專利名稱：用于磁導線的自我修復的絕緣體的制作方法
技術領域：
本發明涉及電導體的絕緣覆蓋的形成，特別是在電動馬達中使用的銅導體。如果最初應用的涂層有缺口、破裂或以其他方式經受使其絕緣性能降低的破壞，絕緣覆蓋包括能夠在導線上再生電絕緣涂層的封裝化學物質。
背景技術：
電動馬達通過與靜止構件(定子，最常見地大體類似中空圓筒)和大體圓柱形旋轉構件(轉子，其軸線位于定子的軸線上)相關聯的相反磁場的相互作用進行操作。可以使電流通過電導體來電產生這些磁場中的任意一個或兩個。更通常地，使用多個導體，所述導體被配置為產生它們各自磁場的加性相互作用。當通過在低磁阻材料諸如鐵基合金上進行的規定區域內限制合作導體來成形和調節時，這些磁場相互作用最有效且產生最大馬達扭矩。將理解，導體及其支撐低磁阻結構可以構造成使得它們根據馬達類型構造轉子和定子。成形定子或轉子的磁場的一種常規方式是在關于氣缸軸線徑向布置且沿其長度延伸的多個槽中的其中一個定位合作導體。槽的體積明顯限制了可被容納的電導體的體積，但是，諸如導體形式的其他因素也很重要。例如，具有圓形剖面的隨機纏繞導體通常沒有放置或定位的正方形、矩形或其他側平行的剖面導體更加有效地填充槽剖面。然而進一步限制源自需要使導體回路彼此絕緣且與定子框架絕緣。每個導體涂有電絕緣介質，這有利地將其與鄰近物電隔離，但是增加了導體間隔且因此限制了對于任何給定槽尺寸可使用的導體的數量。因此，應該盡可能地減少隔離厚度。取決于馬達的操作條件和導體的尺寸，涂層厚度可以從大約0.001英寸至大約 0. 010英寸(大約0. 025至0. 25毫米)。這些涂層被設計為賦予到導體的良好附連并且在馬達制造處理結束時展示無裂痕或暴露的導體。但是，在與薄的絕緣涂層聯結的馬達制造期間導體經受的大量處理和加工的組合，可能導致破裂或對涂層的損害。最終，這種損害可能導致絕緣體擊穿，引起相鄰導體之間或導體與定子框架之間的短路，導致需要修復馬達。
因此，有利地是，在主絕緣體性能受損時，絕緣體的介電性能能夠得到恢復。此外，在維修中，所有馬達經受源于感應磁場的相互作用的“自身力”。這些力被施加到馬達的所有載流構件，包括繞組。這些力促進了各個繞組的相對運動，并且導致摩擦或微振磨損，最終導致絕緣體擊穿。通常，作出規定通過將繞組捆綁在一起或通過封裝繞組至少略微硬質材料諸如環氧基樹脂或清漆或兩者的組合)來牢固繞組并防止其相對運動。 然而，力的幅度，特別是，在大電流牽引馬達中，幾乎保證部分導體將發生摩擦。因此，還由于此原因，如果主要絕緣性能受損，則有利的是，自動恢復絕緣體的介電屬性。

發明內容
磁導線電導體可以形成在不同剖面和長度方向形狀中，以用于在電設備中，諸如 線圈，螺線管，變壓器，發電機和馬達。導體常被擠壓以獲得期望的剖面。可以形成長線圈 或短形狀。在其制造的某些階段，導體涂有薄的電絕緣組分(通常為聚合物)液體層，然后被 干燥或固化以獲得適當的電阻水平來防止組裝好的電設備中的短路。然而，通常必須在轉 子或定子上纏繞磁導線，或者以其他方式使其成形以便放置在磁導線支撐體組件中。磁導 線的這種成形可能對硬化的絕緣層施加應力，且產生影響其電阻的小裂紋或其他缺陷。本 發明提供了磁導線的自我修復涂層，能夠修補電絕緣中的這種缺陷。在本發明的實施例中，包含在微囊體中的可聚合材料被分散在適當的通常使用的 絕緣材料中，并通過將磁導線浸沒在分散體中或通過其他適當的導線涂層處理來應用。微 囊體被設計為確保在應用絕緣層期間不會出現微囊體的破裂和可聚合材料的釋放。然而， 微囊體被構建為在絕緣層損壞的情況下破裂。微囊體小于聚合物絕緣層的應用厚度且以充 足的量分散以提供足夠的可聚合修補材料，以封住保護導體的絕緣層中的裂紋或小破裂。可以采用各種封裝，包括在暴露到氧時聚合的亞麻籽油或桐油；在暴露到水或 水蒸氣時聚合的異氰酸酯；以及響應于分開存儲的引發器或交聯劑如胺的異氰酸酯。