CN108604476A - 具有电机的绝缘件的导体布置 - Google Patents

Abstract

提出电机（100）的导体布置（200）。卷绕导体布置包括：电导体（201），其具有纵向方向（z）并且包括导体表面，电导体包括导电材料；以及用于绝缘电导体（201）的绝缘件，其包括一个或多个绝缘层（202；203）。一个或多个绝缘层（202、203）包括含金刚石层（330），其中含金刚石层（330）包括连续设置的金刚石（320；331；333；340），其具有大于200 nm的金刚石微粒，其中，含金刚石层（330）提供一个或多个绝缘层（202；203）的最高介电强度，和/或其中含金刚石层（330）提供一个或多个绝缘层（202；203）的最高局部放电电阻。含金刚石层（330）包括在体积的0%与5%之间的云母。

Description

具有电机的绝缘件的导体布置

技术领域

本发明涉及电机的导体的领域，具体来说涉及电机的导体的绝缘。本发明还涉及设置在导体上和周围的若干绝缘层。

背景技术

电机（例如电动机或发电机）的电导体被绝缘以用于避免线圈的单绕组之间的接触，而且也用于避免线圈与电动机的其它导电组件（例如电动机的定子）之间的短路。例如，主壁绝缘件（例如云母带和浸渍树脂）在当今用来将全电位的上的导体与地电位上的定子芯绝缘。

当前，所谓的真空压力浸渍（VPI）技术被许多机器制造商所使用和广泛应用。在这个过程中，云母带的层卷绕在导体上。云母带的层用热固树脂来浸渍，并且随后热固化，以得到所谓的主壁绝缘件—最终云母树脂合成物。在马达和小型发电机（<15 kV）的情况下，具有***型卷绕线圈的完整定子在全局VPI过程中被完全浸渍。对于大型发电机，单独（单个VPI）制造和浸渍绝缘的Roebel棒。

使用云母带和树脂浸渍的原理在几乎一个世纪内都尚未改变，并且广为接受，以在复杂导体形状和整体大小上产生主壁绝缘件，例如大型电机的线圈或Roebel棒。当今为了创建完成的定子线圈和Roebel棒，机器人技术的广泛应用已经对于线圈形成、绝缘带绕和合并改进了已知过程。但是，这些绝缘件对于电机具有不良热传导性质。具体来说，已知为用于电机绕组中的云母带具有良好介电强度和局部放电电阻，但是具有不良热导率性质。

由于以热的形式的所产生损耗通常是电机设计的瓶颈，所以绝缘件的低热导率显著贡献了设计限制。对于适合于电绝缘件的许多材料，假定热导率和电导率密切相关，因此电绝缘体也被看作是热绝缘体。这归因于如下事实：与电导率对应的电子的自由移动也被看作是热传导的主要贡献方。

EP1790460A1针对电磁装置（例如马达、发电机等）中的接地壁绝缘件的合成涂层及其制造方法以及从其中得出的制品。

WO99/18030 A2针对高热导率的基于金刚石的合成物（DBC），其具有低电导率，并且说成是提供比现有材料更好的热和机械参数。

发明内容

鉴于以上所述，提供根据权利要求1的导体布置、根据权利要求13的、包括导体布置的电机以及根据权利要求14的电机的导体布置的绝缘层中的金刚石的使用。由从属权利要求、描述和附图，本发明的另外方面、优点和特征是显而易见的。

根据本发明的一方面，提供电机的导体布置（典型地为卷绕导体布置）。该导体布置包括电导体，其具有纵向方向并且包括导体表面，其中电导体包括导电材料。该导体布置还包括用于绝缘电导体的绝缘件，包括至少部分设置在导体周围的一个或多个绝缘层。一个或多个绝缘层包括含金刚石层，其中，含金刚石层包括连续设置的金刚石，其具有在与导体表面大体上平行的方向上大于200 nm的金刚石微粒。此外，含金刚石层提供一个或多个绝缘层的最高介电强度，和/或含金刚石层提供一个或多个层的最高局部放电电阻。含金刚石层包括在体积的0%与5%之间的云母。

一般来说，金刚石能够同时是良好绝缘体和热导体。效果归因于如下事实：金刚石能够通过晶格振动而不是利用电子来传导热（声子传递）。经济上，比基于云母的绝缘件更好的热导率和更高的介电强度能够通过根据本文所述实施例的导体布置来提供。将金刚石用于导体布置的（主）绝缘件允许新电机设计、更高的效率和/或能量密度。同样，电机的新颖热管理方法是可能的，从而使能先前不可达到的性能特性。

