法，其包括：将云母纸引入粘合剂树脂中，以形成第一层；

将层状纳米粒子引入PEEK基体中，以形成第二层；

通过层合所述第一层和所述第二层而形成层状绝缘带；

将所述层状绝缘带成形为用于导电材料的匝绝缘和接地壁绝缘，所述接地壁绝缘为匝与容纳匝的外壳之间的绝缘，以形成系统；以及通过真空压力浸渍法用掺入纳米填料的树脂浸渍上一步骤形成的系统，以形成导体电绝缘系统。

说明书

电绝缘系统

技术领域

[0001] 本发明通常涉及电绝缘系统。更特别地，本发明的一些实施例涉及电绝缘系统，所述电绝缘系统在中或高电压旋转电机中包括多股多匝导体绕组绝缘和接地壁(ground wall)绝缘设计。

背景技术

[0002] 在使用任何电机时，需要使机器中的导体电绝缘。使用更高的操作电压，则机器中的电绝缘的需要增加。随着脉宽调制(PWM)驱动器的增加使用，电机遭受由绕组绝缘上的更高电应力所导致的过早电气故障，所述更高电应力部分由于在高dV/dt条件下不均匀的电压分布导致。解决绝缘缺陷的一种方式是增加绝缘构造。然而，这可导致大的机器尺寸和差的热传导。因此，需要一种用于高功率应用的更好的绝缘系统，其可使降低电机尺寸成为可能。

[0003] 电机内的另一需要是热能耗散。因此，需要在中或高电压电机中的导热电绝缘体。此外，具有更高机械强度和热稳定性的绝缘系统有时是非常需要的。

[0004] 通常，在电绝缘系统中使用各种环氧树脂、云母带或玻璃纤维。然而，在环氧树脂的浸渍或固化过程中可产生微孔，从而导致差的热传导和局部放电。此外，环氧树脂或纯的聚合物膜的局部放电抗性可能低于某些电机所需。云母带和玻璃纤维可能不具有电机的健全性能所需的机械稳定性。

[0005] 具有聚酯膜的由云母纸制得的云母带显示出良好的带缠品质和高击穿强度。然而，就长期耐电压性而言，由于聚酯膜的差的耐电晕性(corona resistance)，其可能是不足的。具有玻璃纤维的由云母纸制得的云母带已知具有良好的长期耐电压性性能，但可能具有差的带缠品质和较低的介电击穿强度。可通过将导热颗粒添加至粘合树脂而增加云母带的热导率。这特别适于用于热压或压热器过程(autoclave processes)的富含树脂的云母带，但对于用于高功率应用的在真空压力浸渍(VPI)机中使用的云母带可能不好。

[0006] 因此，需要一种中至高电压电机(例如在约4160V至15000V范围内操作的那些)的电绝缘系统的综合方法。

发明内容

[0007] 在一个实施例中，本发明提出了一种系统。所述系统包括导电材料和电绝缘系统。所述电绝缘系统包括层状绝缘带，所述层状绝缘带具有第一层和第二层。所述第一层包括云母纸和在绝缘带的约5wt％至约12wt％范围内的粘合剂树脂。所述第二层包括分散于聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)基体中的层状纳米粒子的复合材料。所述第二层叠层(laminate)于所述第一层。

[0008] 在本发明的另一实施例中，也提出了一种系统。所述系统包括导电材料的股(strands)和电绝缘系统。所述电绝缘系统包括股绝缘、匝绝缘(turn insulation)和接地壁绝缘。所述股绝缘包括在PEEK基体中的层状纳米粒子的复合材料，并使导电材料的股绝缘。所述匝绝缘和接地壁绝缘包括层状绝缘带。所述层状绝缘带包括第一层和第二层。所述第一层包括云母纸和层状绝缘带的约5wt％至约12wt％的粘合剂树脂。所述第二层包括分散于聚醚醚酮(PEEK)基体中的层状纳米粒子的复合材料。在所述绝缘带中，所述第二层叠设(laminates)于所述第一层。所述绝缘系统还包括真空浸渍的树脂，所述真空浸渍的树脂包含在约0.1wt％至约5wt％范围内的纳米填料。

[0009] 本发明的又一实施例包括一种形成绝缘系统的方法。所述方法包括引入云母纸和粘合剂树脂以形成第一层；在PEEK基体中引入层状纳米粒子以形成第二层；通过附接所述第一层和第二层而形成层状绝缘带；将所述层状绝缘带成形为用于系统中的导电材料的匝绝缘和接地壁绝缘；以及使用真空压力浸渍法用掺入纳米填料的树脂浸渍所述系统，以在所述系统内形成绝缘系统。