此外， 至少在這些導線的彎曲制造處理期間可以采用諸如紫外線(UV)光的外部聚合引發器。在 本發明的一些實施例中，當在馬達等的組裝中已經對導線施加應力之后，絕緣涂層可能被 加熱，經受UV輻射等。可能在經過或沒有經過實際絕緣測試的情況下進行這些處理。在電 裝置已被批準使用或投入使用之前，此處理的定時引入受應力且可能損壞的磁導線絕緣層 的自我修復。在本發明的其他實施例中，具有自我修復聚合材料囊體的絕緣材料可以包括 催化劑等，以修補在該設備投入使用之后引起的損壞。意在通過化學結合或通過機械聯鎖將微囊體適當地附接到絕緣體。因此，絕緣體 經歷的且能夠對絕緣體造成損壞的任何機械負荷將被傳遞到囊體，以使囊體破裂且釋放其 容納物。適當的微囊體殼材料是聚氨酯、聚脲、環氧樹脂或包括玻璃的硅酸鹽類材料。可以 使用界面聚合方法產生聚合物殼，使用溶膠凝膠方法產生硅酸鹽類殼。包括聚氨酯、聚脲或 環氧樹脂內殼的微囊體殼結構與玻璃或硅酸鹽外殼的組合也是適合的。優選地，在聚合且永久重塑絕緣層和恢復其絕緣性能之前，微囊體容納物以適于 允許微囊體容納物流動且填充絕緣涂層中的任何破損的速率可流動和聚合。將理解，微囊 體的強度應該與絕緣涂層的強度相當，從而足以劣化絕緣層的絕緣性能的破裂或損壞需要 微囊體破裂。顯然，微囊體的殼強度明顯大于絕緣材料的強度是不可取的，因為微囊體可能 不能響應于絕緣層的損壞而破裂，因此不能在損壞位置處補救絕緣體。使用殼強度明顯小 于絕緣材料的強度的囊體也是不可取的，因為微囊體僅響應于微小變形可釋放且消耗且容 納物，從而危害到后面的更嚴重的變形的補救。因此，囊體應該滿足兩個限制第一，除非破裂囊體限制可聚合材料；第二，相對 于其嵌入的絕緣材料，囊體展現特定強度。可以通過具有包括單材料的殼的微囊體或通過 包括多種殼材料或層的微囊體來滿足這些要求。此外，分散在絕緣膜中的微囊體的數量適 于釋放足夠量的可流動可聚合容納物，以封住或填充絕緣膜中的小裂痕，從而在裂痕處恢 復至少部分絕緣功能。本發明還提供如下方案
1. 一種在電設備中使用的磁導線的長度上形成自我修復電絕緣涂層的方法，所述磁導 線成形并置于所述設備的支撐構件上，并且具有定位成與沿磁導線的所述長度的另一表面 相對或者與另一磁導線的表面相對的表面，所述方法包括
使每個磁導線的這些表面涂覆一層電絕緣材料，所述材料組成為形成與所述磁導線的 所述表面共延的連續電絕緣層，所述絕緣材料還包括電絕緣體前體材料的囊體，所述囊體 小于所述絕緣層的厚度，且具有一定量，以便在裂紋會隨后形成在絕緣層的一部分中處釋 放電絕緣體前體材料；以及其后
成形所述磁導線以放置在所述電設備中，所述成形在所述絕緣層的某個位置處引起機 械應力，所述囊體組成為在應力位置處打破并釋放前體材料，在所述應力位置處，裂紋在絕 緣層中形成，從而減小絕緣層在這些位置處的電阻。2.如方案1所述的方法，其特征在于，所述電絕緣材料被涂覆成溶解于合適的溶 劑中的聚合物溶液，并且在涂覆后，通過暴露到適用于所述溶劑蒸發并且適用于促進所述 聚合物進一步交聯的升高溫度而被處理。3.如方案1所述的方法，其特征在于，通過包括界面聚合的處理來形成所述囊體。4.如方案1所述的方法，其特征在于，通過包括溶膠凝膠反應的處理來形成所述囊體。5.如方案1所述的方法，其特征在于，所述電絕緣體前體材料包括干性油。6.如方案5所述的方法，其特征在于，所述干性油是包括松油、亞麻籽油、桐油、罌 粟油、紫蘇子油和胡桃油的組中的一種。7.如方案1所述的方法，其特征在于，所述電絕緣體前體材料包含異氰酸酯反應基。8.如方案1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層中包含電絕緣體前體材料的囊 體量至少占體積的百分之十。9.如方案1所述的方法，其特征在于，在所述磁導線已經放置在所述電設備之后 并且在所述電設備被批準用于其意在使用之前，施加將任何釋放的前體材料轉換為電絕緣 材料的條件。10.如方案8所述的方法，其特征在于，所施加的條件是包括暴露到紫外線光、暴 露到大約100°C的溫度、暴露到水、暴露到水蒸氣和暴露到含氧大氣的組中的一個。11. 一種適用于成形并放置在電設備中的具有自我修復電絕緣涂層的磁導線，所 述磁導線包括