根据本发明的另外方面，提供一种具有根据本文所述实施例的任何实施例的导体布置的电机，特别是电动机。

根据又一方面，提供具有表面和径向方向的电导体的绝缘层中的金刚石的使用。金刚石设置在含金刚石层中，其中，含金刚石层包括连续设置的金刚石，其具有在与导体表面大体上平行的方向上大于200 nm的金刚石微粒。含金刚石层包括在体积的0%与5%之间的云母。

本文所述的实施例允许利用极高热导率与比已知的更薄的绝缘层。能够使用新热管理技术，其引起新机器性能等级。由于与采用金刚石绝缘件的热特性有关的改变的状况，电机中的热流能够更为有效地设计。

附图说明

下面文本中将参照附图中示出的优选示范实施例更详细地解释本发明的主题，其中：

图1是电机的线圈的示意图；

图2和图3示出根据本文所述实施例的导体布置的示意正视图；

图4示出根据本文所述实施例的卷绕导体布置的示意透视图；

图5是根据本文所述实施例的、提供有绝缘体的导体布置的示意图；

图6是根据本文所述实施例的、提供有绝缘体的电导体布置的示意局部视图和更详细视图；

图7至图10示出包括根据本文所述实施例的导体布置的含金刚石层的绝缘层的示意图；以及

图11示出根据本文所述实施例的、绝缘导体的方法的流程图。

附图中使用的附图标记及其含意在附图标记的列表中以概括形式列举。原则上，附图中，相同部分提供有相同附图标记。

具体实施方式

根据本文所述的实施例，提供一种导体布置，其特别用于电机中。例如，根据本文所述实施例的导体布置可用于电机、发电机和/或变压器中。典型地，该导体布置可包括卷绕导体。

图1示出作为电机的基本结构中的导体布置的卷绕线圈的示例。电机100包括定子101和转子102。定子101示范地示为具有定子芯105，其例如采用圆柱状形状来提供，并且其被提供有6个卷绕导体106或多匝（例如线圈或绕组）（其连接到电源）。磁转子102（其也可包括卷绕导体，为了简洁起见而在图1中未示出）可适合于绕轴线104（其朝里指向附图页的平面）旋转。通过提供绕组106中的电流，感生磁场。磁转子102可通过由于所生成磁场的极性的原因的磁力在由绕组106所感生的磁场之一的方向上旋转。旋转转子102，直到转子102和绕组106的磁场的相反极性面对彼此。绕组106然后可换向，并且转子102和绕组106的磁极（换向后具有相同极性）彼此排斥。由于转子102与每个绕组106之间的磁力（其相互排斥和吸引）的原因，连续旋转转子102。这样，可实现转子102的旋转移动。技术人员可理解，如本文所提及的电机并不限于图1所示的设计。作为示例，线圈可固定地布置在转子周围。

一般来说，如本文所提及的电机可以是高电压的电机。例如，根据本文所述实施例的电机和导体布置可适合于典型地大于1 kV、更典型地大于大约15 kV以及甚至更典型地大于大约30 kV的额定电压。在一些实施例中，根据本文所述实施例的电机和导体布置可适合于诸如采用大约50 Hz的频率进行工作的马达或发电机的电机。

一般来说，可理解，本发明的实施例不限于附图所示的实施例。更确切地，附图所示的实施例只是示例，例如导体的示例。另外的示例可包括用于电机中以用于生成磁场的其它导体布置。

根据本文所述的实施例，卷绕导体的单股（例如线圈的单导线）可相互隔离。例如，单股或导线可在卷绕到导体布置的卷绕导体之前用隔离材料来涂敷。但是，由于电机中的卷绕导体的应用，还可期望使整个卷绕导体与电机的其它组件（例如磁体、导电材料、电线等）相隔离。下文中，如本文所提及的绝缘可包括导体的单股的绝缘以及整个（卷绕）导体的绝缘。

根据本文所述的实施例，描述电机的导体布置（典型地为卷绕导体布置）。该卷绕导体布置包括电导体，其具有纵向方向并且包括导体表面和导电材料（例如铜、铁、钢等）。该导体布置还包括用于绝缘电导体的绝缘件，其包括至少部分设置在导体周围的一个或多个绝缘层。一个或多个绝缘层典型地包括含金刚石层，其包括连续设置的金刚石，其具有在与导体表面大体上平行的方向上大于200 nm的金刚石微粒。此外，含金刚石层提供一个或多个绝缘层的最高介电强度，和/或含金刚石层提供一个或多个层的最高局部放电电阻。此外，含金刚石层包括在体积的0%与5%之间的云母。

