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Les résines thermodurcissables pour stator encapsulation dans l'électro-mobilité et moteurs industriels

Fin de tour encapsulation liquide refroidi générateur

Moteurs et générateurs électriques sont d'une importance croissante pour les applications industrielles et automobiles, mais ils présentent un certain nombre de défis que les ingénieurs de conception doivent surmonter. Dans cet article, le Dr Werner Hollstein de Huntsman Advanced Materials répond à ces défis et examine comment les derniers systèmes d'encapsulation époxy et polyuréthane sont capables de supporter, ou même permettre, de nouvelles et solides conceptions de moteur avec l'assurance de rentabilité élevée et de qualité.

Moteurs et générateurs

Les nouveaux défis en matière de développement de moteurs et de générateurs pour les applications industrielles et automobiles comprennent la réduction de la taille, une densité d’intégration plus élevée, une puissance de sortie accrue, une fiabilité et une endurance supérieures, la résistance aux environnements difficiles et la réduction du bruit. Le vernissage simple pour l'isolation électrique et la fixation mécanique des enroulements de rotor et de stator est généralement utilisé, mais cela a tendance à poser les problèmes suivants:

  • Diverses pertes en opération conduisant à des températures élevées et la surchauffe
  • Les vibrations provoquant une usure et le court-circuit des enroulements
  • Huiles, produits chimiques agressifs, les vapeurs et les attaques d'humidité nuisibles enroulements

À mesure que la charge sur le moteur augmente, les pertes opérationnelles mentionnées ci-dessus augmentent également. Les systèmes de résine thermodurcissable pour encapsulation et imprégnation apportent une réponse à ces problèmes.

Une option est un stator entièrement encapsulé dans lequel les enroulements, les espaces vides et les contre-dépouilles en cuivre sont complètement imprégnés et remplis de polymère. Dans Figure 1, Le schéma d'un stator préparé pour encapsulation complète est affichée.

Un noyau d'étanchéité est placé au centre du stator pour assurer l'étanchéité au vide et empêcher la résine de contaminer les stratifications métalliques. Le système de résine liquide est dégazé et mis en pot, de préférence sous vide, dans le stator. Il est essentiel que le système de résine présente une faible viscosité et une latence suffisante pour permettre un remplissage et une imprégnation rapides. Ensuite, la cuisson au four doit être optimisée et contrôlée pour minimiser le retrait en volume et les contraintes mécaniques.

Une autre option est l'encapsulation des tours finales. En général, plus de 60% de la chaleur perdue est produit dans les virages extrêmes d'un stator. Par conséquent, il est plus efficace de ne creuser que l’écart entre les virages et le logement. Dans Figure 2, Le schéma d'un stator avec finaux tours encapsulées est affiché.

Lors de la sélection d'un encapsulant approprié, il est important de choisir celle qui offre une conductivité thermique élevée, les propriétés d'écoulement définies avec précision et temps de durcissement courts.

Époxy systèmes de résine de durcissement à chaud pour encapsulation complète de stator

Les systèmes de résine époxy formulés sont irremplaçables dans de nombreuses applications électriques. Ils offrent une excellente isolation électrique, de bonnes caractéristiques mécaniques, une résistance chimique et une endurance thermique. Le traitement à des températures comprises entre 60 et 80 ° C réduit considérablement les viscosités de ces systèmes, permettant des charges de charge plus élevées et des propriétés de remplissage rapides. Le durcissement final nécessite des températures supérieures à 100 ° C.

Araldite® CW 229-3 / Aradur HW 229-1 est un bon exemple de système de résine prérempli offrant une résistance élevée à la fissuration et aux chocs thermiques. Dans Figure 3 les résultats des essais de cycles de température sont représentées par un insert métallique noyé (rayon d'arête de 1mm).

Les cycles d’essai 20 ont été conduits avec succès à des températures aussi basses que -80 ° C. La capacité d'imprégnation s'est avérée bonne, avec une conductivité thermique de 0.7 W / m K.

L'endurance thermique dans les essais de vieillissement à long terme (IEC 60216) a donné un indice thermique supérieur à 180 ° C (classe H). Même 200 ° C a été déterminé en tant qu'indice de température relative (RTI) d'après UK746B. Par conséquent, une bonne dissipation de la chaleur, une isolation électrique fiable et une endurance thermique pour les moteurs et générateurs très chargés sont assurées.

Pour répondre aux demandes de temps de cycle courts, Araldite® CW 229-3 / Aradur HW 229-1 est également disponible avec une réactivité supérieure, rendant obsolète le besoin impératif de post-durcissement des systèmes normaux. Ce système sans post-traitement (NPC) est adapté au processus de gélification automatique à la pression (APG), offrant des avantages supplémentaires tels que des temps de moulage plus courts et des températures de moulage plus basses.

Si la dissipation de chaleur est la condition la plus importante pour l’encapsulation du stator, Araldite® XB 2710 / Aradur XB 2711 constitue une bonne solution, facilitant la conductivité thermique à 1.5 W / m K et garantissant une conductivité thermique élevée. Offrant des propriétés similaires à Araldite® CW 229-3 / Aradur HW 229-1, ce système offre également une excellente résistance aux fissures et un faible coefficient de dilatation thermique.

