技术贴：新能源行业对电磁线的技术需求趋势【SMM铜峰会】|天天观热点
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SMM4月26日讯：在SMM主办的2023SMM（第十八届）国际铜业峰会-铜杆线发展论坛上，先登高科电气股份有限公司总工程师林熙云就新能源行业对电磁线的技术需求趋势进行了讲解。他主要从新能源电机绕组基本要求、800V平台驱动电机扁线要求、漆包扁线的技术发展趋势和1000V以上驱动电机绕组线的解决思路等方面进行了详细介绍。
(资料图)
新能源电机绕组基本要求
新能源汽车驱动电机和普通的工业电机有几点不同：
1、乘用车的空间有限，电机体积太大会占用有效荷载空间，重量太重影响荷载能力和续航里程，所以要求驱动电机的体积越小越好；
2、新能源驱动电机要更加高效节能，所以必然要采取PWM调制的变频器驱动，而且频率越来越高，要求绝缘具备足够的耐高频脉冲能力；
3、对线路损耗非常敏感，驱动电压不断提升，要求绝缘具备足够的耐高压能力；
4、汽车运行环境是不断变化的，时刻处于额外震动、湿热、高低温冲击，并且经常有过载情况发生，要求绝缘具备优异的耐高温和抗过载能力。
以上是新能源驱动电机的主要特征，不同结构的设计可能带来对电机绝缘的特殊要求，比如耐油、耐水、耐焊接等。
驱动电机轻量化
1、扁平化
2、减小绝缘厚度
3、减小导体R角（层数越多，第2，3项影响越大）
可靠性——击穿电压：
对于圆形导线的绕组，通常是散嵌的方式装入铁芯，每匝线在槽里随机分布，存在首末匝直接接触的可能性，所以匝间电压可能等于或接近额定电压。500V以内的电机主绝缘导线的匝间耐压设计，从可靠性考虑，需要到寿命终点时，应至少达到2x500V=1000V，由于在寿命终点时，耐压能力约为初始值的十分一，所以要求绕组线的初始击穿电压应高于10000V。对应IEC标准的加厚漆膜（Grade III）漆包线，其高温电压的要求是≥5700V，要稳定保持击穿电压高于10000V，至少需要超厚漆膜（Grade IV）的漆包线，在早期的生产工艺条件下，超厚绝缘的漆包线在加工上难以保证一致性，所以某日企采取在漆包线上增加挤塑涂层的方案，使绝缘厚度达到0.4以上，单侧耐压超过1万伏，实现了高压驱动电机。
可加工性——焊接性：
不同的涂层对应不一样的焊接工艺，漆膜的交联固化需要为焊接留有足够裕度，防止焊接起泡、碳化。
TIG焊必须采用无氧铜
激光焊接优先采用无氧铜，也可有选择地选用低氧铜
电阻焊、超声波焊接等可以用低氧铜
800V平台驱动电机扁线要求
I型绝缘：要求在整个寿命周期无局部放电；未进行耐电晕改性的涂层在发生局部放电后寿命急剧缩短。
IEC 60034-18-41论述，I型绝缘结构通常用于额定电压700V以下，具有散嵌绕组的旋转电机。
不考虑绝缘老化，非耐电晕漆包圆线用于I型绝缘时，400V以下风险较小（过冲电压按1.5x）。
800Vx1.5=1200V，PDIV rms（有效值）应高于1200 V.（减小变频器到电机的电缆长度，可以有效抑制过冲电压——多合一系统）
II型绝缘：在整个运行寿命期间绝缘结构的任一部分经受局部放电。
IEC 60034-18-42论述，II型绝缘结构通常用于额定电压700V及以上且具有成型绕组的旋转电机。
根据GB/T 22720.2-2019标准描述，如果匝间绝缘在1.5xUturn条件下无局部放电，可以认为匝间绝缘鉴定合格。
不同工艺的比较：
绕包：漆包+亚胺薄膜+（玻璃丝包）
挤塑：特氟龙、Peek等
漆包：AI耐电晕、PI+AI耐电晕、PI耐电晕等
提高PDIV，使其高于正常运行电压，耐电晕涂层抵抗过冲电压产生的局部放电。