典型地，云母可被理解为硅酸盐材料，特别是层状硅酸盐矿物。云母例如可描述为具有铝和碱金属的复合硅酸盐。云母的一些变种可包含铁、镁、锂、氟、钡、锰和钒。技术人员可理解，云母一般是可例如通过分为柔性和透明薄膜以不同形状和大小来使用的材料。根据一些实施例，云母可以是具有大约110-120 MV/m（例如118 MV/m）的介电强度的硅酸盐材料。云母例如可用作已知***中的导体的绝缘材料。

如本文所使用的术语“大体上”可意味着，可存在与采用“大体上”所表示的特性的某种偏差。例如，术语“大体上平行”指元件的一种布置，其可具有与确切平行布置的某些偏差，例如与平行布置的大约1°至大约15°的偏差。根据一些实施例，术语“大体上圆形”可包括与确切圆形布置的某些偏差，例如圆形元件在一个方向上的延伸与圆形布置的大约1%至大约15%的偏差。如下面所使用的术语例如在表面上“大体上没有孔”可包括单孔，其例如可由于制作缺陷等的原因而存在。

根据本文所述的一些实施例，电导体的纵向方向可被理解为在电导体的最大延伸方向上延伸的电导体的轴线。在提供卷绕导体（例如具有环状形状等的线圈）的情况下，纵向方向可对应于沿卷绕导体的圆周方向延伸的轴线。在一些实施例中，y方向可以是与纵向方向垂直的方向（例如电导体的高度）。x方向也可描述为与纵向方向垂直（例如电导体的宽度方向）。如果提及卷绕导体，则x和y方向两者均可描述为径向方向。根据本文所述的一些实施例，金刚石微粒在与导体表面大体上平行的方向上的延伸可描述为金刚石微粒在x-z平面或者y-z平面中的延伸。

根据本文所述的一些实施例，包括连续设置的金刚石的含金刚石层可被理解为其中金刚石微粒特别经过整个含金刚石层（例如经过含金刚石层的整个厚度）保持相互接触的层。保持相互接触不必要意味着金刚石微粒必须在整个表面之上与其它金刚石微粒相接触，而是在表面的一部分之上的接触，乃至点接触可以是充分的。

在一些实施例中，连续设置的金刚石微粒能够描述为不提供经过含金刚石层的放电路径，尤其是在与导体的纵向方向垂直的方向上。典型地，连续设置的金刚石微粒阻止经过含金刚石层的连续放电路径（与渗透理论相似）。具有连续设置的金刚石微粒的含金刚石层可描述为充当限制电子经过含金刚石层的通道的绝缘体。在一些实施例中，连续设置的金刚石可迫使设法经过的电子继续一种Z字形路径，其可阻碍电子经过含金刚石层，特别是含金刚石层的整个厚度。技术人员可理解，一般来说，含金刚石层或者含金刚石层的表面不必要是非点状的，而是可存在小孔，而没有影响含金刚石层的绝缘体特性和/或没有中断连续设置的金刚石。根据一些实施例，含金刚石层的表面可以是连续封闭金刚石表面。例如，金刚石可作为涂层来提供，其产生连续封闭金刚石表面。下面将详细解释用于形成含金刚石层的不同实施例。

根据一些实施例，如上所提及的含金刚石层可采用纸状结构的形式来提供，其具有连续设置的金刚石微粒的一个或多个层。

本文所述实施例的绝缘层提供相应拓扑，以便例如通过连续表面拓扑来限制电子经过绝缘层的迁移。具体来说，绝缘层的拓扑没有经过绝缘层的孔的短路径，这使得难以跨越以用于放电。为了在绝缘层中限制电子迁移并且迫使电子接受Z字形路径的目的而选择该拓扑。根据本文所述实施例的绝缘层的更高介电强度能够使能更薄绝缘层的使用。包含含金刚石层的绝缘层的减小绝缘件厚度和更高热导率的组合效果还可引起对绝缘***的热导率的扩大积极效果。在一些实施例（其将在下面更详细描述）中，由于含金刚石绝缘层的更低质量而可使用绝缘材料的更薄载体材料。

典型地，金刚石具有与用于电机中的绝缘目的的材料（例如云母）相比更高的介电强度以及高得多的热导率。这允许基于金刚石的绝缘件比基于云母的绝缘件薄得多并且更加导热。具有更高热导率的更薄绝缘件引起更好热管理以及其它活性材料（像铜和铁）的更多空间。

