新能源汽車驅(qū)動電機(jī)用漆包銅扁線性能試驗(yàn)研究綜述

王 祥,汪 林

(銅陵精達(dá)漆包線有限公司,銅陵 244000)

0 引 言

隨著新能源汽車的快速發(fā)展,汽車用電動機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)發(fā)動機(jī)作為汽車動力驅(qū)動零部件,市場占有率快速提高,高性能車型甚至采用雙驅(qū)動電機(jī),其滲透率也在逐步提高。 相對于漆包銅圓線[1]電機(jī)(簡稱圓線電機(jī)),漆包銅扁線電機(jī)(簡稱扁線電機(jī),又稱發(fā)卡電機(jī))具有較高的槽滿率;在相同功率下,扁線電機(jī)既能夠?qū)崿F(xiàn)小型化,又能夠節(jié)約材料、降低成本;扁線結(jié)構(gòu)緊湊,熱傳導(dǎo)效果更好,溫度性能更優(yōu),可使繞組溫升下降約15%。 因此,新能源汽車用電機(jī)多為扁線電機(jī),繞組線多采用漆包銅扁線(簡稱扁線)。 扁線電機(jī)多為永磁同步電機(jī),分為轉(zhuǎn)子和定子。 轉(zhuǎn)子多采用高磁能,形狀規(guī)則的燒結(jié)釹鐵硼磁鐵和電工鋼(硅鋼)組合;定子為扁線與硅鋼片組合。 定子生產(chǎn)工藝和扁線質(zhì)量息息相關(guān),扁線質(zhì)量試驗(yàn)直接影響定子生產(chǎn)合格率,是扁線生產(chǎn)制造的重要環(huán)節(jié)。 本工作通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),介紹了漆包銅扁線質(zhì)量控制的重要試驗(yàn)過程、原理和試驗(yàn)分析。

1 機(jī)械性能

扁線機(jī)械性能試驗(yàn)需要綜合考慮銅基體材料和漆膜材料的特性,以及組合性質(zhì),同時會涉及制成成品后在驅(qū)動電機(jī)定子組裝過程中的適用性。 新能源汽車驅(qū)動電機(jī)定子工藝流程圖見圖1。 認(rèn)識定子工藝對理解扁線機(jī)械性能試驗(yàn)過程具有重要指導(dǎo)意義,如發(fā)卡成型對圓棒彎曲、排發(fā)卡(Pin)對靜摩擦力、電氣性能對擊穿電壓等試驗(yàn)性能的要求較高。

圖1 驅(qū)動電機(jī)定子工藝流程圖

扁線生產(chǎn)過程中各工序?qū)Ρ饩€機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果起著至關(guān)重要的作用,如退火對扁線柔軟度、涂漆烘焙對漆膜附著性等試驗(yàn)結(jié)果影響較大。 扁線生產(chǎn)工藝流程圖見圖2。

1.1 尺寸測量

GB/T 4074.2—2008《繞組線試驗(yàn)方法 第2 部分:尺寸測量》[2]中介紹了脫去漆膜時應(yīng)采取不損傷導(dǎo)體的方式,以及漆包銅扁線導(dǎo)體測量量具(千分尺和測徑儀)。

漆包線脫去漆膜的方式主要包括機(jī)械打磨法、激光法和化學(xué)脫漆法(堿溶液法)。 機(jī)械打磨法對導(dǎo)體有一定的損傷;激光法對成本和設(shè)備要求較高;實(shí)驗(yàn)室常采用化學(xué)脫漆法,將待測試樣置于加熱的堿溶液中,經(jīng)過一定時間后取出,浸水冷卻后進(jìn)行測量。 堿溶液法脫除漆包線表面漆膜的原理是堿溶液對高分子樹脂進(jìn)行堿性水解,降低了漆膜之間的結(jié)合力,從而使漆膜從銅基體上脫除。 目前,國內(nèi)化學(xué)脫漆劑存在毒性大、污染嚴(yán)重等問題,研發(fā)綠色環(huán)保的水性脫漆劑是未來的發(fā)展趨勢。

導(dǎo)體測量時,在寬窄邊隨機(jī)取3 個位置分別測量,取其平均值。 千分尺測量增加了檢測人員的工作量,且測量結(jié)束后需要人工記錄數(shù)據(jù),容易出錯;測徑儀是現(xiàn)代化工廠導(dǎo)體測量的首選方案,可以通過工控機(jī)實(shí)時采集數(shù)據(jù),但需要定期對測徑儀進(jìn)行人工校準(zhǔn)。

