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Resine termoindurenti per l'incapsulamento statore in elettro-mobilità e motori industriali

Incapsulamento End-turn on raffreddato a liquido generatore

I motori elettrici e generatori sono di crescente importanza per le applicazioni industriali e automobilistiche ma presentano una serie di sfide che i progettisti devono superare. In questo articolo, il dottor Werner Hollstein da Huntsman Advanced Materials affronta queste sfide e guarda a come i più recenti sistemi di incapsulamento epossidici e poliuretanici sono in grado di sostenere, o anche consentendo, nuovi e robusto design del motore con la garanzia di alto costo-efficienza e qualità.

Motori e generatori

Le sfide emergenti per lo sviluppo di motori e generatori per applicazioni industriali e automobilistiche includono riduzione delle dimensioni, maggiore densità di integrazione, maggiore potenza, maggiore affidabilità e resistenza, resistenza ad ambienti difficili e riduzione del rumore. Viene tipicamente utilizzata una semplice verniciatura per l'isolamento elettrico e la fissazione meccanica degli avvolgimenti del rotore e dello statore, ma questo tende a provocare i seguenti problemi:

  • Vari perdite di esercizio che conducono alle alte temperature e il surriscaldamento
  • Le vibrazioni che causano l'usura e il corto circuito degli avvolgimenti
  • Oli aggressivi, sostanze chimiche, vapori e gli attacchi di umidità dannosi avvolgimenti

All'aumentare del carico sul motore, aumentano anche le perdite operative sopra menzionate. I sistemi di resina termoindurente per incapsulamento e impregnazione forniscono una risposta a questi problemi.

Un'opzione è uno statore completamente incapsulato in cui gli avvolgimenti, gli spazi vuoti e i sottosquadri in rame sono completamente impregnati e riempiti di polimero. Nel Figura 1, Viene mostrato lo schema di uno statore preparata per la piena incapsulamento.

Un'anima sigillante è posizionata nel mezzo dello statore per assicurare la tenuta del vuoto e per evitare che la resina possa contaminare i laminati metallici. Il sistema di resina liquida è degasato e in vaso, preferibilmente sotto vuoto, nello statore. È essenziale che il sistema di resina abbia una bassa viscosità e una latenza sufficiente per consentire il riempimento e l'impregnazione rapidi. A seguito di ciò, la polimerizzazione del forno deve essere ottimizzata e controllata per ridurre al minimo il ritiro del volume e le sollecitazioni meccaniche.

Un'altra opzione è l'incapsulamento delle curve finali. In generale, più del 60% di calore perduto viene prodotto nei giri finali di uno statore. Pertanto è più efficace solo riempire lo spazio tra le estremità e le abitazioni. Nel Figura 2, Viene mostrato lo schema di uno statore con incapsulate finali giri.

Quando si seleziona un incapsulante adatto è importante scegliere quella che offre alta conducibilità termica, proprietà di flusso precisamente definite e breve stagionatura.

Sistemi di resine epossidiche polimerizzazione a caldo per l'incapsulamento completo statore

I sistemi di resina epossidica formulati sono insostituibili in molte applicazioni elettriche. Offrono un eccellente isolamento elettrico, buone caratteristiche meccaniche, resistenza chimica e resistenza termica. L'elaborazione a temperature comprese tra 60 e 80 ° C riduce significativamente le viscosità di questi sistemi, consentendo carichi di riempimento più elevati e proprietà di riempimento veloci. La polimerizzazione finale richiede temperature superiori a 100 ° C.

Araldite® CW 229-3 / Aradur HW 229-1 è un buon esempio di un sistema di resina preriempita che fornisce un'elevata resistenza alle screpolature e agli shock termici. Nel Figura 3 i risultati dei test del ciclo di temperatura sono indicati con un inserto metallico incorporato (raggio bordo 1mm).

I cicli di test 20 sono stati condotti con successo fino a temperature di -80 ° C. È stato dimostrato che la capacità di impregnazione è buona, con una conduttività termica di 0.7 W / m K.

La resistenza termica nei test di invecchiamento a lungo termine (IEC 60216) ha prodotto un indice termico superiore a 180 ° C (classe H). Persino 200 ° C è stato determinato come indice di temperatura relativa (RTI) dopo UK746B. Pertanto, sono garantiti una buona dissipazione del calore, un isolamento elettrico affidabile e una resistenza termica per motori e generatori altamente caricati.

Per rispondere alle richieste di tempi di ciclo brevi, Araldite® CW 229-3 / Aradur HW 229-1 è disponibile anche con reattività più elevata, rendendo obsoleta la necessità di post-polimerizzazione dei sistemi normali. Questo sistema NP (non post-cure) è adatto al processo di gelificazione automatica della pressione (APG), offrendo ulteriori vantaggi di tempi di stampaggio più brevi e temperature più basse dello stampo.

Se la dissipazione del calore è il requisito più importante per l'incapsulamento dello statore, Araldite® XB 2710 / Aradur XB 2711 fornisce una buona soluzione, facilitando la conduttività termica a 1.5 W / m K e la garanzia di un'elevata conduttività termica. Offrendo proprietà simili a Araldite® CW 229-3 / Aradur HW 229-1, questo sistema offre anche un'eccellente resistenza alle incrinature e un basso coefficiente di espansione termica.

