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发泡绝缘纸或是槽内油冷的最优解！

NE时代新能源 · 公众号 · · 2025-01-07 07:00

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先简单说说槽内油冷的概念，就是油道与绕组直接接触，这样可以更有效地从源头上带走绕组产生的热量，从而提高冷却效，提升电机的持续性能。舍弗勒的槽内油冷技术，是通过集成式智能液压系统代替油泵实现油控制，使冷却油流经扁线上的沟槽进行冷却， 峰值功率可以延续30秒。

采埃孚的槽内油冷技术，定子冷却时，冷却油是在槽内喷出的，而非端部喷出，采埃孚的油冷技术除提升峰值功率外， 其75%的持续功率占比也是得益于该技术。

那既然槽内油冷的形式是直接从绕组上流过，那该如何做绝缘处理，本期专利说就跟大家聊聊槽内油冷的绝缘！

01.

槽内油冷该如何绝缘

目前的槽内油冷方案存在多种局限性。常规的对定子铜线进行形状改造以预留冷却油道的方法占用了较大槽内面积，降低了槽满率，同时增加了固定、绝缘和生产复杂度。

利用热固性塑料层形成冷却液通道的方案需要精密注塑工艺 ，且塑料层占用较多空间。再者，滴漆冷却方式只能部分填充凹槽间隙（约80%），易产生破坏绝缘的气泡。

依赖塑料层或粘胶设置冷却油道的方案在制备上难度大 ，且由于冷却油的粘度，过细的间隙无法确保有效的冷却流动。这些因素共同导致了现有冷却方案效率低下和制造复杂的问题。

联合电子为保持油冷技术的领先性，在2024年便开始重点开发更强冷却性能的槽内直冷技术，此方案的持续性能与峰值性能占比可超过75%。为此笔者特意查询其专利信息，试图找到一些蛛丝马迹，确实也发现了一个比较有意思的组合，希望能为大家在电机设计方面提供一些灵感！

联合电子的这些专利（CN118611287A）提出了一种新的定子设计， 是在定子的凹槽内壁上，增设了一种发泡绝缘纸。 这种发泡绝缘纸不仅起到绝缘作用还起到固定的作用。此外，这种发泡绝缘纸还包含了发泡抑制剂，这个抑制剂能控制绝缘纸在哪些区域发泡，哪些区域不发泡。当绝缘纸发泡时，发泡的区域会膨胀，从而在径向和/或切向上固定住线圈。

而没有发泡的区域，与线圈之间会形成一些空隙，这些空隙被用来填充冷却油。冷却油通过这些空隙流动，起到冷却线圈的作用。

在具体的实施例中，发泡绝缘纸是由多层组成， 包括基础绝缘层、发泡料层和发泡料固定层。 发泡抑制剂被放置在发泡料层的特定位置。当发泡料层中的部分材料（未受发泡抑制剂影响的部分）发泡时，它们会渗出到发泡料固定层，并在径向方向上接触并固定线圈。

发泡抑制剂在发泡料层中的分布有两种主要方式： 一种是沿铁芯的轴向呈条状分布，另一种是呈网状分布。 这两种分布方式都会在发泡后形成宽度至少为 0.6mm的冷却油油道 ，让冷却油能够顺畅地流动。

冷却油可以从铁芯的中部或端部注入定子，填充未发泡区域与线圈之间的空隙，并沿着特定的方向流动，以实现有效的冷却。

这种方法不仅可以提高绕组的散热能力，而且对槽满率的影响也相对较小。工艺也方便，无需改动绕组线圈，不影响线圈的固定和绝缘设置，还提升了电机的持续性能与使用寿命。总的来说，就是通过巧妙设计发泡绝缘纸和冷却油的流动路径，提高了驱动电机定子的冷却效果和线圈的稳定性。

02.

发泡绝缘纸有那些优势

用发泡绝缘纸替换传统的绝缘纸，日本方面其实很早就有研究，前不久豪森就研发出了绝缘纸发泡成型技术，通过特定的加热过程，可实现对定子绕组的绝缘和固化。这一技术的应用，不仅简化了生产流程，还提高了生产效率和产品质量。

特别是在油冷趋势下，该技术便于实现深度油冷，能有效预防了绝缘漆堵塞油路的问题案。

图片来源：网络

面对800V电气架构带来的高压和绝缘性能要求，绝缘纸发泡成型技术也展现出了其独特的优势。它能够为耐高压、绝缘性能好但与绝缘漆浸润性差的新型漆皮材料提供理想的解决方案，就比如PEEK线。

图片来源：豪森智能

豪森在研发过程中，突破了温度控制这一关键难点，能够准确控制定子升温速度和恒定温度，并通过了压痕测试、发泡填充测试、整槽铜线粘接力测试、定子总成电测试等一系列严格的总成级别试验，保证了该技术的可靠性。

图片来源：豪森智能

绝缘纸发泡成型技术的优势不仅体现在生产效率和产品质量上，还体现在其环保和节能的特性上。

与常规方案相比，绝缘纸发泡成型技术能显著缩短绝缘加热时间。该技术在绝缘纸自发泡过程中即可实现定子绕组固定，可减少甚至完全省去滴漆工艺，不仅能大幅提高定子生产节拍，还可以减少滴漆设备数量，缩小占地面积，并降低一次性设备投入。同时， 该技术杜绝了油冷方案中滴漆工艺堵塞定子轭部或槽间油路的风险。 同时，该技术还具有高结构强度和粘结性能，为800V电气架构下PEEK线不易挂漆的漆皮材质提供了更优的固化方案。

其实，此前笔者就写过一项豪森润博（豪森智能子公司）的专利，主要目的是解决现有电机定子绕组存在的问题，比如尺寸过大、重量过重、发热高、效率低以及焊接质量不稳定等问题。

因为这项专利采用的是错层设置的方式，所以需要通过绝缘发泡涨紧工艺将上发卡线与下发卡线相对接的对接处完全靠紧，保证上发卡线和下发卡线的纳米银焊接质量，同时采用铁芯同槽铜线错层对接，提高高压爬电距离，提高定子绝缘和耐压，采用纳米银低温焊接，可最大限度提高对上下线杯对接焊接质量（感兴趣的这是专利公开号：CN117394567A）。

End.

整体来看绝缘发泡纸可以有效决绝三个问题， 一是PEEK线不易挂漆的问题，二是槽内油冷的流道问题，三是绕组的固定与对接问题。 相对于槽内冷却，绝缘发泡纸会更先用在PEEK线和槽间冷却的方案中，这样既解决了PEEK线不挂漆的问题，又解决了滴漆工艺堵塞定子轭部或槽间油路的风险。而且槽内冷却的综合性能还有待商榷。该如何平衡好优势与弊端之间的比重还是一个很长远的话题。

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