偏心度(單邊漆膜厚度最大值與最小值之比)測量時,采用100 ～500 倍金相顯微設(shè)備對金相切片試樣橫截面進(jìn)行標(biāo)注,測量精度可達(dá)0.01 μm。 金相切片上可以標(biāo)注導(dǎo)體尺寸,也可以直接測量漆膜厚度。 金相切片測量圖見圖3。

圖3 金相切片測量圖

用戶可以自定義測量點(diǎn)的數(shù)量和測量方式,計(jì)算機(jī)在采集、存儲測量值后,輸出偏心度測量報告。偏心度反映了涂漆成膜厚度的均勻程度。 涂漆偏心時,在漆膜最小厚度處,容易導(dǎo)致折彎開裂、漆膜耐壓水平降低。 目前,車用驅(qū)動電機(jī)行業(yè)扁線漆膜的偏心度一般控制在1.5 以內(nèi)。

1.2 拉伸試驗(yàn)

評定扁線成品的基本機(jī)械性能常用的試驗(yàn)方法是拉伸試驗(yàn)[3]。 試驗(yàn)指標(biāo)為斷裂伸長率和抗張強(qiáng)度[4-5];試驗(yàn)方法是在伸長儀或拉力試驗(yàn)機(jī)上,以(5±1) mm·s-1的速率將1 根自由測試長度為200 ～250 mm 的校直試樣拉伸至導(dǎo)體斷裂。

1)斷裂伸長率

斷裂伸長率體現(xiàn)扁線成品的塑性,也稱為柔軟度[6]。 測試3 個試樣,分別計(jì)算導(dǎo)體斷裂時的長度線性增量與自由測試長度之比,取其平均值作為斷裂伸長率,計(jì)算見公式(1)。

式中:δ為試樣的斷裂伸長率,%;l0為校直試樣自由測試長度,mm;l為試樣拉伸斷裂時的長度,mm。

根據(jù)GB/T 7095.1—2008《漆包銅扁繞組線 第1 部分:一般規(guī)定》[7],導(dǎo)體窄邊小于2.5 mm 時,最小斷裂伸長率為30%;導(dǎo)體窄邊在2.5 ～5.6 mm 范圍內(nèi)時,最小斷裂伸長率為32%。

2)抗張強(qiáng)度

抗張強(qiáng)度為材料在拉伸試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的強(qiáng)化階段時的強(qiáng)度極限。 測試3 個試樣,分別記錄斷裂時拉力測試值與原始截面積之比,取其平均值作為抗張強(qiáng)度,計(jì)算見公式(2)。

式中:σb為試樣的抗張強(qiáng)度,MPa;F為試樣拉斷時的拉力,N;a為導(dǎo)體窄邊長度,mm;b為導(dǎo)體寬邊長度,mm;r為導(dǎo)體圓角半徑,mm。

抗張強(qiáng)度易受溫度和拉伸速率的影響。 例如,在高聚物玻璃化溫度以下,且形變很小時,應(yīng)力迅速上升,引起脆性斷裂;溫度逐漸升高時,在大應(yīng)力作用下,分子鏈段的斷裂主要表現(xiàn)為脆性斷裂,但略帶韌性;當(dāng)溫度接近玻璃化溫度,且應(yīng)力較小時,鏈段仍能移動,產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈形變。 此時,無定形高聚物鏈段有取向,可能部分結(jié)晶,在試樣中部出現(xiàn)細(xì)頸,斷裂時表現(xiàn)為韌性,如在高彈態(tài)、應(yīng)力不大時便能產(chǎn)生高彈形變,故斷裂時表現(xiàn)為軟韌性。 因此,提高拉伸速率可增加斷裂強(qiáng)度。 扁線成品需要具有高伸長率、低抗張強(qiáng)度,從而利于定子生產(chǎn)過程中的校直、成型、扭轉(zhuǎn)等形變工藝。

在成品線的實(shí)際檢測評價、屈服特性衡量時,屈服強(qiáng)度常采用材料產(chǎn)生永久殘余塑性變形為原長0.2%時的應(yīng)力,記作σ0.2。