附图说明

[0010] 当参照附图阅读如下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，在整个附图中，同样的标记表示同样的部件，其中：

[0011] 图1为根据本发明的一个实施例的多股多匝导体的示意图；

[0012] 图2为根据本发明的一个实施例的层状绝缘带的示意性横截面图；

[0013] 图3为根据本发明的一个实施例的使股绝缘的导电材料绝缘的匝绝缘的示意性横截面图；

[0014] 图4为PEEK膜和填充滑石的PEEK膜的耐脉冲性的比较图；

[0015] 图5为PEEK膜和填充滑石的PEEK膜的拉伸模量的比较图；

[0016] 图6为原始的(virgin)和经老化的(aged)PEEK膜的AC击穿电压的比较图；以及[0017] 图7为环氧树脂和填充有层状纳米粒子的PEEK膜的粘度的比较图。

具体实施方式

[0018] 本发明的实施例描述了一种系统，其包括导电材料和围绕所述导电材料的电绝缘系统。

[0019] 本发明的一个或多个具体实施例如下描述。为了提供这些实施例的简明描述，实际实施的所有特征可能没有都在说明书中描述。应了解在任何这种实际实施的开发中，如同在任何工程或设计项目中一样，必须进行许多实施相关的决定以实现开发者的特定目标，如符合系统相关和商业相关的限制，一个实施与另一个实施的特定目标可能不同。此外，应了解这种开发能力可能是复杂且耗时的，但对于具有本公开的益处的本领域普通技术人员而言仍然是设计、装配和制造的常规任务。

[0020] 在如下说明书和如下权利要求书中，单数形式“一种”和“该”包括复数形式，除非上下文明确另外指出。

[0021] 如本说明书在整个说明书和权利要求书中所用，可使用大概的语言来修饰可能变化的任何定量表示，而不会导致其相关的基本功能的改变。因此，由诸如“约”的术语修饰的值不局限于所指出的精确值。在一些情况中，大概的语言可对应于用于测量该值的仪器的精密度。

[0022] 中电压(4kV至15kV)变换器可用于不同应用中，例如风扇、压缩机、泵、混合器、挤出机、风力涡轮机、风洞和水洞(wind and water tunnels)、矿井提升机(winders)、输送机、测试台、用于油气的高速驱动机、用于船舶、军舰和金属工业的驱动机。中电压变换器需要是紧凑的，并具有高效性能和可靠性。广泛可靠的绝缘系统将有助于扩展中电压电机的用途。图1为电气系统10的示意图。系统10包括导电材料12，所述导电材料12用于在中或高电压点之间经过/通过电流。铜、铝、银、金或电的任何其他良好导体可用作导电材料12。导电材料12可为股的形式，其在导电材料12的每个股上具有外绝缘覆盖层，如股绝缘14。通常，股绝缘14包括清漆(vamish)、瓷釉(enamel)化合物或玻璃。在本发明的一个实施例中，用于每个单独的导体12的股绝缘14包括耐电晕纳米复合材料瓷釉(corona resistant nano composite enamel)或挤出涂层。导体12可与聚合物膜熔合，所述聚合物膜填充有矿物或金属氧化物的纳米粒子。

[0023] 所述膜中的所述纳米粒子的粒度可取决于纳米粒子组成而变化。在一个实施例中，聚合物膜中的纳米粒子的平均尺寸在约1nm至约100nm范围内变化。如本说明书所用，纳米粒子的平均尺寸为在粒子成像技术中观察到的粒子的分布，并沿着粒子的最小维度测得。例如，如果粒子具有圆形，则最小维度为球的直径，而如果粒子为“板”形，则最大维度为板的长度，最小维度为板的厚度。此外，“平均”为在成像过程中观察到的粒度的计算平均值，或者为粒子分布曲线的中值。在另一实施例中，介电流体中的纳米粒子的平均尺寸在约5nm至约50nm范围内变化。

[0024] 可将绝缘股聚集在一起，并在机器中以匝16的形式缠绕，具有匝间(匝-到匝)绝缘18(在下文称为匝绝缘18)。因此，匝绝缘18分隔绝缘导体股的组。具有匝绝缘18的导体股12可称为匝绝缘的导体股。匝绝缘18也可称为在不同相组中的相邻线圈之间的相间(相-到-相)绝缘。匝绝缘18的故障可导致匝间(匝-到-匝)电短路。

