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定子槽内注塑一次性解决绝缘、滴漆、槽内油冷!

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传统定子通常在铁芯槽内放置绝缘纸,将绕组与铁芯槽壁隔开。绝缘纸需要经过成型、插入和定位,后续插线过程中还要避免折叠、移位或破损。随着槽内导体排列更加紧密,绝缘结构的尺寸一致性也变得更加重要。槽内注塑将绝缘层直接成型在铁芯槽壁上,使其外形与槽型匹配。绕组随后装入注塑结构形成的安装空间,槽绝缘的尺寸和位置由模具及成型过程控制。



01.定子注塑的价值在哪

要理解注塑定子为什么值得被寄予厚望,得先看清它要解决的问题。驱动电机向高压化(800V平台普及)、高速化(转速向20000rpm以上攀升)、高功率密度化(kW/kg持续刷新)演进的同时,传统制造路线的短板正在集中暴露。

首先是绝缘纸,传统方案依靠它包裹绕组、隔离铁芯,但绝缘纸薄而易裂,冲片槽内的毛刺更容易划伤纸面,直接拖累产品良率;同时绝缘纸占据宝贵的槽内空间,限制了铜线截面的设计。

其次是铁芯的固定方式,冲片传统上靠焊接、铆接、胶粘等手段固定,焊接后铁芯外形呈现"外圆高度小、内径高度大"的特征,内壁缝隙偏大,不仅加剧涡流损耗,叠片间的形变与翘曲(可达0.3~0.5mm量级)还会在电磁激励下被放大成振动噪声。

最后是绕组工艺本身,行业主流的多层短距叠绕、X-pin扁线等方案,优化空间已逼近材料与结构的物理极限,工艺复杂度却呈指数式上升,量产成本与一致性压力越来越大。

定子注塑正是为破解这些瓶颈而生。它的原理并不复杂——把熔融的塑料注入模具,与定子铁芯、绕组等部件结合成一体化结构,核心作用是固定线圈、增强绝缘性能、提升定子组件的机械强度,同时在提高生产效率、制造工艺上有天然优势,尤其契合新能源高压系统的需求。



但注塑工艺的门槛同样不低:注塑过程需精确控制温度、压力、注塑速度等参数,否则可能导致定子变形或注塑缺陷;注塑材料还必须同时满足耐高温、耐老化、绝缘性等多种要求,一旦高温下塑料脆化或绝缘性能衰减,将直接威胁电机长期可靠性。换句话说,定子注塑的成败,很大程度上取决于材料这一块基石。

根据联合动力的技术介绍,对比传统方案,其注塑材料在两大关键指标上实现了代际式跃升:相对漏电起痕指数(CTI)从传统绝缘纸的≥175V提升至≥600V,电气绝缘性能大幅增强,让电机在潮湿、污染等恶劣工况下更抗爬电起痕,为小型化、轻量化留出安全裕度;导热系数则从绝缘纸的0.15 W/(m·K)跃升至2.0 W/(m·K),提升逾一个数量级,热量得以更快地导出定子绕组,显著缓解"热堆积"效应,使电机在极端工况下也能保持稳定输出。

02.结构创新如何落地

如果说解决了"用什么注"的问题,那么联合动力近期公开的两项发明专利,则完整回答了"注在哪、怎么注、注了之后有什么用"。

如前所述,相关技术中冲片常通过焊接固定,焊接后铁芯内壁缝隙较大、涡流损耗偏高、电机效率偏低,而且逐片焊接、铆接、胶粘的工艺效率低,端面平整度与叠高精度都难以保证。该专利给出的方案是:在冲片组件上注塑成型一个固定组件,由两个限位件和多个连接件构成,两个限位件分别成型于冲片组件轴向相对的两个端面,连接件成型于各定子槽内并固定连接两者,三者一体注塑,在夹持限位作用下把多个冲片"一次锁紧"。

配套的加工方法给出了完整的三步工艺链:先对冲片组件进行退火处理(冲片在冲压中会因机械变形产生内应力,导致硬度增加、脆性上升,退火优选700~800℃、保温3.5~4h、惰性气体保护气氛,可消除应力、细化并均匀化晶粒、减少晶格缺陷与杂质,从而降低涡流损耗与磁滞损耗、提升磁导率,还能防止后续变形开裂、杜绝高温氧化);再将退火后的冲片组件作为嵌入件放入注塑模具,模具在注塑前后压紧冲片组件保证紧密层叠;最后通过注塑工艺在冲片组件表面一体成型固定组件,塑料冷却固化后即得定子铁芯。