1.3 回彈角

將1 根校直試樣彎折成30°,移除推力后成品線回彈的角度為回彈角(θ)。θ易受成品線導(dǎo)體材料性質(zhì)、導(dǎo)體尺寸、漆膜材料性質(zhì)、漆膜厚度等的影響。θ越小,成品線塑性越好;發(fā)卡端部在扭轉(zhuǎn)后對齊,激光焊接時焊接效果越好,有利于減小焊接電阻、降低電機(jī)溫升。 目前,GB/T 7095.1—2008 中要求θ最大不得超過5°。 絕緣漆在不同厚度下的回彈角與屈服強(qiáng)度(0.2%)的對應(yīng)數(shù)據(jù)見表1。 表1 中,δa為窄邊漆膜厚度均值;δb為寬邊漆膜厚度均值;δr為導(dǎo)體圓角漆膜厚度均值。

表1 不同厚度下的回彈角與屈服強(qiáng)度(0.2%)的對應(yīng)數(shù)據(jù)

目前,扁線回彈試驗(yàn)設(shè)備多為手動機(jī)械式設(shè)備,讀取刻度盤上的回彈角時,設(shè)備狀態(tài)和試驗(yàn)操作均會對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾。 市場上現(xiàn)有電動回彈設(shè)備的試驗(yàn)結(jié)果存在不一致性,尚待研發(fā)出高精度的數(shù)顯回彈設(shè)備,以減少設(shè)備狀態(tài)和人為因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響。

1.4 柔韌性和附著性

柔韌性反映扁線經(jīng)拉伸、卷繞、彎曲或扭絞等外力時,絕緣漆膜不發(fā)生開裂的能力。 測試漆膜柔韌性時,細(xì)線常采用伸長法;粗線適合用彎曲法(內(nèi)緣漆膜壓縮,外緣漆膜伸長)。 扁線多為粗線,須進(jìn)行圓棒彎曲試驗(yàn)來評估扁線的柔韌性。

圓棒彎曲試驗(yàn)過程:將1 根長約400 mm 的校直試樣在拋光圓棒上沿兩個方向各彎曲180°,形成伸長的S 形,圓棒彎曲直徑要求見表2。 U 形彎頭之間的直線部分應(yīng)至少為150 mm,確保試樣不翹曲,彎頭平整。 彎曲后,用6 ～10 倍放大鏡檢查是否開裂。 優(yōu)異的圓棒彎曲性能有助于扁線在折彎機(jī)上進(jìn)行2D、3D 成型工序,然后將其折彎成發(fā)卡,且發(fā)卡扭轉(zhuǎn)處不出現(xiàn)裂痕。

表2 圓棒彎曲直徑

附著性反映了扁線受外力時,絕緣漆膜不脫離銅基體的能力。 在經(jīng)剝離或扭絞后,漆膜起鼓,即使未完全脫離,也認(rèn)為漆膜失去了附著性。

附著性試驗(yàn)過程:將1 根長約300 mm 的校直試樣拉伸至產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的百分比。 在試樣有效測量長度的中間位置,切割絕緣1 圈直至導(dǎo)體,再進(jìn)行拉伸,檢查并記錄試樣從切割點(diǎn)開始單向測量失去附著性的距離,記錄最大值。 附著性試驗(yàn)又稱環(huán)切試驗(yàn)。 GB/T 7095.1—2008 中附著性規(guī)定:成品線環(huán)切后拉伸15%,漆膜失去附著性距離小于1 倍的導(dǎo)體寬邊。 影響附著性的因素有銅基體表面屬性、漆種屬性、首道涂漆上漆量等。

1.5 摩擦因數(shù)試驗(yàn)

摩擦因數(shù)測試參考IEC 60851-3:2013 中的方法,其中涉及的靜摩擦因數(shù)測試, 目前 GB/T 7095.1—2008 中尚未定義。 靜摩擦因數(shù)可以判斷扁線的排線和放線性能,同時靜摩擦因數(shù)試驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)較為簡單。

靜摩擦試驗(yàn)過程:將4 根試樣校直后,分別安裝在滑塊和滑板上,選擇合適質(zhì)量砝碼與滑塊一起置于滑板上(確保校直試樣表面互相接觸),固定滑板的一端,以(1±0.5)°·s-1的速率緩慢傾斜另一端,當(dāng)滑塊開始下滑時,傾斜角的正切值即為靜摩擦因數(shù)。