[0025] 匝绝缘的导体股通常用另一绝缘缠绕，所述另一绝缘将提供与电接地的绝缘。缠绕形式可容纳于外壳20内。许多匝与外壳20之间的绝缘称为“接地壁绝缘”22。系统10的电绝缘系统24通常包括至少三个部段或部分：股绝缘14、匝绝缘18和接地壁绝缘22。

[0026] 匝间短路为变换器驱动的AC机器(例如感应电动机)中的更普遍且可能具有破坏性的电故障中的一种。这些局部故障主要源于绝缘劣化(通过污染或非正常热、机械、电或其他环境应力)，从而产生促进逐渐劣化的热点，并可发展成匝-到-地故障，由此破坏接地壁绝缘22。

[0027] 由于机器的额定电压往往达到更高水平，需要开发增加电势梯度的改进方式而不增加绝缘的厚度。特别地在旋转电机中，匝绝缘作为绝缘带或围绕单独导体的组的外罩形成，所述单独导体已成型为预定形状以形成线圈。匝绝缘进一步由云母带的层制得。云母薄片提供对电晕放电的绝缘抗性，所述绝缘抗性往往随旋转电机的操作电压水平的增加而增加。

[0028] 将氧化铝或二氧化硅的粒子添加至股或匝绝缘的聚合物组合物可有利地用于提高绝缘的耐电晕性，并可进一步改进导体绝缘的热传递特性。

[0029] 在一个实施例中，电绝缘系统24包括具有至少两个层的层状绝缘带30(图1、2、3)。带30的第一层32可包括云母纸和粘合剂树脂。第二层34包括分散于聚醚醚酮
(polyetheretherketone，PEEK)基体中的层状纳米粒子的复合材料。

[0030] 云母通常具有结晶结构，并形成层，所述层可分离或分层为作为云母纸的薄片。这些片为化学惰性的、介电的、弹性的、柔性的、亲水性的、绝缘的、轻质的、反射的、折射的、有弹力的，且不透明性为透明至不透明的。当云母暴露于电、光、湿气和极端温度时，其为稳定的。其作为绝缘体和作为电介质具有优良的电性质，并具有高介电击穿，热稳定直至约500℃，并且耐电晕放电。具体地，云母的不寻常之处在于其为良好的电绝缘体，且同时也是良好的热导体。

[0031] 粘合剂树脂可将云母纸粘合在一起，从而以作为第一层的云母带的形式使用。在一个实施例中，云母带中的粘合剂树脂的量在约2wt％至约10wt％范围内。在一个可选择的实施例中，云母带中的粘合剂树脂的量在约3wt％至约6wt％范围内。

[0032] 在一个实施例中，存在于云母带中的粘合剂树脂可包含纳米填料。纳米填料可包括氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氮化硼、氮化铝、硅酸铝、纳米粘土或滑石。

[0033] 云母的机械性质允许其被切削、冲孔、压印和机械加工至紧公差。云母需要强机械载体(或者“背衬层”)，所述强机械载体提供良好的机械强度以用于云母在中和高电压机器中的应用。因此，云母带的第一层32(图2)的机械耐久性可通过用聚合物膜支撑第一层而得以提高。聚合物膜具有优良的柔性和击穿强度，因此云母带可与膜层合(laminated)以提供用于电线缠绕过程的良好机械强度。然而，通常使用的聚合物膜可在局部放电或电晕的存在下劣化。膜可能腐蚀，并变成绝缘系统24中的薄弱环节。因此，在本发明的一个实施例中，包括PEEK膜的第二层34用作具有云母带的第一层32的背衬(backing)。

[0034] PEEK为玻璃化转变温度为约143℃、且熔点为大约343℃的半结晶热塑性聚合物。PEEK具有优良的耐机械和耐化学性质，所述耐机械和耐化学性质在室温以上良好保持。
PEEK对热降解有高度抗性，且还具有随温度增加的良好热导率。使用PEEK作为云母带的支撑将增加绝缘系统24的热稳定性和电晕稳定性。