Époxy systèmes de résine de durcissement à froid pour encapsulation complète de stator

Les amines sont les agents de traitement les plus couramment utilisés pour le traitement à l'époxy. Cependant, la réactivité de ces systèmes leur permet également de durcir à température ambiante. Aucun four n'est nécessaire et, par conséquent, l'équipement de traitement est beaucoup plus simple et moins coûteux. Araldite® XB 2252 / Aradur XB 2253 est un système de résine époxy durcissable à froid doté d'excellentes caractéristiques de fluidité et d'imprégnation. L'endurance thermique est exceptionnellement élevée, avec un indice thermique de 180 C correspondant à la classe F.

Araldite® CW1312 / Aradur HY 1300 est un autre exemple de système de durcissement à froid résilient qui présente une bonne résistance au vieillissement thermique et une bonne résistance aux chocs thermiques, avec des performances éprouvées dans les applications de classe B.

systèmes de polyuréthane pour l'enrobage total de stator

Les polyuréthanes (PUR) ont été utilisés pour l'isolation électrique depuis le début des 1950s lorsque les matières premières rentables devenues disponibles à l'échelle industrielle.

La réaction chimique d'un polyol et d'un isocyanate donne un polymère avec des liaisons uréthane. Si la réticulation se produit en trois dimensions, le polymère résultant appartient à la classe des élastomères et des thermodurcissables. La réaction de durcissement est rapide et exothermique à température ambiante et aucun four n'est nécessaire. En raison de la grande variété de polyols, d'isocyanates, de modificateurs et de charges, les PUR peuvent être adaptés à un large éventail d'applications, notamment l'encapsulation complète du stator.

Arathane® CW 5631 / HY 5610 est facile à traiter et offre de bonnes capacités d'imprégnation. Ce sont des caractéristiques exceptionnelles pour un système PU. L'ignifugation UL94 V-0 est satisfaite pour le matériau durci, la conductivité thermique est dans la plage 0.6 W / m K et une excellente résistance au vieillissement thermique est fournie.

Un autre avantage de l'utilisation d'Arathane® CW 5631 / HY 5610 est son adaptabilité, qui permet l'encapsulation complète de différentes tailles et conceptions de stators en modifiant simplement le rapport de mélange. Avec la réduction jusqu'à 100: 19 pbw, la dureté Shore est considérablement réduite de D80 à D55 et, surtout, les excellentes propriétés de résistance à la fissuration du système ne sont pas affectées.

Un composant système époxy pour la fin de son tour encapsulation

La plupart des systèmes à base d'époxy sont fournis en deux composants distincts. Pour la production en série, une large gamme d'équipements est nécessaire pour traiter ces systèmes. Les produits à un composant sont beaucoup plus simples à traiter et réduisent considérablement les besoins en machines. Les résines époxydes à un composant existantes sont utilisées dans le commerce en tant qu'adhésifs, produits d'étanchéité, composés de moulage et résines d'imprégnation et de coulée.

Aratherm® CW 2731 a été développé pour l'encapsulation des tours de fin de moteur et de générateur. Cet époxy monocomposant «pâteux» est pré-rempli avec un type de charge spécial pour atteindre une conductivité thermique élevée de 3.0 W / m K. Il ne nécessite aucun préchauffage, homogénéisation ou dégazage et la fluidité peut être facilement ajustée pour combler les vides fils et logements. Le durcissement au four n'est pas nécessaire si la capacité thermique des stators préchauffés est suffisamment élevée pour maintenir la température supérieure à 150 ° C pendant une heure. Un exemple d’application d’un générateur refroidi par liquide est présenté dans Image 1.

Une autre propriété importante du matériau est la Tg élevée de 160 ° C, qui garantit la cohérence sur toute la plage de températures de fonctionnement et une excellente durabilité thermique. Le faible coefficient de dilatation thermique de 20 * 10-6 1 / K minimise la discordance thermique des matériaux et empêche la fissuration et le délaminage.

En résumé

Dans le défi permanent de produire des moteurs et des générateurs qui offrent plus de puissance, densité d'intégration plus élevé, une plus grande fiabilité, résistance aux conditions difficiles et la réduction du bruit, des systèmes de résines thermodurcissables à plein stator ou fin-tour encapsulation fournir la solution idéale.

Les systèmes époxy et PUR actuels offrent les caractéristiques matérielles nécessaires qui couvrent les besoins en dissipation thermique élevée, isolation électrique, fixation mécanique, amortissement et protection contre les produits chimiques agressifs, les vapeurs et l'humidité.

Les produits Huntsman Advanced Material sont spécifiquement conçus pour différentes technologies de traitement et d'application, telles que la coulée sous vide et la gélification sous pression automatisée, qui permettent des temps de cycle courts et un débit élevé. Les technologies présentées, qui utilisent les systèmes de résine les plus récents, peuvent contribuer de manière considérable aux nouvelles conceptions de moteurs pour la mobilité électrique et les applications industrielles où la fiabilité, la rentabilité élevée et la qualité sont des éléments clés.

Patricia Albisser
Huntsman Advanced Materials (Suisse) GmbH
K-401.5.77
Klybeckstrasse 200
CH-4057 Bâle
Suisse
Téléphone: + 41-61-299 2664
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