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驅(qū)動電機(jī)主流絕緣材料應(yīng)用現(xiàn)狀
發(fā)布時間:2022-06-11 09:00:03 瀏覽次數(shù):2866次
眾所周知,任何帶電的設(shè)備或機(jī)器,怕的就是漏電和短路。
所謂“外行看熱鬧,內(nèi)行看門道”,絕緣結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的門道,一直是各大主機(jī)廠內(nèi)部不斷探討和研究的重點課題。
今天我們從頭到尾來看看,新能源汽車驅(qū)動電機(jī)用的主要絕緣材料應(yīng)用現(xiàn)狀——
1、絕緣系統(tǒng)
目前驅(qū)動電機(jī)的典型絕緣解決方案一般可分為主要絕緣和次要絕緣,如下圖所示。
主要絕緣對電機(jī)的安全運行至關(guān)重要,包括電磁線絕緣、槽絕緣、相間絕緣、槽楔絕緣、浸漬漆等;
次要絕緣主要起到輔助的絕緣效果,同時為線圈提供機(jī)械支持和保護(hù),包括絕緣套管、綁繩、母線絕緣和焊點涂敷等。
2、耐電暈漆包線
驅(qū)動電機(jī)越轉(zhuǎn)越快、電驅(qū)系統(tǒng)功率密度越來越高,漆包線的性能和質(zhì)量要求勢必越來越嚴(yán)格。
目前,電動汽車驅(qū)動電機(jī)中,主要使用的是納米粒子改性的H級(或以上級別)的耐電暈漆包線。
這種漆包線的漆膜從早期的三涂層,發(fā)展到后來的二涂層。由于三涂層的壽命短、漆膜附著力相對較差,逐漸跟不上要求。
2000年,杜邦開發(fā)了二涂層的耐電暈漆包線,底涂層為納米粒子改性聚酯亞胺耐電暈涂層,面涂層為PAI涂層。
二涂層面世至今,已在驅(qū)動電機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。近年來隨著油冷電機(jī)的崛起,PAI單涂層耐電暈漆包線憑借其耐ATF油、耐高溫等性能,應(yīng)用越來越廣泛。
而我們都知道,選用什么材料、什么技術(shù),都是根據(jù)應(yīng)用主體的技術(shù)不斷變化的,沒有哪種材料是萬金油。
隨著扁線技術(shù)的高速發(fā)展,更高的槽滿率、功率密度讓越來越多的OEM選擇扁線電機(jī)。
但耐電暈漆包扁線的4個“R”角涂覆工藝性差,當(dāng)下應(yīng)用中往往會出現(xiàn)耐電暈性能下降、性能不穩(wěn)定等痛點問題。
此外,近部分商業(yè)應(yīng)用正在使用擠出到漆包線的PEEK材料代替溶劑型浸涂。
3、絕緣浸漬樹脂
電機(jī)定子絕緣處理主要是采用真空浸漬樹脂(VI)和真空壓力浸漬樹脂(VPI),一般來說基體樹脂為高強(qiáng)度高耐熱的改性聚酯或聚酯亞胺。
值得一提的是納米粒子改性技術(shù),通過添加納米無機(jī)粒子,可以提高掛漆效率、耐熱性和耐電暈性能。
說到現(xiàn)狀,近幾年來適應(yīng)繞組通電加熱固化、紫外光固化、旋轉(zhuǎn)滴浸等新工藝的樹脂,也進(jìn)入人們視野。
其中,通電加熱工藝屬于效率較高的新做法,從浸漬到樹脂凝膠幾乎只需要幾分鐘,整個處理過程大約1個小時左右就可以完成。而且可以精確控制掛漆量,填充性能好,不產(chǎn)生樹脂固化廢渣。
但是,通電加熱這種工藝的主要設(shè)備現(xiàn)在還被德國、意大利的外企所掌控,進(jìn)口的價格也比較高,目前還沒有大規(guī)模在國內(nèi)擴(kuò)展。
4、柔軟復(fù)合材料
目前主流的非油冷驅(qū)動電機(jī)槽絕緣、槽楔、相間絕緣主要采用兩層聚芳酰胺纖維紙(如Nomex)和一層PI薄膜復(fù)合,成為一種柔軟的復(fù)合材料。
這種絕緣材料具有H級耐熱等級,且成本更低,所以得到了普遍應(yīng)用。但其耐電暈和耐ATF油的性能稍差。
隨著油冷電機(jī)的普及,這樣不耐油的柔軟材料開始力不從心,容易產(chǎn)生分層現(xiàn)象,從而降低絕緣性能。
這就帶來了一個“惡性循環(huán)”:為了提升耐油性能,電機(jī)開發(fā)設(shè)計時會采用耐油性更好的單層厚型聚芳酰胺纖維紙;
但這種材料的電氣性能比較差,為了提升絕緣性能,又必須增加材料設(shè)計厚度,增加厚度必然會影響功率密度,從而提升整個電機(jī)的制造成本。
這還只是油冷電機(jī),如果再加上當(dāng)下時興的800V電氣系統(tǒng)的話,上面這些問題會越來越嚴(yán)重。