一長度的電導體，其具有設置成與所述電設備中的另一磁導線表面毗鄰放置的表面， 其中，所述導線沿其長度在一個或多個位置處成形并受機械地應力以便隨后放置在所述電 設備中；
在所述磁導線的所述表面上的電絕緣材料的涂層層，用于將所述表面與鄰近磁導線的 表面電絕緣，所述電絕緣材料包括大體均勻分布的囊體，所述囊體具有包含電絕緣體前體 材料的易碎殼，所述囊體小于所述涂層層的厚度，所述囊體以一定量存在，以便在裂紋會隨 后形成在絕緣層中處釋放電絕緣體前體材料。12.如方案11所述的磁導線，其特征在于，所述導體具有矩形剖面。13.如方案11所述的磁導線，其特征在于，所述囊體的斷裂強度小于但是基本等于所述電絕緣材料的破裂強度。
14.如方案11所述的磁導線，其特征在于，所述囊體殼包括聚合物。
15.如方案11所述的磁導線，其特征在于，所述囊體殼至少部分地附接到所述絕
緣涂層。
16.如方案15所述的磁導線，其特征在于，所述囊體殼化學地結合到所述絕緣涂層。
17.如方案15所述的磁導線，其特征在于，所述囊體殼由所述絕緣涂層至少部分 地滲透以產生所述殼與所述絕緣涂層之間的機械結合。
18. 一種補救在電動馬達的繞組中使用的磁導線的絕緣特性的方法，所述方法包 括
使用涂有并入了多個易碎囊體的電絕緣材料的磁導線制造馬達；所述囊體按照預定比 例被混入，所述囊體包含可聚合電絕緣化合物前體；以及
將馬達繞組暴露到適合于促進通過囊體破裂所釋放的任何可聚合電絕緣化合物前體 的聚合的至少一種條件。
19.如方案18所述的方法，其特征在于，適合于促進聚合的所述條件是暴露到紫 外線(UV)光。
20.如方案18所述的方法，其特征在于，適合于促進聚合的所述條件是暴露到超 過100°C的溫度。


圖1示出用于形成成形磁場的合并纏繞的線圈的馬達轉子。圖2示出適于在馬達定子中使用的發夾式導體的第一示例。圖3示出被布置和排列為將被插入到定子框架中的適于在馬達定子中使用的發 夾式導體的多個第二示例。圖4示出包括定子框架和被組裝到該框架中的多個第三示例的發夾式導體的組 裝好的馬達定子。圖5示出剖面形式的具有絕緣體的一部分磁導線，該絕緣體包括含有聚合材料的 單殼微囊體。圖6示出剖面形式的具有絕緣體的一部分磁導線，該絕緣體包括含有聚合材料的 雙殼微囊體。圖7示出在將磁導線彎曲到足以在絕緣層中導致V形裂紋并足以使微囊體破裂的 程度之后圖5中示出的一部分磁導線以及相關聯的包含微囊體的絕緣層。圖8以剖面形式示出圖7的裂紋的另一部分。在這部分中，裂紋沒有遇到微囊體 且初始地傳播到絕緣體-導線界面。一旦形成，裂紋被部分地填充有位于所視節段之上或 之下的破裂的微囊體(諸如圖7中所示的)所釋放的聚合材料。
具體實施例方式額定值為80HP至170HP的電動馬達單獨使用或者與內燃機一起使用作為汽車中 的驅動馬達日益重要。