本文所述的实施例可用于利用更高效率和/或能量密度的新颖电机设计。所述实施例由于比例如基于云母的绝缘件更好的热导率以及可能更高的介电应力的原因而引起经济改进。由于更好介电强度（以及因此更小绝缘宽度）和更好热导率，使能新颖电机概念。本文所述的实施例允许将新释放空间用于更多铜或铁和/或允许利用新热管理时机来创建新颖的高效率（更凉运行）和/或高能量密度（在热方面耐受更大电流）电机。

利用根据本文所述实施例的更薄绝缘件与高热导率，能够创建新颖热管理技术，其可引起未知机器性能等级。由于与采用根据本文所述实施例的金刚石绝缘件的热特性有关的改变的状况，电机中的热流设计能够采用先前不可能方式并且采用有效得多的方式进行。

图2、图3和图4示出根据本文所述实施例的导体布置的电导体201的简化示例。简图示出作为以矩形为基础的圆柱的导体。技术人员可理解，如本文所提及的电导体可具有任何合适形状，例如大体上圆形形状上的圆柱、包括若干绕组的卷绕导体等。电导体201（至少部分）被绝缘层203（包括含金刚石层）所包围。例如，电导体201的周边可被绝缘层203所包围，而导体的正面没有被绝缘层203所覆盖。图2示出图4的透视图所示导体的x-y平面中的截面。图3示出另一个实施例，其中电导体201的绝缘件包括两个绝缘层203和202。典型地，绝缘层202和203其中之一可以是根据本文所述实施例的含金刚石层。根据一些实施例，两个绝缘层203和202可具有不同绝缘性质（例如电导率的不同值）。

在图2至图4中示范并简化示出的（一个或多个）绝缘层（特别是（一个或多个）含金刚石层）可采用不同方式来实现，这将在下面详细解释。

根据一些实施例，含金刚石层可通过带来提供。例如，带可包括载体以及载体上的金刚石薄片。图5示出导体布置200，其包括采用带210（其具有用于电绝缘导体的含金刚石层）的形式的绝缘件。图5的示例示出纵向导体，该纵向导体的一段被绘制。图6示出图5的导体布置的放大段。在图5和图6的示例中，导体布置200包括由带210（其卷绕电导体）所覆盖的电导体。图6示出采用带210（其具有重叠部分214、215和216）的形式的绝缘件，其中用于形成绝缘件的带210与先前卷绕的带段重叠。在一些示例中，螺旋卷绕膜的每一绕组可包括一部分，其与导体上或周围已经存在的绝缘体或者带本身的先前段重叠。在一些实施例中，带可以是多层带。另外地或备选地，形成绝缘件的两个或更多膜可例如通过在导体（和/或导体上已经存在的绝缘体）上连续卷绕膜或者通过备选地在导体和/或导体上已经存在的绝缘体上卷绕膜，来螺旋地卷绕在另一个之上。

在一些实施例中，带在卷绕方向W上围绕导体采用螺旋方式来卷绕。典型地，卷绕方向W可大体上对应于导体布置的纵向z方向。

典型地，形成绝缘件的带210包括载体和金刚石薄片（如针对图7详细示出和解释的）。根据一些实施例，金刚石薄片设置在载体上，从而共同形成带。薄片可具有典型地1:5、更典型地1:10以及甚至更典型地1:15的薄片厚度对薄片长度的比率。在一些实施例中，薄片厚度对薄片长度的比率为1:10或更大。薄片长度在导体表面的方向上延伸，并且薄片厚度与薄片长度并且与导体表面垂直地延伸。如在图6的示例的图表中能够看到，薄片长度可以是z-y平面或z-x平面中的薄片的任何延伸，而薄片的厚度可在x方向或y方向上（取决于导体的几何结构，但是在任何情况下都与导体的纵轴垂直）来测量。在卷绕导体的情况下，薄片长度可作为在圆周方向上的薄片的一个延伸来测量，而薄片厚度可在径向方向上来测量。在一些实施例中，带具有典型地小于0.5 mm、更典型地小于0.2 mm以及甚至更典型地小于0.15 mm的厚度。带的厚度可与带的纵向方向（z方向）垂直地测量，并且在图7中示范地示为厚度302。

通过包括含金刚石层的带的实施例，能够提供具有长的寿命和高热导率的绕组绝缘件。由此，带绝缘件可包括采用金刚石薄片和/或金刚石粉末形式的金刚石以及载体。下面将更详细参照使用金刚石粉末的实施例。

