一種適用于液氫環(huán)境下的電機定子的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于火箭發(fā)動機技術領域，具體涉及一種適用于液氫環(huán)境下的電機定子。
【背景技術】
[0002]新一代運載火箭氫氧發(fā)動機是以液氫和液氧為燃料，具備無毒、無污染、高性價比等優(yōu)點。預冷是低溫推進劑發(fā)動機發(fā)射前的一項重要環(huán)節(jié)，以往發(fā)動機采用的是排放預冷，循環(huán)預冷作為新技術首次應用于新一代運載火箭發(fā)動機。作為循環(huán)預冷的重要單機，循環(huán)泵和電機采用一體化結構，首次應用于我國運載火箭型號，也是新一代運載火箭重點攻關技術之一，具有較高的研究和應用價值。電機是循環(huán)泵的動力元件，驅動循環(huán)泵對發(fā)動機及其輸送管路進行循環(huán)預冷，其轉子長時間浸泡在液氫介質下，工作溫度達_253°C。目前國內沒有適用于液氫環(huán)境的電機產品。
[0003]電機主要包括定子和轉子兩大部分。定子結構設計需重點考慮以下幾個方面:各部分結構及材料能夠耐液氫溫度且與液氫介質不發(fā)生反應；同時氫作為易燃易爆物質，接口部位需具有高密封性和防爆特性。這些因素直接影響著電機的安全性和可靠性。傳統(tǒng)的常溫電機定子從選材、裝配工藝以及結構設計上都不適用于液氫介質。
[0004]本發(fā)明介紹了一種適用于液氫溫度或介質下的電機定子。該定子其結構簡單，絕緣等級高，密封性能好。定子在液氫介質下浸泡不低于48h后仍保持良好的電性能、絕緣和密封性能，且裝配成整機后仍能在低溫環(huán)境下負載累計運行不低于10h。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的目的，針對現(xiàn)有技術不足，提供一種用于液氫溫度或介質下工作的適用于液氫環(huán)境下的電機定子。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:
[0007]—種適用于液氫環(huán)境下的電機定子，包括機殼、定子組件、端蓋、密封圈1、密封圈
I1、密封電連接器、隔離套、堵蓋、引線及壓接體；所述機殼為一端封死的中空圓柱形結構，右側沿圓周方向分布兩個圓柱形腔體，成90°夾角，一個用于密封安裝電連接器，另一個作為二次灌封入口，上設有堵蓋，定子組件設于機殼中空腔內，端蓋設于機殼未封死一端；所述機殼內層沿圓周方向分布有5個圓弧形導流槽和一個鍵。
[0008]所述定子組件包括定子鐵芯和三相繞組，三相繞組繞制在定子鐵芯上的槽中；所述三相繞組采用專用耐電暈復合漆包線；定子組件沿軸向熱套裝入機殼，定子鐵芯外圓與機殼腔體為過盈配合，并采用鍵進行連接固定。
[0009]所述密封電連接器包括密封電連接器殼體、插針及燒結玻璃，其中3根插針通過燒結玻璃固定在密封電連接器殼體中。
[0010]密封電連接器與密封圈I安裝在機殼上，定子組件的三相繞組通過引線與插針連接，引線與插針通過壓接體壓接而成。
[0011]所述隔離套插入定子鐵芯內腔，與定子鐵芯內孔為小間隙配合；所述隔離套與機殼接觸部位為粘接；定子鐵心與機殼采用兩次灌封，灌封膠采用環(huán)氧樹脂；灌封口伸出部位采用聚氨酯類膠體進行第三次灌封。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]1.密封電連接器不僅是傳輸電能的重要元器件，還是外部密封的重要環(huán)節(jié)之一該種電連接器采用玻璃燒結工藝，線簧孔連接方式。電連接器與機殼安裝接口采用軟鋁密封圈，密封面板由金屬插針和燒結玻璃組成，確保結合部位不泄露；
[0014]2.電機定子采用耐低溫材料及工藝，同時對定子腔體進行灌封，膠體能夠承受液氫溫度沖擊，不發(fā)生開裂、破碎現(xiàn)象；
[0015]3.非金屬隔離套不影響電機磁路，能夠減小渦流損耗，降低發(fā)熱，提高效率。與常溫電機相比，該種定子絕緣結構進一步提升了電機的絕緣性能。