這種電動馬達通常采用低電阻導體，通常形式為位于設置在由低磁阻材料制作的 結構中的窄通道中的圓形、方形或矩形剖面導線。銅導體是優選的，但是也可以采用鋁。這 些銅導體，涂有絕緣材料的薄層并更通常地被稱為磁導線，以展開長度被提供給馬達制造 商，且通常被封裝為繞圓柱形卷軸或線軸纏繞的緊湊型線圈。然后，在進行額外處理以制作 適合電動馬達應用的形式之前，從卷軸或線軸解開導線，然后將導線安裝到電動馬達的轉 子或定子中，或者安裝到轉子和定子兩者中。例如，如圖1所示，可以適合于安裝到轉子上的線圈的形式纏繞導線。在此，包括 有層疊堆的轉子10結合有一系列槽12，為了簡明，僅以11部分地示出層疊堆，每個槽12通 過絕緣套管13容納與層疊件11絕緣的大體矩形線圈14的并列腿。到線圈14的電連接(未 示出細節)通常取決于馬達類型通過同軸安裝在軸18上的滑環或換向器或類似設備16來 做出，其中在軸18繞軸線19旋轉時支撐轉子。圖2、圖3和圖4示出的另一方法顯示了使 用短長度的成形和彎曲的磁導線來形成定子中的如在此所述的期望導電路徑。通常被描述 為發夾的這些短長度的導體的示例被顯示為第一示例性發夾20 (見圖2)，第二示例性發夾 20'的復合件30(見圖3)，而第三示例性發夾20"的裝配被示出為插入到包括層疊件44的 裝配件的定子框架42 (見圖4)。當多個發夾20"被焊接在一起以形成連續導電路徑時，它 們形成定子40 (見圖4)。電流路徑的性質并因此連接發夾的模式將取決于馬達的性質，并 且對于AC馬達，取決于其為三相還是三相。對于電動馬達構件制造的這些和其他考慮和方 法對本領域技術人員是公知的。所有馬達制造工藝至少對磁導線施加部分變形。通常，導線將被拉伸和彎曲，對絕 緣膜加強相對大的要求以維持其介電特性。例如，發夾20上的位置15在“XZ平面”中關于 “y軸”經歷了相當大的彎曲，而發夾20上的位置17在在“yz平面”中關于“χ軸”經歷彎 曲。為了參考，未變形的導線將位于“xz平面”中。這是眾所周知的，標準測試和評估程序，其最有名的且引用最多的是由于美國國 家電氣制造商協會或ΝΕΜΑ，已經開發出用于評估磁導線在經受了至少提示的制造過程的處 理之后的性能。例如，在將導線至少延伸了預定量之后，并且對于多數導線計量，還將導線 繞直徑為導線厚度若干倍的心軸纏繞之后，NEMA要求需要對絕緣涂層的可視評估。應該觀 察到沒有裂紋或暴露的導線。然而，由于產生的磁導線和馬達的體積，由目前制造處理導致的磁導線的介電性 能的不足可能發生。在當前實踐中，常見的是，特別是在纏繞線圈的電動馬達中常見的是在 繞組周圍或繞組之間應用和滲入絕緣漆。漆用于補充現有絕緣且用于將機械強度賦予導體 組件，并且可以通過各種方式應用漆，包括通過將馬達構件浸泡在漆池中，通過連續的漆流 在馬達構件上流淌，或者通過真空浸漬。一旦應用，漆被固化，并且雖然在能量和時間上的 重大支出，但是期望的機械強度和電氣絕緣強度全部賦予給繞組。本發明的目的是選擇性地補救在馬達制造或使用期間發生的任何介電缺陷。因 此，如圖5和圖6中的不完全剖面中示意性所示，包含可流動且可聚合的介電材料的微囊體 并入磁導線絕緣體。在此，以剖面形式示出導體的一部分，諸如圖2的發夾20。在圖5中， 導體50涂有薄絕緣層52，薄絕緣層52包含最好是均勻分布的最好具有大體恒定尺寸的微 囊體Μ，每個微囊體包括封裝可聚合材料58的單殼56。在圖6中，導體50示出為涂有薄 絕緣層52，薄絕緣層52再次包含最好均勻尺寸的微囊體64的分布。在此，囊體包括雙殼，一個通常為聚合物，另一個通常為玻璃，共同地示出為封裝了可聚合材料58的66。如圖5 和圖6所示，將理解，所示的示圖描述了穿插了多個微囊體的段，因此顯示了囊體在平面中 的集中。因此，特定區域中諸如圖5中標注的’ A’或圖6中標注的’ B’中微囊體的局部缺 少不應該被解釋為如果在這些位置涂層破裂發生則會不能實現補救。而是如下面更加詳細 的描述，補救將通過位于該段平面外并且位于該段平面之上或之下的微囊體來實現。微囊體至少部分地機械耦接到磁導線絕緣體，從而絕緣體上施加的應力被有效地 傳遞到囊體殼。囊體，在經歷一定預定臨界壓力時，被設計為破裂并釋放其容納物。