如上所述，采用带的实施例还允许采用已知的易于应用的带绝缘技术的更薄且更好热传导绝缘件。可对短期至长期使用采用快速可实现形式来提供金刚石绝缘件的全部益处。基于金刚石的绕组绝缘件指的是通过具有更好热导率和合适介电强度的材料来对先前使用的材料的替代。

图7示出包括根据本文所述实施例的含金刚石层的绝缘层301的示例。绝缘层301包括载体310以及载体310上的金刚石薄片320，如针对图5和图6所描述的。典型地，金刚石薄片320形成根据本文所述实施例的导体布置的绝缘件的含金刚石层330。根据一些实施例，载体310可以是网或膜。在一些实施例中，载体310可包括像（无纺）聚酯网、聚酯膜、玻璃布、无纺玻璃布、聚酰亚胺等的材料。

如在图7中能够看到的，与在对应于大体上垂直于导体表面的薄片的厚度的y方向相比，薄片320在与导体表面大体上平行的z方向上具有更大延伸。如上所述，绝缘层301的含金刚石层没有提供电子经过层的直接路径。例如，电子在期望经过绝缘层时将需要在薄片之间采用Z字形方式移动。结果是与电导体的已知绝缘件相比要高得多的电阻。提供如本文的实施例所述的采用薄片形状的金刚石，能够充分限制经过绝缘件的电子流，例如与具有连续表面（在表面中大体上没有孔）的金刚石层相似。

图8示出根据本文所述实施例的含金刚石层330的示例。即使图8的示例示为没有载体，但是图8的含金刚石层330也可设置在载体（例如以上针对图7所述的载体）上，例如用于形成带。图8所示的实施例通过包括多个金刚石微粒331的金刚石粉末来提供含金刚石层330。典型地，金刚石粉末的金刚石微粒331设置在载体材料332中。技术人员可理解，金刚石粉末的金刚石微粒连续设置在载体材料中，即使图8为了更好的呈现性起见而可示出简化呈现。

根据本文所述的一些实施例，金刚石粉末包括金刚石微粒331，其具有大约200 nm至1 mm的大小。具体来说，金刚石微粒的大小可作为金刚石微粒在任何方向上的直径来测量。根据一些实施例，金刚石微粒的大小作为在导体布置的x、y或z方向的任何一个方向上的直径来测量。在一些实施例中，金刚石粉末的金刚石微粒的大小可与导体表面大体上平行地测量。

图9示出包括根据本文所述实施例的含金刚石层330的绝缘层的另外的示例。在图9所示的实施例中，金刚石块333设置在载体材料332中。典型地，金刚石块具有典型地大约0.5 mm至大约10 cm、更典型地在大约1 mm与大约5 cm之间以及甚至更典型地在大约5 mm与大约5 cm之间的大小。金刚石块的大小可作为金刚石块在x、y或z方向的任何方向上的直径来测量。载体材料332（其中设置金刚石块）可以是与针对图8所述的相同的载体材料。根据一些实施例，可使用金刚石粉末压缩块，特别是作为卷绕导体的槽隙绝缘件。例如，压缩金刚石粉末块是以多种形状可用的，并且能够被施加为作为槽隙绝缘件的固体金刚石粉末块层。

技术人员可理解，不仅金刚石块可用作槽隙绝缘件，而且本文所述的全部实施例都可用于电机中的槽隙绝缘件。

根据一些实施例，含金刚石层还可采用金刚石涂层形式来提供。例如，金刚石涂层可通过气相沉积（例如化学气相沉积或物理气相沉积）、溅射技术等在电导体上形成。将涂覆过程用于提供含金刚石层可允许形成通过化学气相沉积技术所施加的匝间和槽隙绝缘件两者。全金刚石覆盖绕组能够通过直接冷却方法来冷却，从而改进例如机器性能。

图10示出包括根据本文所述的一些实施例的封闭固体金刚石表面340的含金刚石层330。这种封闭表面可通过如上所述的涂覆过程等来实现。含金刚石层330可通过金刚石层在导体材料上或者在导体的匝间绝缘件之上的直接注入来形成。根据本文所述的实施例，金刚石涂层可被看作是大于200 nm的金刚石微粒。

上述实施例的优点指的是更薄且更好的热传导绝缘件，其具有寿命益处的极大潜力。不仅能够使用鉴于金刚石的高介电强度和热导率的益处，而且还能够使用根据本电机寿命角度的潜在“永久”绕组绝缘件。当今，绕组绝缘件寿命通常确定实际电机的寿命。提供有含金刚石绝缘层的导体绕组能够具有强机械保护，其能够将电机的实际寿命延长到极端时间延长。