【附圖說明】
[0016]圖1定子軸向剖面示意圖
[0017]圖2機殼外形示意圖
[0018]圖3定子組件軸向剖面示意圖
[0019]圖4機殼與定子組件徑向剖面示意圖
[0020]圖5密封電連接器剖面示意圖[0021 ] 圖6密封電連接器安裝示意圖
[0022]圖7隔離套外形示意圖
[0023]圖8定子灌封示意圖
[0024]圖中，1.機殼、2.定子組件、3.端蓋、4.密封圈1、5.密封圈I1、6.密封電連接器、
7.隔離套、8.堵蓋、9.灌封腔體、10.鍵、11.導流槽、12.引線、13.壓接體、21.定子鐵芯、22.三相繞組、61密封電連接器殼體、62.插針、63.燒結玻璃。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖與實施例對本發(fā)明提出的一種適用于液氫環(huán)境下的電機定子進行進一步的介紹:
[0026]如圖2所示，機殼I為中空圓柱形結構，右側沿圓周方向分布兩個圓柱形腔體，成90°夾角，一個用于密封安裝電連接器6，另一個作為二次灌封入口。
[0027]如圖3所示，定子組件2采用耐低溫絕緣材料和工藝。由于電機采用變頻電源進行無傳感器矢量控制，因此三相繞組22采用專用耐電暈復合漆包線，按照一定的規(guī)律繞制在定子鐵芯21上的槽形中。如不采用變頻電源控制，可選用耐低溫的聚酰亞胺漆包線。電機槽絕緣、相間絕緣、層間絕緣、槽楔等材料均選用耐低溫的聚酰亞胺類材料，浸潰漆選用無溶劑浸潰漆，浸漆工藝采用兩遍真空壓力浸漆和一遍普通浸漆，也可增加一遍普通浸漆。
[0028]如圖4所示，將定子組件2沿軸向熱套裝入機殼1，定子鐵芯21外圓與機殼I腔體為過盈配合，并采用鍵10進行連接固定。機殼I沿圓周方向分布有5個圓弧形導流槽11，便于灌封膠流動。
[0029]如圖5所示，密封電連接器6由殼體61、插針62以及燒結玻璃63組成。
[0030]如圖6所示，將密封電連接器6與密封圈I 4安裝在機殼I上，定子組件2的三相繞組22通過引線12與插針62連接，引線與插針通過壓接體13壓接而成。
[0031]如圖8所示，將隔離套7插入定子鐵芯21內腔，隔離套7為圓柱形薄壁結構，如圖7所示，選用耐低溫非金屬材料，如聚酰亞胺類、聚醚醚酮等材料，但不限于此，只要該材料能夠耐低溫沖擊，不與液氫介質發(fā)生反應，且與灌封膠、機殼I材料線膨脹系數(shù)相近，且具有一定的沖擊強度(一般彡78kJ/m2)，都適用于本發(fā)明。隔離套7單邊壁厚約為1_，也可稍作減小，但不應過薄，需具有一定的強度(一般>80MPa)。隔離套7外圓與定子鐵芯21內孔為小間隙配合，防止安裝隔離套時受力擠壓破碎。安裝過程中對隔離套7與機殼I接觸部位進行涂膠，使兩部分粘接牢固。
[0032]如圖8所示，隔離套7固定后，按照圖示位置放置，從上方進行首次灌封，使膠體順著定子鐵芯21齒槽及機殼I內壁上的導流槽11緩慢流入灌封腔體9，直至與隔離套7端面齊平，加熱固化。固化后安裝密封圈II 5和端蓋3。更換擺放位置，將機殼I灌封口朝上，進行二次灌封，灌封膠采用環(huán)氧樹脂類，加熱固化。灌封口伸出部位采用韌性較強的聚氨酯類膠體進行第三次灌封。機殼I上的灌封口根部拐角處應留倒圓角(根據(jù)機殼I厚度確定)，利于膠體流動。
[0033]如圖1所示，灌封完畢后安裝密封圈I 4和堵蓋8，裝配成電機定子。
[0034]定子密封結構。定子密封結構一般包括三個對外密封部位:機殼與端蓋密封部位、機殼與密封電連接器密封部位以及機殼與堵蓋密封部位。三個對外密封結構均采用軟鋁密封圈，也可選用其它耐低溫密封材料。該種結構需在液氫溫度下有效防止電機內部氫氣外泄，經過48h液氫浸泡后進行氦質譜檢漏，表壓0.5MPa壓力下漏率指標不大于10_5Pa -m3/
So
[0035]密封電連接器。密封電連接器不僅是傳輸電能的重要元器件，還是外部密封的重要環(huán)節(jié)之一。該種電連接器采用玻璃燒結工藝，線簧孔連接方式。電連接器與機殼安裝接口采用軟鋁密封圈，密封面板由金屬插針和燒結玻璃組成，確保結合部位不泄露，經過48h液氫浸泡后進行氦質譜檢漏，表壓0.5MPa壓力下漏率指標不大于10-5Pa.m3/s。