[0035] 此外，发明人预期使用纳米结晶矿物填充的PEEK复合材料而不是纯的PEEK膜作为支撑(载体)将提高绝缘带的热传递和耐电压性。在一个实施例中，存在于PEEK膜中的纳米结晶具有层状结构。如本说明书所用，纳米结晶材料的层状结构可通过其晶体结构的基解理能力(basal cleavage ability)进行评价。在任一晶体平面中具有完美或接近完美的基解理的材料通常被认为具有层状结构。在一个实施例中，层状纳米粒子具有在约10至约100范围内的纵横比(aspect ratio)。如本说明书所用，纵横比定义为单个层的长度(最长维度)与厚度(最短维度)的比率。在一个实施例中，纵横比在约20至约100的范围内。

[0036] 纳米粘土和滑石为当PEEK膜用作云母层的载体时可易于嵌入PEEK膜中的层状材料的两个例子。如本说明书所用，纳米粘土为层状矿物硅酸盐(mineral silicates)的纳米粒子。在一个实施例中，连同使用用于绝缘带30的PEEK膜，股绝缘14与填充矿物或金属氧化物的层状纳米粒子的PEEK膜熔合。

[0037] 粘土可为一种或多种粘土矿物的组合，可大部分由页硅酸盐矿物(phyllosilicate minerals)组成。自然界中最大量可得的粘土可包括高岭石(kaolinite)、蒙脱石-蒙脱石类(montmorillonite-smectite)、伊利石(illite)和绿泥石(chlorite)。粘土矿物通常由四面体硅酸盐片(tetrahedral silicate sheets)和八面体氢氧化物片(octahedral hydroxide sheets)构成，四面体与八面体片的比率为1∶1，或四面体与八面体片的比率为2∶1。上述纳米粒子的另一种，滑石，为通常由水合硅酸镁(hydrated magnesium silicate)组成的矿物，并具有单斜或三斜晶系。滑石称为在{001}面上具有完美基解理。

[0038] PEEK膜和层状纳米粒子的复合材料可包含在第二层34的约10wt％至约40wt％范围内的纳米粒子。PEEK复合材料的第二层34中的层状纳米粒子的百分比在约10wt％至约40wt％的范围内，以PEEK和层状纳米粒子的总重量计。在一个实施例中，复合材料可包含在第二层34的约20wt％至约30wt％范围内的层状纳米粒子。

[0039] 绝缘带30的具有云母带的第一层32可设置为邻近电导体材料12。在一个实施例中，第一层32与导电材料12接触，如图3所示。如本说明书所用，“与导电材料12接触”包括与绝缘的导电材料12的物理接触，但不必意指层32与导电材料12电连通。例如，可存在介于中间的电绝缘层，如股绝缘14，因此绝缘带30的具有云母带的第一层32可设置为邻近股绝缘的电导体材料。

[0040] 具有PEEK复合材料的第二层34可与第一层32相邻，从而层合(laminating)第一层32。可使用或不使用粘合剂树脂而层合第一层32和第二层34。在一个实施例中，存在于第一层32中的粘合剂树脂足以结合第二层34与第一层32。在一个实施例中，第一层32直接结合至第二层34，以形成层状绝缘带30。如本说明书所用，“直接结合”暗示第一层32附接至第二层34，而不特别地在两层之间使用任何粘合剂或任何其他材料。

[0041] 在一个可选择的实施例中，可在第一层32与第二层34之间使用少量粘合剂树脂以用于层合。用于层合第一层32与第二层34的粘合剂树脂可与在云母带中使用的粘合剂树脂相同或不同。在一个实施例中，绝缘带30中的粘合剂树脂的量在约3wt％至约10wt％范围内。在一个具体实施例中，绝缘带30中的粘合剂树脂的量在约5wt％至约12wt％的范围内，在一些优选实施例中，所述量在约8wt％至约10wt％的范围内。

[0042] 在一个实施例中，第一层32夹在股绝缘的导体12与第二层34之间。在一个示例性实施例中，第二层34围绕第一层32。如本说明书所用，第一层32由第二层34围绕意指第二层34基本上覆盖第一层32的一个表面。在夹层设置中，第一层32的一个表面可对股绝缘的导体开放，另一相对表面可由第二层34完全覆盖。

[0043] 如本说明书所用，图3中的层的描述用于说明，并可取决于应用而互换。例如，具有PEEK复合材料的层34可与导电材料12或股绝缘的导体相邻，包括云母带的层32可围绕层34。此外，第一层32和第二层34可在其中包括许多亚层，在一个实施例中，在绝缘带30中存在第一层32和第二层34的数个交替的层(图1、2和3)。层状绝缘带30可用作匝绝缘18、接地壁绝缘22或上述两者。