一般来说，根据本文所述实施例的导体布置的绝缘件的含金刚石层可直接设置在导体表面上。在一些实施例中，绝缘件的含金刚石层可设置在导体上的层之上（例如导体的绕组绝缘件之上）。例如，含金刚石层与导体之间的层可以是中间层。中间层可具有导体的值与含金刚石层的值之间的电导率的值。在一些实施例中，中间层包括金刚石粉末和环氧树脂的混合物，其中中间层的金刚石含量比含金刚石层中的更小。

在一些实施例（其可与本文所述的其它实施例组合）中，含金刚石层的金刚石含量大于体积的65%，尤其大于体积的80%。通过大于体积的65%的金刚石含量（例如通过带、粉末、金刚石块或涂层的上面讨论的实施例之一），电导体的主绝缘件可大体上通过含金刚石层来提供。典型地，含金刚石层内的云母含量小于5%，例如典型地在0%与大约5%之间，更典型地在0%与大约3%之间，以及甚至更典型地在大约0%与大约2%之间。绝缘层（特别是含金刚石层）的绝缘效果在很大部分通过含金刚石层中的金刚石来提供。具体来说，能够说，绝缘件的局部放电电阻部分通过含金刚石层来提供。

根据一些实施例，含金刚石层充当电导体的主绝缘件。典型地，主绝缘件是电导体的绝缘件的局部放电电阻部分。典型地，主绝缘件或者主壁绝缘件用来将全电位上的卷绕导体与地电位上的定子芯相绝缘。典型地，本文所述实施例中提供的绝缘层或含金刚石层配置用于提供电导体的主绝缘件或主壁绝缘件。根据本文所述的一些实施例，要用作电导体的主绝缘件的绝缘件的适用性还尤其取决于纯材料的AC击穿强度和介电性质。

在一些实施例中，导体的绝缘件可包括不同的层，例如具有不同材料性质（例如介电强度、热导率、密度、弹性等）的层。因此，例如通过具有电导体的绝缘件的层之中的最大介电强度和/或电导体的绝缘件的层之中的最高局部放电电阻，含金刚石层可以是最适合实现绝缘效果（以及特别最适合于主壁绝缘件）的绝缘件的层。

根据一些实施例，含金刚石层具有典型地在大约1W/mK与大约50W/mK之间、更典型地在大约3至25W/mK之间以及甚至更典型地在大约5W/mK与10W/mK之间的更大的热导率。典型地，热导率在与电导体的纵向方向大体上垂直的方向上来测量，或者在卷绕导体的情况下在与导体的纵向方向圆周方向大体上垂直的径向方向上来测量。

在一些实施例中，含金刚石层提供典型地在大约50 GΩ与大约150 GΩ之间、更典型地在大约60 GΩ与大约120 GΩ之间以及甚至更典型地在大约80 GΩ与大约120 GΩ之间的电阻值。

根据一些实施例，含金刚石层的性质的值可通过作为整体的含金刚石层来实现。例如，含金刚石层可包括载体材料，其中放置金刚石微粒或块。载体材料可对上述值具有影响。因此，上述值可以是通过整个含金刚石层的平均值。

本文所述的实施例还可以指具有根据本文所述实施例的任何实施例的导体布置的电机，特别是电动机。例如，如图1所示的电机可配备有根据本文所述实施例的导体布置。例如，图1所示的卷绕导体106或多匝（例如线圈或绕组）可至少部分被绝缘件（其包括根据本文所述实施例的含金刚石层）所包围。

根据另外的方面，提供了用于绝缘电机的导体的方法。图11示出方法的实施例的流程图400。在框401中，提供电导体，其中电导体包括表面和径向方向。电导体可由铜等制成。根据一些实施例，电导体可具有任何合适形状，例如配置用于电机中的应用的形状。在一些实施例中，电导体可以是卷绕导体。典型地，电导体可以是如上所述的导体。

框402包括将电导体与一个或多个绝缘层相绝缘。典型地，一个或多个绝缘层之一包括含金刚石层，例如以上实施例中描述的含金刚石层。根据本文所述的一些实施例，含金刚石层包括连续设置的金刚石，其具有在与导体表面大体上平行的方向上大于200 nm的金刚石微粒。金刚石微粒的方向和取向可如以上实施例中所描述的。典型地，含金刚石层提供一个或多个绝缘层的最高介电强度，和/或含金刚石层提供一个或多个绝缘层的最高局部放电电阻。根据本文所述的实施例，含金刚石层包括在体积的0%与5%之间的云母。