2 電性能

2.1 介質(zhì)損耗-溫度曲線

介質(zhì)損耗-溫度曲線描述的是以漆膜為電介質(zhì)時損耗角正切值隨溫度變化的曲線。 在曲線上,當(dāng)損耗角正切值發(fā)生突變時,對應(yīng)的溫度即為介損溫度。 介質(zhì)損耗角正切值是電容器的基礎(chǔ)參數(shù),電容器工作時消耗的有功功率與無功功率之比見公式(3)。

式中:PC為電容有功功率,W;QC為電容無功功率,var。

漆包線烘焙過程中,在漆液中溶劑蒸發(fā)、漆基交聯(lián)固化等物理化學(xué)變化發(fā)生后會形成漆膜。 漆膜樹脂分子烘焙狀態(tài)(交聯(lián)度)也稱為漆膜的固化程度。在不同溫度下,漆基高分子呈現(xiàn)玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)等3 種力學(xué)狀態(tài)。 不同狀態(tài)下漆基的物理性質(zhì),如比容、比熱、折光性、介電性能和力學(xué)性能等,均會急劇變化。

漆包線介損溫度測試:在漆包線外表面涂敷一層導(dǎo)電石墨,并將其置于可加熱的電橋內(nèi)作為電極,與漆包線導(dǎo)體組成一個電容和電阻組合體,阻容組合體見圖4。

圖4 阻容組合體示意圖

通過電橋向漆包線漆膜施加交流1.0 V 的電壓(頻率為1 kHz),并將阻容組合體加熱升溫,通過測試儀設(shè)備記錄不同溫度下對應(yīng)介損瞬時值。 采用升溫方式,當(dāng)漆基高分子從玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變時,介電性能會發(fā)生突變,并在測試儀曲線上出現(xiàn)第一個拐點(diǎn),對應(yīng)的玻璃化溫度為Tg;繼續(xù)升溫,當(dāng)高彈態(tài)向黏流態(tài)轉(zhuǎn)變時,會出現(xiàn)第二拐點(diǎn),對應(yīng)的流化溫度為Tf。 介質(zhì)損耗溫度曲線見圖5。 記錄拐點(diǎn)處切線與溫度軸的交點(diǎn),并將溫度向前推移,作為漆包線的固化溫度。

圖5 介質(zhì)損耗-溫度曲線圖

2.2 局部放電試驗(yàn)

車載充電機(jī)(OBC)將交流電轉(zhuǎn)化為500 V 的直流電后, 通常采用 DC-DC 模塊將其升壓至800 V。 某汽車企業(yè)采用復(fù)用定子電驅(qū)動線圈來優(yōu)化OBC 結(jié)構(gòu)。 但是,該設(shè)計(jì)會導(dǎo)致定子繞組線存在高壓漏電可能性。 因此,在生產(chǎn)汽車用扁線時要進(jìn)行高壓局部放電測試[8]。 高壓局部放電量增大會導(dǎo)致升壓回路等效電阻增加,從而降低電能轉(zhuǎn)換效率。 此外,電荷在電場作用下做功會轉(zhuǎn)化為焦耳熱,導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱加劇,影響使用壽命,見公式(4)～公式(5)。

式中:dQ為瞬時焦耳熱,J;ui為瞬時電壓,kV;dq為視在電荷,pC。

式中:P為放電功率,W;qi為瞬時視在電荷,pC;Tref為參考時間間隔,ns。

局部放電測試用于檢測局部放電起始電壓(PDIV)和局部放電熄滅電壓(PDEV),以確認(rèn)定子扁線的高壓介電性能是否符合扁線電機(jī)定子電性能測試的要求。 根據(jù)GB/T 4074.7—2009《繞組線試驗(yàn)方法 第7 部分:測定漆包繞組線溫度指數(shù)的試驗(yàn)方法》[9]中5.1.2 規(guī)定的方法,制備試樣并進(jìn)行試驗(yàn),在升壓速率為100 V·s-1條件下,設(shè)定視在電荷量閾值為100 pC,以確定PDIV和PDEV。 試驗(yàn)結(jié)果見圖6,其中Q閾值為電荷量閾值。

圖6 局部放電測試結(jié)果圖

為提高試驗(yàn)結(jié)果的可靠性,建議進(jìn)行3 次制樣試驗(yàn),取試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為最終結(jié)果,具體計(jì)算方法見公式(6)。