優選地， 囊體強度將僅略小于絕緣層的破裂應力，從而囊體破裂僅在有限程度上預見膜破裂。在釋 放之后，囊體容納物將聚合，重新形成絕緣層且補救磁導線絕緣體的介電強度的任何缺陷。 適當的封裝物包括桐油或亞麻籽油，在暴露到空氣中時吸收氧以形成過氧化氫物，其然后 分解以產生促進聚合的自由基，從而形成基本上交聯的不飽和聚酯。其他候選封裝物可包 括非自凝聚環氧樹脂；以及將在存在水時聚合的含異氰酸酯樹脂。可選地，含異氰酸酯樹脂 可以被封裝且適當的胺被添加到和合并到絕緣體中，從而異氰酸酯的釋放和暴露到胺將促 進聚合形成。另外，假設可以提供充足的物理接入，可以在具有紫外線光引發劑或不具有紫 外線光引發劑的情況下使用紫外線(UV)光照來引發或觸發聚合。丙烯酸單體和預聚物是 對于與紫外線光聚合一起使用的最可能的樹脂類。電動馬達一般基于與20，000小時運行壽命一致的最高可持續導體溫度被評判 例如，B類馬達被評判為130°C;F類被評判為155°C;H類被評判為180°C。溫度限制通過繞 組上絕緣涂層的耐溫性來設置，因此通常使用的各種絕緣涂層取決于馬達等級。涂層可以 不是均質的，并且包括覆蓋有具有良好機械性能的層的耐熱芯材料的復合涂層，通常為尼 龍，是公知的。一些示例性涂層是對于F類，聚氨酯或聚氨酯尼龍；對于H類，聚酯尼龍。絕 緣層為薄，部分因為使用這些薄涂層，通常為0. 001英寸至0. 010英寸(大約0. 025至0. 25 毫米)，對物理上占據可用體積的導體數量施加最少的限制。可以使用各種方法涂覆涂層，包括應用溶解在適當的溶劑中的單體或聚合物的 溶液，然后高溫暴露以蒸發溶劑并促進聚合或進一步交聯；在擠壓模具中擠壓和涂覆可流 動樹脂材料；電鍍可熱流動和可固化的樹脂。這些方法都不能在絕緣體中引起明顯剪切負 荷，因此所有這些方法與微囊體的引入兼容。可以使用多種方法來制造填充的微囊體。如在本申請中，在微囊體待被填充疏水 性化合物時，一定尺寸范圍內的填充的聚合物(殼)微囊體例如尤其通過界面聚合容易形 成。將多功能單體添加到且溶解到待被封裝的液芯或材料。通常將為多功能異氰酸酯，但 是取決于期望的表面涂層，可以采用其他單體或單體組合。然后，在包含分散劑的水相中將 芯和相關聯的多功能單體分散到期望的滴尺寸，于是，共反應物，通常為多功能胺被添加到 水相。在液滴水相界面處胺和異氰酸酯的反應導致在界面處快速的聚合反應，產生聚脲囊 體殼。聚合物囊體殼會是有益的，在于，在升高的溫度或在溶劑存在時，其可以與絕緣涂 層化學地結合。對于引用的示例性涂層，封裝殼應很好地附連到涂層。例如，聚氨酯(尿烷) 微囊體殼將很好地附連到聚氨酯涂層。另外，由于許多聚氨酯還包括聚酯，因此聚氨酯殼也 可以很好地附連到聚酯涂層。還可以料想環氧樹脂殼與聚酯涂層很好地結合。進一步提出 聚氨酯作為聚酰胺-酰亞胺材料的膠粘劑，因此在這些系統中也可以預期合理的粘合。在促進涂層與囊體之間的有效應力傳遞方面，明顯期望涂層與囊體殼之間形成強結合。然而， 在侵襲條件下，在損壞絕緣膜的情況下，在涂層產品表現出其不能有效增加局部介電強度期間，囊體殼可以溶解掉且釋放囊體容納物。另一可選方法是使用玻璃作為封裝材料。使用玻璃還具有這樣的益處可以賦予囊體更大的殼強度，從而使囊體表現出更大地耐受在處理期間賦予的剪切負荷。對玻璃封裝的適當低溫處理是使用溶膠凝膠處理，包括硅石醇鹽的縮聚和水解，諸如硅酸甲酯_ Si(OCH3)4-以制作透明的氧化物玻璃。例如，硅酸甲酯與鹽酸的組合作為催化劑添加到上述疏水性可聚合化合物亞麻籽油、松油、異氰酸酯和環氧樹脂中任何一個的水乳劑將促進這些化合物的硅石封裝的微囊體的形成。陳化之后，去除多余的溶劑并干燥，可以獲得填充的硅石微囊體。溶膠凝膠處理的特征在于微囊體殼包含直徑為10納米級的非常細的孔，可以促進微囊體容納物的緩慢釋放。