精达杨思伟:电机绕组线技术进展及趋势

NE时代

阅读 664   更新于 2021-06-24 09:23:13

我今天汇报的主题是电机绕组线技术进展与趋势,包括四方面,第一精达公司简介,第二漆包线发展历程,第三是特殊应用的漆包线,第四新能源汽车用扁线控制质量。

精达1990年2月建厂,是中国规模最大的特种电磁线生产企业,有17家子公司,1个国家级技术中心,2个国家级绿色工厂,3个CNAS实验室,2002年上市,股票代码600577,目前已形成安徽、广东、天津、江苏四大生产基地。

漆包线的发展随着漆包线漆的发展应运而生,20世纪30年代PVF缩醛漆产生,20世纪50年代直焊性漆聚氨酯(PU)漆产生,聚氨酯最初的130级发展到后来155级及180级聚氨酯,应用范围也从圆线发展到扁线,主要应用于电感线圈上。同样在20世纪50年代,聚酯漆PE漆产生,因其优异的针孔性能,得到广泛的应用,随着技术的进步,经过THEIC改性的聚酯性,热极从最初的130级,发展到155级及180级。

20世纪50年代末美国Dupont公司首先发明了聚酰亚胺漆(PI),但因其需要低温冷藏的特性,它的应用当时受到很多限制,主要应用于核电,高层消防电梯等高要求的场合,到现在它的应用已经扩展到新能源汽车驱动电机上了。

到了20世纪60年代聚酯亚胺PE底漆应运而生,同时60年代中期聚酰胺酰亚胺PAI面漆产生,至此,我们就有了220级漆包线(PAI)和200级复合线(PE或PEI复合PAI)。到了20世纪80年代日本首先发明自润滑漆,改善漆包线的滑性并提高了漆包线的耐磨性能,解决了电机厂因提高绕线速度而造成对漆包线的损伤。

1995年美国Phelps Dodge公司首先发明耐电晕漆包线漆,它是将无机纳米颗粒添加到绝缘漆里面,初期的耐电晕漆属于添加型,无机纳米颗粒比较大,存放时间长了会出现沉淀、分层,也是因为这个特性,造成涂层厚度上不去,漆膜的柔韧性较差,近年来随着技术的进步,变频漆的已经从添加型变成合成型,无机物颗粒也更小,分层问题及漆膜柔韧性也得到很大的改善,应用范围也从圆线扩大到扁线。

下面介绍一下特殊应用的漆包线,主要讲一下漆包圆线,第一类是高速绕线漆包线,随着电机小型化发展,电机槽满率也越来越高,在要求漆包线性能不降低的情况下,降低漆包线外形尺寸。同时,绕线速度快、拉伸大,线包成型要求高,对漆包线上机绕组性能越来越高。能不能通过漆包线的工艺改进或者性能提升,满足客户的实际需求,答案肯定是可以的,我们通过:第一是改善漆膜耐摩性能;第二提高漆包线的滑性,减少行线过程摩擦;第三提高漆膜的柔韧性,拉伸过程中漆膜的弹性不至于损伤或者开裂。通过以上几个措施,漆包线绕线的过程中得到很大的改善,有些要求比较苛刻,精达公司在这方面一直在很好的对应。

其次是环保漆包线,主要生产两大类。第一类是自粘线,公司也开发了不同粘结温度的自粘线(155℃,180℃,200℃及220℃),而且有不同粘接方式(热融,电融及醇融等方式)。第二类是NMP FREE,目前面漆的主要溶剂就是NMP,因其和面漆有很好的相容性,市面上绝大部分面漆绝缘系统溶剂体系很多都是NMP。但是NMP是含氮类的化学物质,也是氮氧化物的主要产生源,为减少少氮氧化物排放,它的兼容性得到了很大的考验。公司和绝缘漆厂联合开发了NMP FREE的绝缘漆,目前这个产品已经得到客户的认证并通过ATF测试,这个产品主要应用到48伏轻混电机上。

超导漆包线,顾名思义它本身本身不但具有超导体的完全抗磁性和宏观量子效应,同时还具有优异的电性能,耐化学性能,主要应用于高能加速器、磁约束核聚变、人体核磁共振成像仪( MRI)、核磁共振谱仪( NMR)等特殊领域。

毛细铜管漆包线,就是在毛细铜管外面涂覆一层绝缘层,目前主要应用于高端冰箱中。冰箱中铝代铜的大背景下,除了毛细铜管以外,其它部件部分已经换成铝质材料,但铜与铝接触会发生原电池反应,导致铜管腐蚀,影响寿命,毛细铜管增加绝缘层后,这个问题得到完美的解决。

毛细铜管漆包线其它可能的应用场景。由于电流的集肤效应,毛细铜管漆包线导体中间是空的,可降低导体使用量,节约成本;同样因为毛细铜管漆包线内部内部是空心,可以采用介质来进行冷却,降低电机温升。

说到新能源汽车就不得不目前比较热门的800V高压电机,因其具容易实现大功率和大扭矩,使车辆加速性好;高效区范围宽 ;同功率下工作电流小,减少线路损失;可以高低压平台兼容,实现产品系列化;充电速度快,更容易实现快充,容易实现大功率和大扭矩,使车辆加速性好等特点,目前各大电机厂都在大力开发800V高压电机。

从漆包线的角度满足800V高压电机的各项性能要求呢,主要分三种实现方式.