Sistemi di resine epossidiche indurimento a freddo per l'incapsulamento completo statore

Le ammine sono gli agenti di polimerizzazione più comunemente utilizzati per la cura dell'epossidico. Tuttavia, la reattività di questi sistemi consente loro di polimerizzare anche a temperatura ambiente. Non sono necessari forni e pertanto le apparecchiature di elaborazione sono molto più semplici e meno costose. Araldite® XB 2252 / Aradur XB 2253 è un sistema di resina epossidica a polimerizzazione a freddo con eccellenti caratteristiche di scorrevolezza e impregnazione. La resistenza termica è eccezionalmente alta con un indice termico di 180 C che soddisfa la classe F.

Araldite ® CW1312 / Aradur HY 1300 è un altro esempio di un sistema resiliente di polimerizzazione a freddo che presenta una buona resistenza all'invecchiamento termico e una buona resistenza agli shock termici, con comprovata esperienza nelle applicazioni di classe B.

I sistemi poliuretanici per l'incapsulamento completo statore

Poliuretani (PUR) sono stati utilizzati per l'isolamento elettrico dall'inizio dei 1950s quando materie prime convenienti si sono resi disponibili su scala industriale.

La reazione chimica di un poliolo e un isocianato si traduce in un polimero con legami uretanici. Se la reticolazione avviene in tre dimensioni, il polimero risultante appartiene alla classe di elastomeri e termoindurenti. La reazione di indurimento è rapida ed esotermica a temperatura ambiente e non sono necessari forni. A causa della grande varietà di polioli, isocianati, modificatori e riempitivi, i PUR possono essere adattati a un'ampia gamma di applicazioni, incluso l'incapsulamento completo dello statore.

Arathane® CW 5631 / HY 5610 è facile da lavorare e ha buone capacità di impregnazione; queste sono caratteristiche eccezionali per un sistema PU. La resistenza alla fiamma UL94 V-0 è soddisfatta per il materiale indurito, la conducibilità termica è nella gamma di 0.6 W / m K e viene fornita un'eccellente resistenza all'invecchiamento termico.

Un altro vantaggio dell'utilizzo di Arathane® CW 5631 / HY 5610 è la sua adattabilità, che consente l'incapsulamento completo di diverse dimensioni e disegni di statori semplicemente cambiando il rapporto di miscelazione. Con la riduzione fino a 100: 19 pbw la durezza shore viene significativamente ridotta da D80 a D55 e, soprattutto, le eccellenti proprietà di resistenza alle incrinature del sistema rimangono inalterate.

Sistema epossidico monocomponente per la fine del turno di incapsulamento

La maggior parte dei sistemi a base epossidica vengono forniti come due componenti separati. Per la produzione di massa è necessaria una vasta gamma di apparecchiature per elaborare questi sistemi. I prodotti monocomponenti sono molto più semplici da elaborare e riducono significativamente i fabbisogni di macchinari. Gli epossidici monocomponenti esistenti sono in uso commerciale come adesivi, sigillanti, composti di stampaggio e impregnazione e resine da colata.

Aratherm® CW 2731 è stato sviluppato per l'incapsulamento di fine corsa motore e generatore. Questa resina epossidica monocomponente "pastosa" è pre-riempita con uno speciale tipo di riempitivo per ottenere un'alta conduttività termica di 3.0 W / m K. Non richiede preriscaldamento, omogeneizzazione o degasaggio e la scorrevolezza può essere facilmente regolata per riempire gli spazi tra i fili e custodia. L'indurimento del forno non è necessario se la capacità termica degli statori preriscaldati è sufficientemente elevata da mantenere la temperatura sopra 150 ° C per un'ora. Viene mostrato un esempio di applicazione di un generatore raffreddato a liquido Immagine 1.

Un'altra importante proprietà del materiale è l'elevata Tg di 160 ° C che garantisce la costanza nell'intero intervallo di temperature operative e un'eccellente durata termica. Il basso coefficiente di espansione termica di 20 * 10-6 1 / K minimizza il termico mis-match di materiali e previene screpolature e distacchi.

In sintesi

Nella sfida continua per la produzione di motori e generatori che offrono più potenza, densità di integrazione più elevato, maggiore affidabilità, resistenza alle condizioni difficili e riduzione del rumore, sistemi di resine termoindurenti per intero statore o fine turno incapsulamento fornire la soluzione ideale.

Sistemi epossidici e poliuretanici di oggi offrono le caratteristiche materiali necessarie che riguardano la necessità di una elevata dissipazione di calore, isolamento elettrico, fissaggio meccanico, ammortizzazione e protezione da agenti chimici aggressivi, vapori e umidità.

I prodotti Huntsman Advanced Material sono specificamente progettati per diverse tecnologie di elaborazione e applicazione come la fusione sotto vuoto e la gelificazione automatica della pressione che consentono tempi di ciclo brevi e un elevato rendimento. Le tecnologie presentate, utilizzando i più recenti sistemi di resina, possono contribuire enormemente a nuovi progetti di motori per l'e-mobility e le applicazioni industriali in cui l'affidabilità, l'alta efficienza in termini di costi e la qualità sono fondamentali.

Patricia Albisser
Huntsman Advanced Materials (Switzerland) GmbH
K-401.5.77
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CH-4057 Basilea
Svizzera
Telefono: + 41-61-299 2664
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Huntsman Advanced Materials

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