如以上详细描述的，含金刚石层中的低云母含量以及特别是高金刚石含量产生大体上通过含金刚石层中的金刚石的布置所提供的绝缘效果。含金刚石层中的金刚石还可描述为负责电导体的绝缘件的层之中的含金刚石层的最高局部放电电阻和/或最高介电强度。

根据一些实施例，提供电导体（特别是卷绕导体）的绝缘层中的金刚石的使用。电导体包括表面和径向方向。金刚石典型地设置在含金刚石层中，该含金刚石层包括连续设置的金刚石，其具有在与导体表面大体上平行的方向上大于200 nm的金刚石微粒，如例如以上详细描述的。根据本文所述的实施例，含金刚石层包括在体积的0%与5%之间的云母。

含金刚石层可特别用于电机绕组的绕组绝缘件中，如例如针对图1所述。使用电机绕组中的金刚石绝缘件是绝缘概念的本质变化，并且使能具有带有长寿命和高热导率的绕组绝缘件的改进。含金刚石层的使用可经由带绝缘件（其由金刚石薄片和/或金刚石粉末所制成）、金刚石层在导体表面上或者在匝间绝缘件之上的直接注入、作为槽隙绝缘件的金刚石粉末压缩块来实现。还针对图5至图10描述含金刚石层的实施例的变体。

通过使用根据本文所述实施例的含金刚石层，能够提供具有巨大潜在寿命益处的更薄且更好的热传导绝缘件。不仅可考虑金刚石的高介电强度和热导率的益处，而且还可考虑从本电机寿命角度的潜在几乎“永久”绕组绝缘件。因此，可开发利用更高效率和/或能量密度的新电机设计。由于更好的介电强度（更小绝缘宽度）和热导率，新颖电机概念通过本文所述实施例来使能。将新释放空间用于更多铜或铁和/或利用新热管理时机，能够开发新颖的高效率（更凉运行）和/或高能量密度（在热方面耐受更大电流）电机。

典型地，金刚石的介电强度为大约2000 MV/m，而云母具有大约118 MV/m。这个差异可导致金刚石层的厚度是具有相同介电强度的对应云母层的1/16.9。因此，中压云母带绝缘件在绕组的两侧上具有2.5 mm厚度。为了简洁起见假定2.5 mm的整个层由云母制成并且计算对应金刚石层厚度，具有0.15 mm的厚度的金刚石层的等效体能够根据本文所述实施例来提供。

换言之，替代一定云母量的金刚石量对于宽度（其还与体积成比例）大约将与16.9x 因子成比例。由于金刚石的密度为3510 kg/m³并且不同云母类型的范围从2700 – 3300kg/m³，所以使用最保守的3510对2700 kg比率，为了替代采用2700 kg/m³密度的一定量云母，将使用公斤数为1/(16.9*2700/3510)的金刚石，其公斤数为大约1/13。

根据一些实施例，金刚石的有益性质产生于金刚石的物理性质。例如，当采用高能粒子来轰击金刚石时，与其它材料（例如云母）不同，材料结构保持为不受影响，并且没有经过材料创建“破坏沟道”。实际上，金刚石将热如此快速地传导离开影响沟道，使得传入能量不能停留在那里以破坏材料结构。

典型地，必须考虑根据本文所述实施例的电机中的绕组的槽隙中的热膨胀的状况。例如，当使用本文所述实施例时，可考虑传导材料与金刚石之间的界面，特别是针对不同热膨胀行为。

即使本发明已经基于一些优选实施例来描述，但是本领域的技术人员应当意识到，那些实施例决不应当限制本发明的范围。在没有背离本发明的精神和概念的情况下，对实施例的任何变更和修改应当处于具有本领域的普通知识和技能的那些技术人员的理解之内，并且因此落入本发明的范围（其由所附权利要求所限定）之内。

附图标记

100 电动机

101 定子

102 转子

104 旋转轴线

105 定子芯

106 卷绕导体

200 导体布置

201 电导体

202、203 绝缘层

210 带

214-216 带的重叠部分

301 绝缘层

302 含金刚石层的厚度

310 载体

320 金刚石薄片

330 含金刚石层

331 金刚石粉末微粒

332 载体材料

333 金刚石块

340 金刚石涂层

400 方法

401-402 框

W 绕组方向

Claims (14)