目前,扁線電機(jī)對PDIV的要求根據(jù)定子線圈實(shí)際工況來決定。 常溫下的PDIV建議按照2 倍的額定工作電壓來確定;高溫下則基于試驗(yàn)溫度由供需雙方協(xié)定,一般取1.3 ～1.8 倍的額定工作電壓。

2.3 耐電暈試驗(yàn)

GB/T 4074.21—2018《繞組線試驗(yàn)方法 第21部分:耐高頻脈沖電壓性能》[10]中規(guī)定,在常壓空氣中,使用高頻脈沖電壓來測定繞組線的耐高頻脈沖電壓性能。 根據(jù)GB/T 4074.7—2009 中5.1.2 的規(guī)定制備試樣,為了確保同批試樣性能均勻,在進(jìn)行耐高頻脈沖試驗(yàn)之前,需要對所有試樣進(jìn)行1 000 V的工頻交流耐壓試驗(yàn)篩選,電壓持續(xù)時間為1 s。 只有通過工頻交流耐壓試驗(yàn)篩選出合格的樣品后,才能進(jìn)行耐高頻脈沖試驗(yàn)。

為了模擬扁線電機(jī)的工作條件,高頻脈沖設(shè)備自帶電熱(鼓風(fēng)) 干燥功能,試樣至少需要預(yù)熱15 min,溫度需要達(dá)到(155±3)℃;然后,施加頻率為(20±0.4)kHz、穩(wěn)態(tài)沖擊電壓為±1 250 V(標(biāo)稱絕緣厚度不大于0.210 mm)或±1 500 V(標(biāo)稱絕緣厚度大于0.210 mm)的雙極性對稱性方波、占空比為50%、上升沿為100 ns 的高頻脈沖電壓。 需要測試5個試樣,記錄最小擊穿時間和中間值作為測試結(jié)果。

目前,一般要求耐電暈擊穿時間中間值不小于12 h(寬松);部分用戶要求更嚴(yán)格,要求大于70,72,75 h。 耐電暈性能與扁線漆膜的變頻層厚度和偏心度相關(guān),而漆膜厚度的一致性取決于變頻漆的低誘電性能。

2.4 擊穿電壓

根據(jù)GB/T 7095.1—2008 中規(guī)定,1 級和2 級膜厚漆包銅扁線的最小擊穿電壓見表3。

表3 1 級和2 級膜厚漆包銅扁線的最小擊穿電壓V

結(jié)合GB/T 4074.5—2008《繞組線試驗(yàn)方法 第5 部分:電性能》[11]中規(guī)定,漆包銅扁線的擊穿電壓測試宜用鋼珠法,其中鋼珠直徑不得大于2 mm。測試時,試樣應(yīng)在直徑為25 mm 或50 mm 的圓棒上彎曲,并置于容器中,在周圍至少5 mm 處填充鋼珠以防止閃絡(luò)。 測試5 個試樣,分別記錄其擊穿電壓。其中,最多只有1 個試樣可超過最小擊穿電壓的50%,但至少4 個試樣在最小擊穿電壓以上。 型式試驗(yàn)時,應(yīng)進(jìn)行高溫?fù)舸╇妷涸囼?yàn),具體試驗(yàn)溫度由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或供需雙方協(xié)定。

2.5 鹽水針孔

由于GB/T 7095.1—2008 中未定義鹽水針孔,對扁線的鹽水針孔試驗(yàn)可以參照GB/T 4074.5—2008 進(jìn)行。

鹽水針孔試驗(yàn)過程:將1 根長為(5±0.2)m 的試樣彎曲成直徑為(300±100)mm 的圓環(huán),然后將其置于(125±3)℃的空氣循環(huán)烘箱中處理10 min。在不彎曲、不拉伸的情況下,將試樣冷卻至室溫,然后浸入濃度為2 g·L-1的NaCl 溶液中,并加入適量濃度為30 g·L-1的酚酞乙醇溶液。 在試驗(yàn)中,試樣導(dǎo)體和電解質(zhì)溶液接入電氣回路,其開路直流輸入電壓為(12±2)V,以試樣為負(fù)極接入溶液中,施加電壓1 min。 此試驗(yàn)結(jié)果中,不可有針孔出現(xiàn)(鹽水中會出現(xiàn)紅色流束)。 在實(shí)際測試中,扁線的鹽水針孔失效較少,此測試水平有待改進(jìn)。