[0044] 在一个实施例中，使用真空压力浸渍法，由具有纳米填料的树脂(掺入纳米填料的树脂)进一步浸渍(impregnated)具有股绝缘14、匝绝缘18(图1、3)和接地壁绝缘22(图1)的绝缘系统。真空压力浸渍过程是本领域已知的，并描述于例如KC Agrawal的由Newnes在2001年10月8日出版的书籍Industrial Power Engineering Handbook(工业电力工程手册)，第9/222-9/224页中。在一个实施例中，真空压力浸渍法用于浸渍整个系统10，使得掺入纳米填料的树脂在整个系统中浸渍。所述浸渍整个系统的方法有时称为“总体真空浸渍(global vacuum impregnation)”法。掺入纳米填料的树脂浸渍变成系统10内的绝缘系统
24的一部分(图1)，从而进一步协助降低系统10中的气隙。在系统10的总体真空压力浸渍中使用的树脂可与连同第一层32中的云母纸一起使用的粘合剂树脂相同或不同(图2和3)。

[0045] 在真空压力浸渍步骤中使用的纳米填料可包括氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氮化硼、氮化铝、硅酸铝、纳米粘土和滑石。将少量的纳米填料添加至粘合剂树脂可改变树脂粘度。

[0046] 这些纳米填料的表面可被官能化。“官能化(Functionalization)”指增加纳米填料表面的反应性的方法。官能化可通过表面涂层或用官能化试剂处理而实现，所述官能化试剂与纳米填料表面上的位点反应，从而增加那些位点的活性。在一个实施例中，纳米填料用硅烷官能团处理，以促进纳米填料与主体树脂的相容性，以便保持如纯的树脂那样低的树脂粘度。

[0047] 纳米填料的平均粒度(平均粒子尺寸)可小于约100纳米，并可进一步小于约50纳米。如本说明书所用，纳米填料的平均尺寸为在粒子成像技术中观察到的粒子的分布，并沿着纳米填料的最小维度测得。此外，“平均”为在成像过程中观察到的粒度的计算平均值。纳米填料可微细分散于粘合剂树脂中。在一个实施例中，纳米填料中的一些可附聚(agglomerated)。纳米填料的附聚的平均尺寸可小于约1微米。

[0048] 通过总体真空压力浸渍法在绝缘系统中浸渍的纳米填料填充的树脂(为简洁起见，“纳米填充的树脂”)可填充绝缘系统24本身中的间隙中的大部分或全部，也可填充导体12与绝缘系统24之间的任何间隙。因此，纳米填充的树脂可在导体12与股绝缘14之间浸渍，在股绝缘14与匝绝缘18之间浸渍，以及在匝绝缘18与接地壁绝缘22之间浸渍。电气系统10中的可能的间隙的一个例子为股绝缘的导体12线圈之间(或者“线圈间隙”)。

[0049] 纳米填料在总体真空浸渍的树脂中的量可在约0.1wt％至约5wt％的范围内，在一些具体实施例中在约0.5wt％至约3wt％的范围内，以树脂和纳米填料的总重量计。相比于通常用于真空浸渍的树脂中的水平，所述纳米填料的量极低。在过去，添加纳米填料，以通过利用纳米填料的相比于树脂材料提高的热导率而增加总体绝缘系统的热导率。因此，出乎意料地发现，相对较低量的纳米填料在该绝缘系统中可为有效的，因为之前的经验似乎显示需要增加量的纳米填料以获得增加水平的热导率。

[0050] 通过在本说明书所述的总体真空浸渍的树脂中使用少量(少于5wt％)的纳米填料而增加绝缘的机制不同于上述的早先利用的纳米填料添加的机制。在升高至固化或烘烤温度的加热过程中，相比于纯的树脂，本说明书所用的树脂中的少量的纳米填料通过降低粘度下降而有助于在线圈间隙中保持树脂。由于低的粘度下降，在固化过程(curing process)中树脂的不利流失(run-off)得以最小化。由于在线圈间隙中增加的树脂填充，减少了气穴，且增加了绝缘的有效热导率。这可产生更好的热传递。另外，纳米填充的树脂增加了耐电晕性，并延长了耐电压性，从而有助于提高系统10的使用寿命。

