电加热紫外光固化浸漆工艺在新能源汽车电机制造中的应用

电加热紫外光固化浸漆工艺在新能源汽车电机制造中的应用

曹树强

广西玉柴机器股份有限公司 广西玉林市 537000

摘要：电加热浸漆技术是直接给电机线圈通电加热实现线圈升温，升温方式由内而外，使最需要加热升温的线圈内部迅速升温，使线圈内部空隙中的绝缘漆快速达到凝胶温度，减少流失，提高浸漆质量。同时，紫外光固化可实现快速固化工件表面，使表面光滑，在工件表面形成外壳阻止树脂流失，进一步提高浸渍质量。

关键词：电加热紫外光固化；浸漆工艺；新能源汽车电机

电加热紫外光固化(E-UV)沉浸工艺采用了电加热与紫外光(UV)固化相结合的技术，将辐射固化技术成功引入电机绝缘处理中，可大幅降低能耗、缩短生产周期、提高绝缘漆利用率。基于此，本文探讨了电加热紫外光固化浸漆工艺在新能源汽车电机制造中的应用。

一、新能源汽车概述

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

二、E-UV工艺路线

对中心高小于315mm小型电机，制造商一般引入流水生产线进行大批量生产。为满足流水线生产对节拍时间的要求，在浸漆处理时，一般采用连续沉浸、滚浸及滴浸技术，这些技术路线已较成熟。

EV/HEV汽车需长时间在复杂环境下使用，对浸渍树脂工艺要求更高。EV/HEV驱动电机体积小，散热要求高，而且控制器中的逆变器高频脉冲易引发绝缘故障，常规浸渍工艺已不能满足其技术要求。而E-UV沉浸工艺生产时间短，效率高，能适应流水线作业，能精确控制用漆量和浸漆质量。

E-UV沉浸工艺步骤为：电机定子嵌线后接专用电源，通电预热，浸漆，滴漆，电加热预固化，UV固化，最后送入固化炉进行后固化。该工艺特点是直接给线圈通电加热，线圈周围树脂黏度迅速降低，能充分渗入绕组线束间，填充饱满，绕组间的树脂快速达到凝胶状态，从而减少树脂流失，提高线圈挂漆量。E-UV沉浸工艺处理线定子，其端部线圈树脂填充饱满，挂漆充分。

三、绝缘材料的选择

绝缘浸渍漆是电机制造中的重要材料之一，也是发展变化较快且对电机制造质量水平影响较大的液体绝缘材料。随着经济和社会的发展，安全、节能、环保型绝缘浸渍树脂成为行业新的关注点，也是绝缘浸渍漆的主要发展方向。针对不同要求电机，有不同种类的绝缘浸渍漆，浸漆工艺也各不相同。适用于E-UV沉浸工艺的绝缘浸渍漆需满足以下要求：①低挥发，不含苯乙烯、乙烯基甲苯等易挥发成分；②饱和蒸汽压低，闪点高，利于安全生产；③适用于E-UV沉浸工艺，低温下黏度高，随温度升高黏度下降快，60～80℃时黏度降低到能充分填充散绕组线束间的程度，升温至胶凝温度后固化快，挂漆饱满，可节约电能，提高生产效率；④UV固化快，UV照射后电机绕组外表面和铁芯外表面树脂可快速固化，迅速封住槽内树脂，减少树脂流失，保证挂漆量；⑤浸渍漆在浸漆槽内的热稳定性好，便于长期存储使用；⑥浸渍漆应具备二次固化能力。

绝缘材料厂家一般选用不饱和聚酯亚胺树脂作为该工艺专用绝缘漆，该树脂在加热浸渍温度下具有良好的稳定性，能低温快速固化，固化挥发分低，闪点高，无火灾及爆炸危险，能满足通电加热浸渍工艺要求。

四、生产设备的选择和应用

1、E-UV沉浸设备控温原理。E-UV沉浸浸漆设备的关键是精准控制线圈温度，使其满足工艺参数要求，加热原理为电阻加热法，即P=I²R。当前，国外设备采用测量铜线电阻推算线圈平均温度法来控制整个生产过程，其推算过程为：

已知线圈的电阻值随温度变化而变化，而温度变化对电阻值影响通过电阻温度系数衡量。电阻温度系数的定义为

=

式中： 为电阻温度系数；R为电阻；T为温度。

金属电阻的电阻值一般随温度上升而增大，可表示为

= (1+ T+ + +L)