[0036]定子絕緣結構。定子絕緣結構主要包括定子組件絕緣結構和定子灌封結構。電機定子采用耐低溫材料及工藝，同時對定子腔體進行灌封，膠體能夠承受液氫溫度沖擊，不發(fā)生開裂、破碎現(xiàn)象。它與定轉子間安裝的非金屬隔離套緊密結合，形成一體，結構穩(wěn)定。非金屬隔離套不影響電機磁路，能夠減小渦流損耗，降低發(fā)熱，提高效率。與常溫電機相比，該種定子絕緣結構進一步提升了電機的絕緣性能，在經過液氫48h浸泡后，用500V兆歐表測量三相繞組與殼體間絕緣電阻大于500ΜΩ。
[0037]采用此種定子結構的電機已通過了 1h的液氫壽命運行試驗，單次工作時間不低于3h。
【主權項】
1.一種適用于液氫環(huán)境下的電機定子，其特征在于:包括機殼(I)、定子組件(2)、端蓋(3)、密封圈I (4)、密封圈II (5)、密封電連接器(6)、隔離套(7)、堵蓋(8)、引線(12)及壓接體(13);所述機殼(I)為一端封死的中空圓柱形結構，右側沿圓周方向分布兩個圓柱形腔體，成90°夾角，一個用于密封安裝電連接器(6)，另一個作為二次灌封入口，上設有堵蓋(8),定子組件(2)設于機殼(I)中空腔內，端蓋(3)設于機殼(I)未封死一端；所述機殼內層沿圓周方向分布有5個圓弧形導流槽(11)和一個鍵(10)。
2.如權利要求1所述的一種適用于液氫環(huán)境下的電機定子，其特征在于:所述定子組件(2 )包括定子鐵芯(21)和三相繞組(22 )，三相繞組(22 )繞制在定子鐵芯(21)上的槽中；所述三相繞組(22)采用專用耐電暈復合漆包線；定子組件(2)沿軸向熱套裝入機殼(1)，定子鐵芯(21)外圓與機殼(I)腔體為過盈配合，并采用鍵(10)進行連接固定。
3.如權利要求1所述的一種適用于液氫環(huán)境下的電機定子，其特征在于:所述密封電連接器(6)包括密封電連接器殼體(61)、插針(62)及燒結玻璃(63)，其中3根插針(62)通過燒結玻璃(63)固定在密封電連接器殼體(61)中。
4.如權利要求2或3所述的一種適用于液氫環(huán)境下的電機定子，其特征在于:密封電連接器(6)與密封圈I (4)安裝在機殼(I)上，定子組件(2)的三相繞組(22)通過引線(12)與插針(62)連接，引線(12)與插針(62)通過壓接體(13)壓接而成。
5.如權利要求1或2所述的一種適用于液氫環(huán)境下的電機定子，其特征在于:所述隔離套(7)插入定子鐵芯(21)內腔，與定子鐵芯(21)內孔為小間隙配合；所述隔離套(7)與機殼(I)接觸部位為粘接；定子鐵心(21)與機殼(I)采用兩次灌封，灌封膠采用環(huán)氧樹脂；灌封口伸出部位采用聚氨酯類膠體進行第三次灌封。
【專利摘要】本發(fā)明屬于火箭發(fā)動機技術領域，具體涉及一種適用于液氫環(huán)境下的電機定子；本發(fā)明提供一種用于液氫溫度或介質下工作的適用于液氫環(huán)境下的電機定子；包括機殼（1）、定子組件（2）、端蓋（3）、密封圈Ⅰ（4）、密封圈Ⅱ（5）、密封電連接器（6）、隔離套（7）、堵蓋（8）、引線（12）及壓接體（13）；所述機殼（1）為一端封死的中空圓柱形結構，右側沿圓周方向分布兩個圓柱形腔體，成90°夾角，一個用于密封安裝電連接器（6），另一個作為二次灌封入口，上設有堵蓋（8），定子組件（2）設于機殼（1）中空腔內，端蓋（3）設于機殼（1）未封死一端；所述機殼內層沿圓周方向分布有5個圓弧形導流槽（11）和一個鍵（10）。
【IPC分類】H02K53-00
【公開號】CN104600959
【申請?zhí)枴緾N201310524334
【發(fā)明人】丁閃, 李冀鵬, 王毅, 秦向明, 班淑梅, 安翼
【申請人】北京精密機電控制設備研究所, 中國運載火箭技術研究院
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2013年10月30日