介绍
在瑞典斯德哥尔摩KTH电气工程学院读研究生时，Shafigh Nategh在研究中证明了高导热材料提高电机性能的能力。Nategh的研究“高性能电机的热分析和管理”处理了用于高性能应用的电机的热管理方面，特别关注为混合动力电动汽车应用设计的电机。
188金宝搏网站登录主CoolTherm®SC-320导热硅酮密封剂是一种相对柔软的高导热材料(3.2 W/m∙K)，具有足够低的粘度，可用于真空灌封，在Nategh的研究中进行了评估。电绝缘硅胶封装剂，专为电气/电子应用，提供了优异的导热性能，同时保留了与硅酮相关的理想性能。CoolTherm SC-320密封剂是一种双组分体系，在固化时表现出低收缩率和对组件的应力，并保持低粘度，便于组件封装。CoolTherm SC-320密封剂耐环境腐蚀，ul等级为UL94V0和180C RTI，由添加固化聚二甲基硅氧烷聚合物组成，在密闭空间加热时不会解聚。
在Nategh论文的第一部分中，基于集总参数(LP)和数值方法的结合，提出了液冷(水和油)电机(即电机)的新热模型。评估了一种配备有壳体水套的永磁辅助同步磁阻电机(PMaSRM)，以及一种油冷感应电机，其中油与定子层板直接接触。论文的第二部分对不同缠绕浸渍材料和钢层压材料的热影响进行了评价。
研究了常规清漆和环氧树脂，以及硅基导热浸渍材料(CoolTherm SC-320密封剂)，并比较了三种小型永磁电机的温度分布。
在比较各种浸渍材料的效果时，在每个盆栽电机的不同冷却剂流速和电流水平下，测量了绕组的热点温度。采用CoolTherm SC-320灌封剂的电机的热点温度一般比纯清漆电机低40℃~ 45℃，比环氧树脂灌封电机低约12℃~ 15℃。
尽管其粘度略高于环氧树脂和清漆，但使用CoolTherm SC-320灌封剂在真空填充时没有发现困难。此外，即使灌封密度不是100%，灌封化合物也能有效降低热点温度。例如，当灌封密度从80%降低到50%时，采用CoolTherm SC-320密封剂灌封的电机的热点温度仅增加3℃，而当灌封密度从80%降低到50%时，环氧树脂和清漆灌封电机的热点温度分别增加了19℃和25℃。
Nategh的研究表明，与未封装的电机相比，使用CoolTherm SC320密封剂可将热点温度降低35%至50%，而使用典型的环氧树脂封装材料仅可提高20%至30%。所述灌封化合物可显著改善电动机的功率密度。
电机热点温度的降低(取决于电流)可能会增加给定电机尺寸的可实现功率/扭矩，减少所需功率/扭矩的电机尺寸，并在达到温度极限之前延长电机运行时间。
测试数据分析
对Nategh论文中发现的数据的额外分析是在LORD公司进行的。188金宝搏网站登录本文的热点温度是根据灌封材料的导热系数(只有清漆，0.25 W/m•K;环氧树脂，0.9 W/m•K;和CoolTherm SC-320封装剂，3.2 W/m•K)，冷却剂流量和应用电流。采用常用统计分析软件对数据进行三变量一般析因实验设计分析。结果表明，端部缠绕温度主要取决于浸渍材料的电流和导热系数，而与冷却剂流量的依赖关系不显著。
统计分析进一步表明，与纯清漆电机相比，使用CoolTherm SC-320封装的电机平均端部温度低25°C至45°C;比环氧浸渍电机低10°C至15°C(图1)。与单独的清漆相比，环氧树脂达到150°C的最高温度所需的估计可实现电流增加了14%，CoolTherm SC-320密封剂增加了26%。
由于电流与转矩直接相关，改进的热性能的盆栽电机提供了几个好处:
- 更高的功率密度-更大的扭矩/马力从类似大小的电机;同样的扭矩/马力来自一个更小的马达;以及从电机上去除铜或钢的能力。
- 可靠性更高——低温运行防止绝缘快速退化，延长电机绝缘寿命。
- 较低的铜损耗-较低的操作温度意味着较低的铜损耗;对电流流动的阻力越小= I越低2R的损失。
独立盆栽研究
为了独立验证使用高导电性热材料改善电机性能的有效性，LORD公司与Advanced MotorTech公司合作，这是一家工程咨询和服务公司。188金宝搏网站登录Advanced MotorTech参与工业和高性能机器的研究，开发，制造，测试和重新设计。