式中： 和 分别为T和0℃时的电阻值； 、 为电阻的温度系数；L为常数。

对于纯金属，在温度变化范围不大时，电阻值和温度的关系可近似为线性，即：

= (1+ T)

设k=l/ ，则有 / =l+T/k，整理即得：

T=( / -1)k

对铜材来说，0℃时的温度系数倒数k=234.5，线圈温度值可用下式表示：

T= / ×234.5-234.5

从上式可得出，在电加热中，线圈的温度反馈可通过实时的电压电流反馈测量值进行推算。

2、首台E-UV沉浸设备的应用。E-UV专用设备自动化程度高，制造技术掌握在国外少数几家企业手中，设备价格昂贵。为此，积极寻找本土化解决方案，以使E-UV固化浸漆设备国产化。

首台电机定子E-UV沉浸设备的核心技术是采用单点测温反馈法，达到控制定子在预热、沉浸、凝胶、UV固化各工艺阶段温度的目的，确保定子的整个浸渍过程可控。在此过程中根据绝缘浸渍漆工艺特性和定子相间阻值，采用程序设置加热温度曲线，并通过功率整流控制模块对“低压大电流”交流电源的输出电流进行整流控制。其中，绕组预埋测温传感器实时反馈，所采集数据经优化后，在可编程逻辑控制器(PLC)里生成加工程序即为定子浸渍工艺温度曲线。该设备可根据定子规格的不同而采取不同加工工艺程序。为满足3min/台的生产节拍要求，采用一次最多可同时浸渍10台定子的设计，设备从8工位增加到10工位，初步满足了整个电机产线的绝缘处理要求。

该浸漆设备在初步满足量产要求的同时，运行中也遇到了较多问题。其不足主要体现在以下方面。

①因采用单点热电偶反馈方式控温，电流数据采集时随机性强，难于控制，无法精准控制挂漆量。测温点稍有位置偏差，加热程序即有较大不同。

②挂漆量对绝缘漆温度较敏感。随着生产持续进行，浸漆缸内树脂温度上升，挂漆量随之增加。

③为满足3min/台的生产节拍，采用10工位设计，导致浸漆槽缸体较大，由于绝缘漆数量多、黏度高，及时冷却相对困难。

④浸漆时采用挂钩式托盘，托盘表面易挂漆，且随着生产的进行，托盘表面树脂不断积累，导致绝缘漆浪费大，托盘清理困难且频次高。托盘定位销粘漆变厚之后内圆尺寸变小，机器人抓取时易导致铁芯翘片。

⑤设备采用的是针对三相交流变压器的初级电压进行的自整定控制，各工位电流值有较大差异，导致每批定子挂漆量不一致。

3、第2台浸漆设备方案。为解决以上问题，第2台设备选择了测量线圈电阻推算线圈平均温度法来控制温度，从源头杜绝了漆温对挂漆量的影响。

第2条产线浸漆设备特点为：①采用夹爪抓取工件，取消托盘，减少树脂浪费；②整条产线采用转盘式，主机配备可靠的换向装置保证定子在全周期工作中保持线圈不断电，全周期温度可控；③浸漆缸采用分体式设计，以提高绝缘浸渍漆冷却效率；④设备测控采用工业控制计算机+PLC控制，在不同工艺阶段采用针对性控制策略，即在浸漆阶段智能实时改变电源参数，在凝胶、固化阶段采用高精度控制技术，精确实时控温；⑤通过工序优化，节拍时间可缩短为1.92min/台。

4、工艺应用实例。E-UV沉浸工艺已有大量试验及推广经验，例如：外径约200mm的线定子(铜线电阻几十毫欧)使用该工艺，测得挂漆量为使用VI工艺的定子挂漆量的4～5倍；外径约300mm的线定子使用电加热工艺进行试验，测得挂漆量为使用VI工艺的定子挂漆量的3～4倍，定子平均温升降低了10K左右；铜线电阻约1Ω的工业电机，采用直流电加热方式，挂漆量增加3～4倍；浸漆前Pp约为800 V的定子，浸漆后Pp值、局部放电熄灭电压(PDEV)等参数如表3所示。

对不同型号的定子进行工艺参数调整，并对槽内进行剖切检查，发现铜线间的间隙填充饱满，填充率均接近100％。

参考文献：

[1]马林泉.绝缘浸渍树脂现状和发展方向[J].电机技术，2015(01)．

[2]刘杰军.电加热紫外光固化浸漆工艺在新能源汽车电机制造中的应用[J]．电机与控制应用，2021(02).