(1)提高漆包线的PDIV值:

使漆包线的PDIV值高于电机运行中的过冲电压,保证绝缘不会因为局部放电而发生绝缘损耗现象。高压电机用的漆包线,通常采用PI漆膜,因为P漆膜 的介电常数低, ,因为PDIV和介电常数呈反比关系,介电常越低PDIV值越高。,另外还可以增加漆膜厚度,从而达到提高PDIV值。目前我们可以做到双边面膜厚320um,PDIV可达2300Vp以上。

(2)提高漆包线的耐电晕性能,提高漆膜的寿命

在产生局部放电的情况下,通过提高漆包线的耐电晕性能来增加漆膜的寿命。

它是通过延长破坏通道路径,耐电晕层可以做为放电阻挡层,降低局部放电漆膜侵蚀;有利于空间电荷的扩散,抑制空间电荷的积聚。

(3)兼顾PDIV和耐电晕性能,采用PI+P(A)I耐电晕的涂层,这样漆包线不但具耐电晕性能同时还有高PDIV的特性,目前我司膜厚做到320um常温可以达到2200Vp以上。

新能源汽车驱动电机的另外一个主流方面就是油冷电机。目前驱动电机冷却方式主要为水冷,因电机存在热阻,绕组到机壳存在温度梯度,绕组与磁钢等热源无法直接冷却,导致温度堆积,形成局部热点,油冷电机就能很好的解决这一问题。

耐ATF油试验目前主要有两种,一种是高温耐油实验(150度,2000小时),我们经过,另外是高低温冷热冲击耐有试验(155度40小时,-45度8小时为一个循环,共做8个循环),我们产品经过两耐ATF油试验方法进行的外观良好,电压及耐电这等性能得到很好的保留。在这里要说明一下,因为ATF油品种类及试验中含水量多少对试验结果有很大影响。

如何做好新能源汽车用扁线,产品质量控制很重要,我们分别原材料管控,工装模具,过程管控及产品质量检验等方面来分别说明。

铜杆的控制:现在用的原材料新能源汽车基本上都是无氧铜杆的,我们会定期对铜杆的铜含量及氧含量进行检查,保证铜含量在99.99%以上,氧含量控制在5ppm(国标10ppm)以内,我们采用了进口的拉丝机和涡流探伤仪,保证产品质量合格的裸铜线流入到下一道工序。

绝缘漆的控制,绝缘漆是漆包线生产的两大主要原材料之一,它的产品质量的稳定性,直接决定了漆包线的产品质量的好坏。新的批号绝缘漆到货前我们会要求供应商提供一个小桶漆进行上机试用,我们除了常规的理化指标的检测以外,我们还有通过红外光谱比对,来核对漆成分是否有变化。绝缘漆检测合格后,还会安排试用合格之后才会批量应用,这也是保证我们产品质量稳定性的重要手段。

工装模具,扁线不像圆线,它不但有宽、窄边,还有R角,同时每个产品的宽窄比也不一样,相比较起来控制难度要大很多。但精达有自己的模具公司,可以很迅速地对接客户订单需求。我们不但有先进的线切割、加工中心及检测设备外,而且我们这个涂漆模具很有特点,我们称呼它为自校正模具,它通过模具自身的结构和重量,自动校准行线位置,保证产品质量和一致性。也正是我们自己模具公司的有事,我们紧急对应了客户好几个项目。

过程管控,现有设备可以实现涂漆道次的自由组合,双侧最大膜厚可以做到350um,全程HVC在线测试并自主研发的ERP系统,实现全程的质量追溯。除了HVC在线检测系统以外,我们还配置了扁铜线缺陷监控系统,可以监控缺陷的大小,配合喷墨系统对缺陷进行标记。喷墨系统可以根据客户要求不但可以喷宽边还可以喷窄边,可以根据客户不同需求进行对应。

产品检测:PDIV检测,我们不但配备5KV的的PDIV测试仪,还配备量程在20KV的带专业屏蔽房的PDIV测试设备,不但可以满足自己产品检测需求,同时还可以协助客户进行检测。

同心度是漆包扁线一个重要指标,精达公司配置高被显微镜(2500倍),还有自动研磨机,可以快速出结果。

耐电晕性能检测,我司不但配置方波耐电晕测试仪(155℃,20KHz,±1500v,100ns),还配置可以正弦波的耐电晕测试仪,它同时还可以同时测试高频(3-20KHz)PDIV数据。针对油冷电机,我们也配置了高低温冷热冲击试验,来配置汽车电机的开发。

随着新能源汽车驱动电机的发展,势必带动漆包线技术的进步,精达公司也在时刻准备着,谢谢大家!

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