1. 电机（100）的导体布置（200），典型地是卷绕导体布置，所述导体布置包括：

电导体（201），所述电导体具有纵向方向（z）并且包括导体表面，所述电导体包括导电材料；以及

用于绝缘所述电导体（201）的绝缘件，所述绝缘件包括至少部分设置在所述导体（201）周围的一个或多个绝缘层（202；203），

其中所述一个或多个绝缘层（202、203）包括含金刚石层（330），所述含金刚石层（330）包括连续设置的金刚石（320；331；333；340），所述金刚石具有在与所述导体表面大体上平行的方向上大于200 nm的金刚石微粒，其中，所述含金刚石层（330）提供所述一个或多个绝缘层（202；203）的最高介电强度，和/或其中所述含金刚石层（330）提供所述一个或多个绝缘层（202；203）的最高局部放电电阻；以及

其中所述含金刚石层（330）包括在体积的0%与5%之间的云母。

2. 如权利要求1所述的导体布置，其中，所述含金刚石层（330）的所述金刚石含量大于体积的65%，尤其大于体积的80%。

3.如以上权利要求中的任一项所述的导体布置，其中，所述含金刚石层（330）配置成充当所述电导体（201）的所述主绝缘件，所述主绝缘件是所述绝缘件的局部放电电阻部分；和/或

其中所述含金刚石层（330）的所述表面是连续封闭金刚石表面。

4.如以上权利要求中的任一项所述的导体布置，其中，所述含金刚石层（330）相对于所述纵向方向（z）在所述电导体（201）的径向方向上具有大于1W/mK至10W/mK的热导率。

5.如以上权利要求中的任一项所述的导体布置，其中，所述含金刚石层（330）中的所述金刚石通过下列项提供：

带（210），所述带（210）包括载体（310）以及所述载体（310）上的金刚石薄片（320），其中尤其所述金刚石薄片（320）具有1:10或更大的薄片厚度对薄片长度的比率，其中所述薄片长度在所述电导体（201）的所述纵向方向上延伸，并且其中所述薄片厚度与所述电导体（201）的所述薄片长度和所述表面垂直延伸；

金刚石粉末（331），所述金刚石粉末（331）设置在载体材料（332）中，其中尤其是所述金刚石粉末（331）包括大约200 nm至1 mm的微粒大小；

金刚石块（333），所述金刚石块（333）设置在载体材料（332）中，其中尤其是所述金刚石块（333）具有1 mm至5 cm的大小；和/或

金刚石涂层（340）。

6.如权利要求5所述的导体布置，其中，所述载体（310；332）从由下列项所组成的组中选取：无纺玻璃布、无纺聚酯网、聚酯膜和聚酰亚胺。

7.如以上权利要求中的任一项所述的导体布置，其中，所述含金刚石层（330）作为卷绕所述电导体（201）的带（210）来形成，其中所述带（210）尤其是多层带。

8. 如权利要求7所述的导体，其中，所述带（210）尤其是在与所述电导体（201）的所述纵向方向（z）大体上垂直的方向上具有小于0.2 mm、尤其小于0.15 mm的厚度。

9.如权利要求7至8中的任一项所述的导体布置，其中，所述带（210）在绕组方向（W）上以螺旋方式围绕所述导体（201）卷绕，并且其中所述带（210）尤其以部分重叠方式围绕所述导体（201）卷绕。

10. 如以上权利要求中的任一项所述的导体布置，其中，所述导体（201）是用于HV旋转机器的导体线圈（106）或棒，所述HV旋转机器尤其具有大于1 kV、更典型地大于15 kV以及甚至更典型地大于30 kV的额定电压。

11. 如以上权利要求中的任一项所述的导体布置，其中，所述含金刚石层（330）提供80GΩ至120 GΩ的电阻值。

12.如以上权利要求中的任一项所述的导体布置，其中，中间层（202）设置在所述电导体（201）与所述含金刚石层（203；330）之间，并且其中所述中间层（202）包括金刚石粉末和环氧树脂的混合物，所述金刚石含量比在所述含金刚石层（203；330）中更低。

13.一种具有如以上权利要求中的任一项所述的导体布置（200）的电机（100），特别是电动机。

14. 具有表面和径向方向的电导体（201）的绝缘层（202；203）中的金刚石的使用，其中所述金刚石设置在含金刚石层（330）中，所述含金刚石层（330）包括连续设置的金刚石（320；331；333；340），所述金刚石具有在与所述导体表面大体上平行的方向上大于200 nm的金刚石微粒；

其中所述含金刚石层（330）包括在体积的0%与5%之间的云母。