因此，對于至少某些候選密封劑，優選地是遵循兩級封裝處理，首先通過例如上述界面聚合處理產生連續聚合物殼，隨后應用第二硅石殼用于加強。除了對微囊體強度的貢獻之外，硅石殼還促進了到絕緣涂層的粘貼。硅石殼的細孔特征可以使得磁導線絕緣材料能夠至少部分滲透到孔并促進微囊體與磁導線絕緣體之間隨后的附接和機械交互。當需要時，這種機械交互在將應力從絕緣體傳遞到微觀粒子且破壞微觀粒子以釋放其容納物方面是有效的。將理解，相比較，微囊體的破裂強度應相對于但是小于絕緣層的破裂強度。在沒有出現囊體破裂及其補救容納物釋放的情況下，顯然，絕緣體的破裂將是無效的，因此，囊體強度應不超過絕緣體破裂強度。相反，如圖2和圖3明確示出，導體經受的變形幅度與位置密切相關。例如，通過參照圖2，位置15處的彎曲受到很大應力；位置17處的彎曲受到比較輕的應力，而發夾20的大部分僅經受伴隨纏繞和解開時的最小變形。當絕緣層的絕緣能力基本完好時在低應力下封裝體的釋放和聚合優先隨后的在導體經受更大應力時的釋放和聚合，因此表現出封裝無效。因此，囊體殼的破裂強度應該基于絕緣膜的強度且例如通過封裝條件的控制選擇殼組分和其厚度來相應地調整。所有三個常用的絕緣應用程序涂有溶解的絕緣體，隨后在高溫加速溶劑蒸發和交聯；熱軟化可流動絕緣體的擠壓；以及粉末涂敷，隨后粉末固結和流動，所有都經過接近 700° F的干燥和/或固化溫度。根據所使用的處理，導線和絕緣體的溫度可以小于此溫度， 但是絕緣體將經受一些明顯的熱劇增。因此，與絕緣體合并的任何微囊體將同樣暴露給高溫，這些可以使囊體容納物充分揮發并且產生大的內部壓力。因此，由于此原因，重要的是控制囊體殼強度，以確保在導線處理期間不出現囊體破裂。 微囊體的大的分數(優選地，體積上不少于大約百分之十，更優選地，大于大約百分之二十)是優選的，以實現合理的補救絕緣膜構建。更優選地，應該使用微囊體的最大體積分數以與處理要求一致。由于具有固體分散物的流體的粘度在體積部分接近百分之六十時隨著體積部分增加而快速增加，因此微囊體的體積可達的實際限制在大約百分之五十。通過圖7的考慮示出加入微囊體的作用，圖7在不完全剖面圖中示出例如由彎曲所形成的部分V形裂紋的示意性表示，部分V形裂紋在從表面傳播時遇到填充的微囊體。因此，在遇到填充的微囊體56中的一個且使其破裂以在釋放其容納物58時產生微囊體殼碎片56’之前，裂紋70部分地傳播通過絕緣層52。將理解，此示圖是剖面圖，并且裂紋70將擴大并進出紙平面。因此，在圖7所示的部分和在傳播的裂紋路徑與微囊體相交的其他部 分中，相對大半徑的微囊體將在鈍化裂紋時有效。然而，其他區域，諸如圖7中紙平面之上 或之下的那些區域可能缺少適當定位的微囊體。在沒有這種微囊體的情況下，裂紋可以傳播完全通過絕緣層52到導體50，如圖8 中的70’所示。然而，一旦釋放，源自圖7的斷裂微囊體的流體容納物58中的一些可以沿 裂紋的范圍流動或者通過毛細作用傳遞，以至少部分地填充整個裂紋長度。流體58將隨后 聚合以形成絕緣層58’，且修補絕緣層52的介電特性。在圖7中，現已聚合的斷裂的微囊體 容納物58’的一部分被示出保留在斷裂的微囊體壁56’內。然而，如圖8所示，隨著源自可 聚合流體58的聚合層58’部分地填充裂紋70’，其有效地恢復絕緣層52的至少部分介電特 性。微囊體的尺寸優選地小于但相當于絕緣層的厚度。通過微囊體的體積分數確定絕 緣層的流動特性。然而，補救的絕緣層厚度通過囊體內包含的可聚合材料的體積來確定。因 此，優選地是，可以最小化歸屬于囊體殼的微囊體容積的比例，因此優選地是囊體尺寸盡可 能大至符合其完全容納于絕緣層中。如上所述，微囊體中可以包含多種可聚合材料。然而，優選地，從可聚合材料形成 的聚合物具有充分高的介電常數以適當地絕緣電設備。