3 熱性能

3.1 熱沖擊

根據(jù)GB/T 4074.3—2008 中5.1.2 規(guī)定制備扁線試樣,并進(jìn)行寬邊彎曲(圓棒直徑為6 倍的導(dǎo)體窄邊),最小熱沖擊溫度見表4。

表4 最小熱沖擊溫度

漆膜外側(cè)承受拉伸應(yīng)力,內(nèi)測承受擠壓應(yīng)力,同時還要應(yīng)對溫度的劇烈變化。 由于導(dǎo)體和漆膜線性膨脹系數(shù)不同,漆膜容易出現(xiàn)開裂。 耐熱沖擊測試[12]用于漆包線漆膜在機(jī)械應(yīng)力作用和熱作用下的耐受能力試驗(yàn)。

3.2 軟化擊穿

漆包線的軟化擊穿性能是指漆包線漆膜在機(jī)械力和高溫作用下塑性變軟的能力。 GB/T 7095.1—2008 對軟化擊穿試驗(yàn)未作詳述,可參考GB/T 4074.6—2008 中規(guī)定的試驗(yàn)方法。

軟化擊穿試驗(yàn)過程:在升溫加熱狀態(tài)下,將試樣置于軟化擊穿試驗(yàn)儀中心,在試樣漆膜上施加規(guī)定的砝碼;然后,將扁線試樣的一端刮去漆膜,并與試驗(yàn)電極相連,通過大電流時,加熱至漆膜擊穿,軟化擊穿試驗(yàn)儀記錄擊穿時的溫度即為軟化擊穿溫度。

扁線熱性能試驗(yàn)與漆膜的厚度和絕緣漆的種類有關(guān)。 不同種類的絕緣漆生產(chǎn)出的不同熱級的扁線產(chǎn)品,軟化擊穿溫度也不相同。

3.3 溫度指數(shù)

扁線的溫度指數(shù)應(yīng)按照GB/T 4074.7—2009中的規(guī)定,在未浸漬試樣上進(jìn)行測試。 溫度指數(shù)是相對熱壽命的測量值,將絕緣材料熱壽命的阿倫尼烏斯指數(shù)模型轉(zhuǎn)化為線性模型,并設(shè)置高溫壽命加速測試點(diǎn),采用最小二乘法確定線性模型的參數(shù),從而推算出在20 000 h 下漆包銅扁線所對應(yīng)的溫度。

目前,溫度指數(shù)試驗(yàn)過程較為復(fù)雜。 高溫下耐電壓試驗(yàn)的組數(shù)越多,試驗(yàn)結(jié)果越精確,但會增加人工記錄與計(jì)算的工作量,且效率較低。 國內(nèi)溫度指數(shù)試驗(yàn)現(xiàn)普遍作為漆包線的型式試驗(yàn),亟需研發(fā)出配套試驗(yàn)設(shè)備以提高試驗(yàn)效率,并在漆包扁銅線生產(chǎn)廠家中推廣應(yīng)用。

4 化學(xué)性能

GB/T 7095.1—2008 中對漆包銅扁線化學(xué)性能的要求包括耐溶劑和耐變壓器油。 耐溶劑測試是使用標(biāo)準(zhǔn)溶劑(體積配比為60% 石油溶劑-20% 二甲苯-10%丁醇)進(jìn)行處理,然后采用硬度為H 的鉛筆進(jìn)行測試,要求漆層不被刮破。 變壓器油對漆包銅扁線漆膜具有一定的溶脹和溶解力,因此耐變壓器油測試具有現(xiàn)實(shí)意義。

4.1 耐溶劑

將1 根長為150 mm 的漆包線校直試樣置于強(qiáng)迫通風(fēng)的(130±3)℃烘箱中預(yù)處理(10±1)min。 隨后,將有效長度試樣浸入盛有標(biāo)準(zhǔn)溶劑的玻璃容器中,溶劑溫度為(60±3)℃,持續(xù)(30±3)min。 取出試樣后,應(yīng)在30 s 內(nèi)測試其表面硬度。 對于扁線,試驗(yàn)應(yīng)在其寬邊上進(jìn)行,鉛筆應(yīng)以(60±5)°斜置于漆包線表面,并以(5±0.5)N 的壓力沿漆包線表面緩慢推移。 進(jìn)行3 次測試試驗(yàn),分別記錄漆膜被刮掉后露出導(dǎo)體的情況。