Advanced MotorTech公司在一种不同类型的马达上测试了这种灌封剂，这种马达与LORD公司研究中使用的马达不同。188金宝搏网站登录他们购买了F级，3马力，182T框架，全封闭风扇冷却(TEFC)电机额定转速为1760;电压:208-230/460，三相，60 Hz;满载电流:8.4-7.8/3.0。在测试过程中，他们知道在标准电机中使用树脂可以提高电机的性能，使电机运行温度更低或运行强度更大，而不超过其额定温度。Advance MotorTech进入测试，没有先入为主的概念的结果。
每个电机端(驱动端和风扇端)安装6个热电偶，每个绕组底座2个，共12个热电偶测量绕组温度。
热电偶也被添加到电机皮肤，以监测外部温度。四个“接收到的”电机使用“快速，满载测试”进行测试。从该测试中，选择了两台电流、功率和温升相似的电机进行后续测试。
在未安装的电机上进行了相等比较的对照试验。电机被连接到直流发电机上。一台测功机精确地控制发电机的功率输出，一个数字表提供扭矩传感器的读数。为了确定电机之间的准确比较，测试是在相同的房间内完成的，具有相同的负载、发电机和仪表;相同的环境温度(24.8℃)。在测试过程中，电机一直运行到热稳定为止。随着时间的推移，电机的温度不断升高。风扇端运行较冷，轴端运行较暖，两个电机都按照制造商的说明运行。
在选择用于测试的两台电机中，一台未安装，另一台使用CoolTherm SC-320硅胶封装。对于盆栽电机测试，将CoolTherm SC-320树脂与CoolTherm SC-320硬化剂混合。在这项工作中，CoolTherm SC-320硅胶密封剂被倒入电机中，尽管该密封剂可以应用于手持墨盒或自动计量/混合/分配设备。用真空来减少气泡。该胶囊在室温下固化24小时。它也可以在125°C下固化60分钟。固化后，取出镶件，清洗气隙。在封装过程中，Advanced MotorTech的工作人员发现，CoolTherm SC-320封装剂没有表现出其他环氧化合物中常见的“强烈”气味或“刺激眼睛”的烟雾。
相同的负载条件用于盆栽和非盆栽电机-满载测试(100%扭矩)。测试结果表明，盆栽电机的平均整体温度降低了7°C(54°C，而非盆栽控制电机为61°C)。风扇和驱动侧之间的温差仅为3°C，而非安装电机的温差为5°C至6°C。因此，采用CoolTherm SC-320密封剂封装的电机比未封装的电机运行温度更低(图1和图2)。
两台电机还在过载条件下(164%和174%额定转矩)进行了测试，以确定极端条件下的热效应。在最高转矩下，盆栽电机的平均温度比未盆栽电机低30°C。这是一个显著的差异，并可能导致预期寿命延长8倍介质的生活。在盆式电机中，驱动器和风扇侧之间的温差较小(ΔT = 9°C，盆式电机与非盆式电机相比分别为16°C)。
盆栽的马达与未盆栽的马达相比，皮肤温度也有显著差异。测试表明，虽然平均皮肤温度大致相同，但盆栽电机的最热和最冷点之间只有8°C的差异，而未盆栽电机有20°C的差异。因此，盆式电机的皮温分布更加均匀。这可以归因于硅树脂的气隙填充特性。CoolTherm SC-320密封剂均匀、平稳地填充末端绕组周围的所有空气间隙。这导致电机框架周围的温度差异均匀，并有助于减轻电机运行时可能产生的任何压力和性能问题。
结论
洛德公司和KTH的测试结果清楚地表明了导热材料灌封的好处。188金宝搏网站登录采用CoolTherm SC-320密封剂的电机在给定温度下可以提供更大的扭矩和马力，并且在相同扭矩下具有更高的可靠性和更低的铜损耗(图3)。测试表明，在最高施加扭矩和负载时，铜损耗提高了约10%，相差30°C。另外，在相同的最高温度下，盆栽电机的扭矩提高了16%。
开发为电气/电子封装提供优异的导热性，CoolTherm SC-320封装剂还保留了与硅酮相关的理想性能。低粘度灌封剂提供了更好的流动性，同时降低了空气滞留的风险。采用低硬度计设计，降低电子元件的机械应力，降低失效概率。其热膨胀系数低，温度变化引起的应力较小。
CoolTherm SC-320密封剂的可能应用包括需要更轻重量的更高功率，如电动汽车的电机;航空航天执行器和电机;以及便携式发电设备。更好的热管理在电动机可以减少电流，因此，所需的能量提供必要的动力;也可以延长电机的寿命。由于减少了电机绕组所需的铜线数量，也可能节省成本。因此，根据应用的不同，在重量、能量和/或成本方面的节省都是可能的。
188金宝搏网站登录洛德公司将继续与开发伙伴合作，验证在电机灌封应用中使用高导热材料的好处。这些好处包括:更高的功率密度-通过热灌封材料降低铜和钢的重量;提高可靠性——大幅降低工作温度，消除热点;提高效率