此外，優選地是，可聚合材料具有低 粘度，從而容易沿任何裂紋流動且覆蓋任何暴露的絕緣體的全部長度。例如，從圖2可以清 楚看到，絕緣體中的由位置15處的高彎曲應變導致的破裂將沿發夾的厚度延伸。該裂紋因 此會包圍包含了如圖7所示的易斷裂微囊體區域和如圖5中的’ A’所指示和如圖8所示沒 有微囊體的區域。另外，可聚合材料的聚合速率應該足夠慢以使得沿裂紋流動，但是在破壞 絕緣層之后足夠快地快速重建絕緣層的介電屬性。另外，最終，可聚合材料應該優選地至少 使導體和得到的聚合物變濕，并且優選地形成與絕緣層或導體的粘合結合，或者更優選地 形成與絕緣層和導體兩者的粘合結合。可聚合材料的第一示例性種類是“干性油”類，包括松油、亞麻籽油、桐油、罌粟油、 紫蘇子油和胡桃油。這些“干性油”因自然氧化、氧添加到有機化合物經受聚合。因此，被微 封裝的“干性油”在缺乏氧時將不起化學反應，但是在微囊體破裂且暴露到氧(空氣)時，氧 將其自身插入到與這些不飽和脂肪酸內的雙鍵毗鄰的C-H鍵。得到的過氧化氫物易分解， 導致自由基的形成，這樣產生交聯反應，將在相鄰脂肪酸鏈之間形成鍵，以產生通常包括交 聯的不飽和聚酯的聚合物網絡。可聚合材料的第二示例性種類是含異氰酸酯的樹脂(通常被稱為異氰酸酯)。這些 通常不會自凝聚，因此可被穩定地微封裝。另外，可以使用封閉異氰酸酯。這些材料解除封 閉，并通過熱反應變活化。因此，一旦釋放，以一定溫度很短的時間將其解除封閉。然而，當 囊體破裂且異氰酸酯被釋放時，其將與水或大氣濕氣反應形成聚氨酯和二氧化碳，其可以 作為發泡劑生產聚氨酯泡沫。可選地，如果胺可以被納入絕緣層，則胺和異氰酸酯可以與胺 的擴散速率適度的速率反應形成聚脲。可聚合材料的第三示例性種類是環氧樹脂或者通過與第二化合物反應而聚合的 其他化合物。如上所述，示例可以是異氰酸酯、環氧、不飽和聚酯等。當與適當的互補反應物 反應時，這些將形成聚脲，在包含異氰酸酯的樹脂情況下，將形成聚氨酯聚合物；在環氧樹 脂的情況下(也被稱為環氧)，將形成聚醚；以及在不飽和聚酯的情況下，將形成交聯聚酯。第二反應物種，在含異氰酸酯或含環氧樹脂的情況下優選地包括多功能胺或酒精，或者在不飽和聚酯的情況下優選地包括氧化催化劑，可以分散到絕緣層，作為固體或為被微封裝的液體。可以通過加入或通過暴露到紫外線(UV)光促進聚合。因此，在自凝聚不是問題的系統中，類似催化的丙烯酸樹脂，可以考慮重復和加速的聚合程序。例如，在圖2-圖4的發夾式馬達結構中，可以在通過將發夾暴露到UV光而將其彎曲之后促進或加速第一聚合。然后，在插入到馬達構件之后，可以在最終馬達組裝之前通過第二 UV光照射促進第二聚合事件。如在此示例中，假設UV光照射不會觸發被封裝材料的聚合，剩余未激活封裝體將仍可用于補救在維修中會形成的任何絕緣缺陷。 可選地，暴露于適度升高的溫度，例如，大約100°C，在促進聚合方面將是有效的， 但是更高的溫度將促進更快的反應速率且促進更完全的聚合。對于最好地引發熱，可以在絕緣涂層中并入生成過氧化物的自由基例如過氧化苯甲酰或催化劑例如氧化鐵。這些添加物還將有效地加速任何破裂微囊體的容納物的受熱驅動的聚合。因此，在馬達制造過程中的任何期望步驟處暴露到這種溫度，將有效地確保在馬達被維修之前微囊體容納物的聚合以及補救涂層的絕緣特性的任何缺陷。由于電動馬達繞組的工作溫度經常超過100°C，因此，還將迅速發生微囊體容納物的聚合和任何維修的絕緣故障的補救。本文描述本質上僅是示例性的，因此，不脫離本文描述的本質的各種變形意在落入本公開的范圍內。因此，這些變形不被認為脫離本公開的精神和范圍。
權利要求
