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新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用的主要絕緣材料應(yīng)用現(xiàn)狀

電機(jī)技術(shù)及應(yīng)用 ? 來源:電機(jī)技術(shù)及應(yīng)用 ? 作者:電機(jī)技術(shù)及應(yīng)用 ? 2022-08-31 16:01 ? 次閱讀

眾所周知,任何帶電的設(shè)備或機(jī)器,最怕就是漏電和短路。

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(diǎn)課題。

今天我們從頭到尾來看看,新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用的主要絕緣材料應(yīng)用現(xiàn)狀——

01絕緣系統(tǒng)

目前驅(qū)動(dòng)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。

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主要絕緣對(duì)電機(jī)的安全運(yùn)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(shí)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(diǎn)涂敷等。

02耐電暈漆包線

驅(qū)動(dòng)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(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)中,主要使用的是納米粒子改性的H級(jí)(或以上級(jí)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(duì)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(dòng)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。

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耐電暈漆包扁銅線

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)。

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傳統(tǒng)圓形導(dǎo)體定子槽型圖

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矩形導(dǎo)體定子槽形

但耐電暈漆包扁線的4個(gè)“R”角涂覆工藝性差,當(dāng)下應(yīng)用中往往會(huì)出現(xiàn)耐電暈性能下降、性能不穩(wěn)定等痛點(diǎn)問題。

此外,最近部分商業(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。

03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(gè)處理過程大約1個(gè)小時(shí)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(jià)格也比較高,目前還沒有大規(guī)模在國內(nèi)擴(kuò)展。

04柔軟復(fù)合材料

目前主流的非油冷驅(qū)動(dòng)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(jí)耐熱等級(jí),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(gè)“惡性循環(huán)”:為了提升耐油性能,電機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)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(jì)厚度,增加厚度必然會(huì)影響功率密度,從而提升整個(gè)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(shí)興的800V電氣系統(tǒng)的話,上面這些問題會(huì)越來越嚴(yán)重。

審核編輯 :李倩

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原文標(biāo)題:驅(qū)動(dòng)電機(jī)主流絕緣材料應(yīng)用現(xiàn)狀

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