[0051] 实施例

[0052] 如下实例显示了根据具体实施例的方法、材料和结果，其本身不应被解释为对权利要求书进行限制。所有组分可购自普通化学供应商。

[0053] 对于中电压旋转电机绝缘的应用，测试示例性绝缘带和纳米填充的总体真空浸渍的树脂的可加工性、可制造性、介电性能、可行性和耐湿性和耐H2S/CO2性。

[0054] PEEK膜(AptivTM1000)、矿物填充的PEEK膜(AptivTM1102、AptivTM1103)和具有纳米TM TM填料(Al2O3、TiO2、SiO2)的纯环氧树脂(H类树脂，Epoxylite 、Von Roll 3407)用作用于测试的样品。比较纯环氧树脂(pure epoxy)相对于纳米填充的环氧树脂，以及PEEK膜相对于矿物填充的PEEK膜的AC击穿强度、损耗因子(dissipation factor)和耐脉冲性(pulse endurance)。研究环氧树脂固化特性，如固化起始温度、反应热量、粘度(viscosity)和热稳定性。通过由SEM观察填料结构图像，并确定填料的化学组成，表征矿物填充的PEEK膜。通过在1％H2S、1％CO2、1％CH4和97％N2、5％H2O气氛中测量，比较PEEK膜相对于矿物填充的PEEK膜的耐化学性。

[0055] 当PEEK膜的玻璃化转变温度(Tg)、介电常数和损耗角正切(loss tangent)的频率响应和介电常数与矿物填充的PEEK膜的进行比较时，由于层状纳米粒子的添加，不存在较大可观察到的改变。然而，相比于无任何纳米粒子的PEEK膜(相同厚度)，厚度为约25μtm的滑石填充的PEEK膜的耐脉冲性具有约“3X”的改进，如图4所示。在具有上述厚度的滑石填充的PEEK膜的20％和30％填料浓度之间未观察到显著不同。在1.2kV，20kHz开关频率下，以50％的工作周期和20kV/μs的dV/dt进行耐脉冲性测试。所有测试结果以30％至50％的相对湿度(RH)在STP下收集。上电极为1/4英寸直径的球电极。下电极为4英寸直径的平盘。

[0056] 此外，约50μm厚的滑石填充的PEEK膜的样品与相同厚度的未填充的膜进行比较。观察到在1.6kV脉冲电压下耐脉冲性的大约10X改进，如表1所示，以及高至少30％的热导率，如表2所示，以及拉伸模量(tensile modulus)的约100％增加，如图5所示。存在于膜中的矿物填料为层状结构薄片。因此，矿物填充的PEEK膜(APTIV1102和APTIV1103)的热导率为高度各向异性的。因此，面内(in-plane)(沿着平面)和经平面/穿过平面(through plane)(垂直于膜平面)测量的ASTM E-1461标准热导率值存在差异。

[0057] 表1.

[0058]膜ID 在1.6kV下的失效时间
1000(未填充) 32min
1102(20％)填充 394min
1103(30％)填充 320min

[0059] 表2.矿物填充的PEEK相对于未填充的PEEK的热导率

[0060]热导率 单位 APTIV1000 APTIV1102 APTIV1103
面内 W/(m-K) 0.32 0.91 1.3
经平面 W/(m-K) 0.29 0.43 0.61

[0061] 此外，当在约150℃的温度和约150巴的压力下在腐蚀性气体环境下测试时，相比于未填充的PEEK膜，矿物填充的PEEK膜显示出同样良好的耐化学性。如由图6A和6B可以看出，在腐蚀性环境老化之后，矿物填充的PEEK膜和未填充的PEEK膜两者的AC介电强度均未显示出可观的改变。因此，当滑石填充的PEEK膜结合云母纸用作匝绝缘和接地壁绝缘时，可预期在耐电晕性和热传递改进方面的机器性能提高。

[0062] 使用来自艾伦塔斯公司(Elantas)的EpoxyliteTM006-0841和来自Von Roll的Von RollTM3417作为用于总体真空压力浸渍的树脂，并添加二氧化硅、氧化铝和二氧化钛的纳米材料作为纳米填料。比较不具有和具有纳米填料的树脂。添加的纳米填料的性质列于表3中。

[0063] 表3.

[0064]

[0065] 纳米填料的添加不影响反应热、Tg或热稳定性，但对粘度具有有利影响，如由图7可见。预期对粘度的所述有利影响产生降低的树脂留出(run-out)、减少的气穴和更好的热传递。该性质进一步有助于绝缘系统24的总体电绝缘。

[0066] 尽管本发明的仅某些特征已在本说明书显示和描述，但本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，应理解所附权利要求书旨在涵盖落入本发明的实际精神内的所有这种修改和改变。