1.一種在電設備中使用的磁導線的長度上形成自我修復電絕緣涂層的方法，所述磁 導線成形并置于所述設備的支撐構件上，并且具有定位成與沿磁導線的所述長度的另一表 面相對或者與另一磁導線的表面相對的表面，所述方法包括使每個磁導線的這些表面涂覆一層電絕緣材料，所述材料組成為形成與所述磁導線的 所述表面共延的連續電絕緣層，所述絕緣材料還包括電絕緣體前體材料的囊體，所述囊體 小于所述絕緣層的厚度，且具有一定量，以便在裂紋會隨后形成在絕緣層的一部分中處釋 放電絕緣體前體材料；以及其后成形所述磁導線以放置在所述電設備中，所述成形在所述絕緣層的某個位置處引起機 械應力，所述囊體組成為在應力位置處打破并釋放前體材料，在所述應力位置處，裂紋在絕 緣層中形成，從而減小絕緣層在這些位置處的電阻。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電絕緣材料被涂覆成溶解于合適的溶 劑中的聚合物溶液，并且在涂覆后，通過暴露到適用于所述溶劑蒸發并且適用于促進所述 聚合物進一步交聯的升高溫度而被處理。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過包括界面聚合的處理來形成所述囊體。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過包括溶膠凝膠反應的處理來形成所述囊體。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電絕緣體前體材料包括干性油。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述干性油是包括松油、亞麻籽油、桐油、 罌粟油、紫蘇子油和胡桃油的組中的一種。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電絕緣體前體材料包含異氰酸酯反應基。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層中包含電絕緣體前體材料的囊 體量至少占體積的百分之十。
9.一種適用于成形并放置在電設備中的具有自我修復電絕緣涂層的磁導線，所述磁 導線包括一長度的電導體，其具有設置成與所述電設備中的另一磁導線表面毗鄰放置的表面， 其中，所述導線沿其長度在一個或多個位置處成形并受機械地應力以便隨后放置在所述電 設備中；在所述磁導線的所述表面上的電絕緣材料的涂層層，用于將所述表面與鄰近磁導線的 表面電絕緣，所述電絕緣材料包括大體均勻分布的囊體，所述囊體具有包含電絕緣體前體 材料的易碎殼，所述囊體小于所述涂層層的厚度，所述囊體以一定量存在，以便在裂紋會隨 后形成在絕緣層中處釋放電絕緣體前體材料。
10.一種補救在電動馬達的繞組中使用的磁導線的絕緣特性的方法，所述方法包括 使用涂有并入了多個易碎囊體的電絕緣材料的磁導線制造馬達；所述囊體按照預定比例被混入，所述囊體包含可聚合電絕緣化合物前體；以及將馬達繞組暴露到適合于促進通過囊體破裂所釋放的任何可聚合電絕緣化合物前體 的聚合的至少一種條件。
全文摘要
本發明涉及用于磁導線的自我修復的絕緣體，具體地，描述了一種補救磁導線絕緣體的絕緣性能的方法。在電動馬達或其他電設備中使用的磁導線包括通過薄絕緣層覆蓋的導電芯。在制造或維修期間絕緣層可能被破壞或者損壞。描述了一種在絕緣層中并入包括在微囊體中的可聚合材料的方法。當絕緣層經受足以損壞其絕緣特性的情況時，微囊體斷裂且釋放其容納物，其然后聚合并重新建立層的絕緣性能。
文檔編號H01B7/02GK102148069SQ201010601620
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者A·K·薩奇德夫, T·A·佩里, W·R·羅杰斯 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司