PEEK在新产品的初代起了至关重要的作用，优异的耐油水性能、耐热性和柔韧性（可加工性），可以完全满足油冷驱动电机的特殊要求。在产品迭代过程中，PEEK材料高昂的成本、低附着性，材料稳定性，以及与浸渍漆的不相容性（难附着），都需要解决。
漆包扁线的技术发展趋势
1）超厚漆膜的可靠性
2）高耐压的技术指标
3）偏心度
提高可靠性
1、涂层均一性（偏心度)=涂层厚度最大值与最小值的比值（采用截面显微测试法）
4）柔韧性和附着性
1、柔韧性可加工性：极限弯曲能力可以改善发卡（Hair-pin）的端部长度；防止在整形时漆膜局部受力开裂。
改善柔韧性的途径：a. 采用高柔韧性漆包线漆，如聚酰亚胺、改性聚酰胺酰亚胺等作为主涂层，复合高柔韧性聚酯亚胺等；b. 选择合适的固化程度，通常较低的固化程度可以改善柔韧性；c. 用发卡成型机模拟客户成型情况，快速确定工艺条件。2、附着性可加工性：防止在整形时漆膜局部受力开裂；防止端部漆膜发生回缩。
改善附着性的途径：a. 采用高附着性底漆，如高附着改性聚酰胺酰亚胺漆；b. 绝缘漆优异工艺点的选择，如聚酰亚胺在不同固化度下的附着性变化确认。
5）耐油水
6）耐磨性
7）零针孔解决方案
8）高PDIV和耐电晕
漆包线生产流程示意图
漆包线工艺特征
涂敷有溶剂漆，利用带溶剂状态的低粘度产生对导体的湿润性，之后进行高温蒸发和交联反应，形成完整的涂层。
缺点：
固含量低，溶剂量大，需要更长的溶剂挥发时间，成本高；R角包覆能力差。
固含量高，溶剂量小，湿润性差，漆膜与导体附着差，漆膜连续性差。
需要“薄漆多涂”，800V驱动电机用扁线目前涂敷道次已经≥30遍。
1、溶剂气泡
1）固含量低，溶剂量大，挥发来不及；
2）涂敷不均匀，膜厚的地方溶剂不能及时挥发；
3）其他原因，如吸潮
溶剂气泡机理
局部太厚除了溶剂挥发造成空洞，导体表面的轻微擦伤携带的空气也难以在蒸发区逸出，进入固化区形成空洞
2、空气气泡
1）导体缺陷——两种解决方案，a. 湿润性、浸润、热熔等；b. 高延展性，不破溃
2）漆液夹杂——粘度越高越严重，a.合适的粘度；b.改进涂漆装置；c.改进工艺条件
3、导电异物
1）氧化皮
2）碳化物
——a.作业方式调整；b.隔离装置；c.过滤
4、尖duan放电
1）铜粉
2）气孔
3）杂质
a.选择优质铜杆
b.减少加工过程损伤
在线检测
针孔检测：记录针孔的值与产生的时间和位置。
电压0-3000V可调
粒子检测：区别粒子的高与宽，并可以记录每一个粒子的值与产生的时间和线长，按宽边窄边分别记录
尺寸检测：同时检测宽边、窄边。超范围报警，每分钟记录。
零针孔交付
1000V以上驱动电机绕组线解决思路
1）增加层数：国内的扁线驱动电机跳过2层的方案从4层起步，现在已经有多家实现8层方案量产。更高层数如12层则由于工艺还停留在实验阶段。增加层数对提高电机的高速性能是显而易见的，层数增加可以降低匝间压降。
2）增加膜厚：≥300μm（双侧）
3）PI耐电晕：PDIV rms≥1200V （PDIV vp≥1700V）
耐电晕寿命≥650h（±1650v，155℃，20Khz，100ns）
4）多层复合线：多层复合扁线可以增加导体在高频条件下的有效导电面积，降低损耗，提高效率。
其缺点是加工成本较高，焊接工艺和成型工艺有较大难度。
5）力兹线：多股绞合绕组线，可以更均匀分布电流，进一步降低集肤效应影响。
力兹线，特别是力兹扁线应用于驱动电机，需要进一步研究扁线生产工艺和绕组加工工艺，降低生产成本。
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