这套工艺正是官方"散片退火工艺"与"分子级结合、消除0.3~0.5mm级翘曲变形、零焊接智造、工序精简约7%"等技术表述的专利底座——注塑固定组件将冲片粘接并压紧,保证了端面平整度与叠高精度,提升了同轴度,同时两端限位件还增加了定子绕组的爬电距离,与官方宣称的"绕组与铁芯间保持≥3.0mm精准爬电控制"相呼应。

固定组件中的两个连接件由绝缘材料(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯)制成,也就是说,连接件本身充当了绕组与铁芯之间的绝缘件,槽内不再需要绝缘纸。



这一设计带来三重收益:取消绝缘纸,直接规避其易开裂的问题;释放槽内空间,提高铜满率,进而提升电机效率;覆盖定子槽内壁毛刺,使冲片可省略去毛刺工序,降低加工难度、提高加工效率。

此外,该专利还巧妙利用注塑封口实现了开口槽的"闭口化":连接件成型于槽口内,与另外的连接件合围成穿设定子绕组的安装孔,孔两端还设有导向斜面便于插线;相比直接冲压闭口槽,开口槽冲压更省金属材料,再由注塑封口,既降低材料成本,又获得闭口槽在磁路与绕线上的优势。

另一项专利直击的是电机温升这一老大难问题。传统定子中,绕组与定子槽内壁之间设置绝缘纸,绕组与绝缘纸之间通过滴漆固定,热量经滴漆→绝缘纸→铁芯传导,由于滴漆与绝缘纸热阻不同,传导效率低下,电机容易温度过高而性能受损。

该专利提出的绝缘件为热固注塑结构件,通过热固注塑工艺在定子槽内成型,与槽型充分匹配;最关键的是,部分绕组与定子槽内壁之间保留间隙,形成冷却通道——冷却液体可流经间隙,绕组热量传导至冷却液,再经冷却液传至绝缘件与铁芯,从而充分降低绕组温度。

专利还给出了"既有冷却通道、又能固定绕组"的工艺:先将绕组导线穿入绝缘件安装槽并留出间隙,用可拆卸的填充物填满将作为冷却通道的间隙,再注入流动态的热固固定件(可为胶水、树脂或发泡剂,胶水可选环氧树脂)填充导线与绝缘件之间的间隙并固化,最后拆卸填充物——绕组被牢固固定的同时,保留了供冷却液流动的冷却通道。



设计上兼顾了"导线与绝缘件周向两侧留隙"与"固定件位于相邻导线之间"等多种布局,且固定件不与冷却油相溶,结构稳定。注塑工艺将定子槽口密封成型,让冷却油直接流经绕组所在的槽内空间,相比传统斜喷油或端部浸油,实现从绕组热点精准降温,散热效率更高,同时避免油路飞溅损耗与局部过热风险——油冷从"淋在端部"进化到了"包住导体"。

而"注在哪、注多厚",本身也是一场空间革命。据联合动力官方数据显示:注塑绝缘层仅0.15mm,相较传统0.25mm绝缘纸方案更薄,腾出的空间让扁线绕组宽度增加0.2mm、厚度增加0.075mm,槽满率提升7%,同体积电机电流承载能力提升;由此带来同体积电机功率密度提升3%~6%、绝缘体系厚度缩减30%~40%;扁线绕组轴向高度压缩5~7mm,较传统方案释放8%~10%的绕组端部轴向空间;系统效率优化至>97.5%。



这意味着在同样的壳体内,注塑定子能塞进更多、更粗的铜,同时让绕组两端更矮、更紧凑。轴向空间释放带来的设计冗余,正好为800V高压平台及电池底盘一体化所需的电驱瘦身腾出关键空间,这也是轻量化与高功率输出长期"鱼和熊掌"矛盾的直接破局。

总结.

结合联合动力公布的技术介绍,这条路线在减薄绝缘层、释放槽内空间、压缩绕组端部尺寸以及拓展槽内油冷方面,具有进一步优化的空间。其最终价值取决于量产中能否稳定控制绝缘层厚度、冲片叠高和冷却通道尺寸,并在长期热循环、电气应力与冷却油环境下保持可靠性。

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