4.2 耐變壓器油

GB/T 7095.1—2008 中對扁線耐變壓器油的規(guī)定尚未定義,因此,試驗(yàn)過程參考GB/T 4074.4—2008《繞組線試驗(yàn)方法 第4 部分:化學(xué)性能》[13],記錄擊穿電壓和開裂情況。 對于非油式工作場合,如驅(qū)動電機(jī)定子繞組,可僅做型式試驗(yàn)或不作要求。尚待規(guī)范修訂后,給出流程簡單、容易操作的耐變壓器油試驗(yàn),并在國內(nèi)各漆包線生產(chǎn)廠家中推廣應(yīng)用。

5 在線檢測

5.1 粒子針孔在線檢測

目前,扁線生產(chǎn)采用高壓漆膜連續(xù)性缺陷在線檢測方式。 對于粒子檢測,采用夾持式V 型槽電極對行線寬面和窄面分別施加電壓,行線粒子會彈開電極,通過電極位移量轉(zhuǎn)化為電壓,再通過設(shè)定電壓來對粒子進(jìn)行閾值研判報警;對于針孔缺陷,可通過設(shè)定漏電流閾值研判報警。 通過靜態(tài)劃分行線,以定米數(shù)為單位視窗,各視窗獨(dú)立展示缺陷情況。 然而,當(dāng)行線質(zhì)量超過特定設(shè)置報警下線時,這種在線檢測方式對縱向粒子和密集性缺陷存在漏判的情況。

通過增加粒子寬度檢測,將電極彈開時間轉(zhuǎn)化為一定增益以放大粒子顯示電壓,可以更加真實(shí)地反映粒子大小,也可以增加動態(tài)視窗以發(fā)現(xiàn)密集性缺陷,并防止缺陷分在相鄰視窗。 但是,此類機(jī)械式在線檢測裝置需要定期校準(zhǔn)靈敏度,并進(jìn)行使用狀態(tài)確認(rèn)。

5.2 線徑在線檢測

漆包線生產(chǎn)要求成軸成盤收線,在測量漆包線外徑時,通常只能在外層取線,并以樣本代替總體,這種基于統(tǒng)計(jì)的線徑測量存在局限性。 現(xiàn)有部分漆包線生產(chǎn)廠家采用激光測徑儀,在收線位置對整盤線外形尺寸等時間間隔采樣,并通過設(shè)置上下限來約束外形,一旦超出尺寸立即報警,并進(jìn)行下線調(diào)整。

可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上改進(jìn),即在電腦(PC)端增加對線徑的采集數(shù)據(jù),并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過程控制(SPC)分析。 通過更新采樣數(shù)據(jù),實(shí)時更新過程能力指數(shù),動態(tài)地展現(xiàn)控制圖,并及時發(fā)出預(yù)警,指導(dǎo)生產(chǎn)人員做出線徑調(diào)整。

5.3 機(jī)器視覺在線檢測

基于機(jī)器視覺的圖像處理技術(shù)應(yīng)用于漆包線外觀在線檢測,可彌補(bǔ)漆包線因連續(xù)生產(chǎn)不能停機(jī)而無法實(shí)時觀察的缺點(diǎn),可提高生產(chǎn)過程中對漆包線表面質(zhì)量的監(jiān)控能力。 基于電荷耦合元件(CCD)相機(jī)的快速圖片抓拍功能,將圖片數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深度學(xué)習(xí),可以對漆包線粒子、麻皮、氣泡等進(jìn)行識別、分類、報警下線。 這種非接觸式無損檢測新技術(shù)更適用于漆包線表面外觀檢測領(lǐng)域,可以明顯改善漆包線產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。

6 結(jié) 論

新能源汽車的崛起與扁線電機(jī)的需求量遞增,將帶動漆包銅扁線行業(yè)的快速發(fā)展。 熟悉扁線試驗(yàn)原理、過程和產(chǎn)品質(zhì)量屬性,并利用試驗(yàn)原理分析指導(dǎo)生產(chǎn),可以提前調(diào)整扁線生產(chǎn)狀態(tài),將其從介穩(wěn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)生產(chǎn),從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。 扁線性能試驗(yàn)是控制扁線生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵。 通過改善試驗(yàn)條件、更新試驗(yàn)設(shè)備和完善試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),將會使國內(nèi)漆包銅扁線的生產(chǎn)水平顯著提高。