薄膜电机增压

Nick Flaherty撰文称，新一代热塑性材料正在取代电机中的芳纶纸和搪瓷涂层。

这种先进的热塑性材料目前正通过现有生产设备被应用于新一代电机中，它凭借更好的热管理性能实现了重量的减轻与效率的提升。

Syensqo这家材料开发商的电动电机全球市场经理Luigi Marino表示：“我们推向市场的解决方案包括PEEK[聚醚醚酮]和PPSU[聚苯硫酮]等热塑性聚合物，它们可用作定子薄膜，也可作为不同等级的涂层来替代搪瓷。”

“我们的材料能让电机设计师使用更薄的绝缘层。芳纶纸的厚度为200至250微米，而我们的材料仅为100至150微米。作为电线的涂层，我们能够在保持绝缘性能的同时将厚度减少20%。这为设计带来了新的可能。材料越薄，对设计师就越有利，因为它消除了冷却过程中的热阻。因此，厚度越低，冷却效果越好，效率也会随之提升。即便只是节省几微米的厚度，也能让定子中容纳更多的铜线。”

研究表明，采用这种材料可使效率提升1–2个百分点，在保持相同性能的同时，使电机的重量和成本降低8–10%。这是通过减少叠片数量和使用更小的磁铁来实现的。

“效率提升有一部分得益于带槽衬里的隔热效果。我们的热导率提高了一倍，而在模拟测试中，最大的好处来自厚度的减少。”

“能够实现更薄厚度的原因在于机械性能与电气性能的完美结合。我们的研发团队一直在努力确保在更薄的厚度下仍能保持适当的机械性能，因此我们没有使用普通的PEEK材料。我们专门为槽衬里和导线涂层开发了不同规格的产品，以在延展性与隔热性之间取得平衡。”他说道。

“另一个优势在于，我们的衬垫和涂层可以使用现有设备进行加工。我们曾与一家生产制造设备的公司合作开展研究，正是用同样的设备成功完成了加工，只需对机器的设置稍作调整即可。”他说道。

我们的目标是保持生产速度，同时将废品率降至最低，使生产效率尽可能与原有水平相当甚至更高。“我还没见过有哪种电动马达能用芳纶纸，而我们的薄膜却无法使用的情形。”他补充道。

用于电机绕组涂层的热塑性材料的加工工艺，与用于制造绝缘材料的工艺有很大不同。

“对于电线涂层，我们向磁线制造商出售颗粒，再由他们将涂覆后的电线卖给原始设备制造商，”他说。“内部我们有两条用于研发的挤出生产线，其中一条与磁线制造商使用的设备相同。”

“通过挤出工艺应用热塑性材料时无需溶剂，这使得该工艺更具可持续性且更节能。这类设备与涂漆设备不同，结构也简单得多，目前有几家供应商，其中一些是原本从事涂漆业务、现在开始转向挤出工艺的公司。”

“采用这种技术的主要障碍在于设计师需要在设计初期就考虑它才能充分发挥其优势，不过我们也见过一些案例，表明将这些解决方案引入现有设计其实相当简单。”

“我们的经验表明，在某些设计中50微米已足够作为绝缘层，但厚度低于100微米时制造定子就会变得更为困难。虽然100微米的材料几乎可以在任何地方加工，但低于这一厚度时，其限制因素就取决于电动机的设计、生产设备与效率，以及所需的生产规模。在某些情况下或许可以将厚度降至50微米，但目前尚未得到验证。这更多是每种设计需要进一步探索的领域。对我们而言，生产厚度为50微米或更薄的薄膜并无问题，因为我们在其他应用中使用的厚度远低于此数值。”

路易吉·马里诺的职业生涯始于马格尼蒂·马雷利公司，担任电动马达设计工程师。在过去的十年中，他历任过从原始设备制造商到材料供应商等电动马达产业链上的多种职位。2022年，他加入索尔维公司，担任电动马达应用开发团队的全球负责人，负责领导Syensqo业务线的全球技术战略与应用开发工作。在此职位上，他管理着一支工程师团队，致力于推动新材料的创新研发，统筹知识产权管理，并开发先进的测试与原型制作能力，以支持交通、航空航天和能源领域的产品开发及市场拓展机遇。