驱动电机性能与PEEK铝型材

聚醚醚酮,也称为偷看,是一个著名的热塑性聚合物。这个有机化合物属于家族polyaryl醚酮(PAEK)聚合物包括其他众所周知的名称,如聚醚酮酮(PEKK)和聚醚酮(PEK)。类似于许多PAEK家庭成员,PEEK在室温下是一种半晶状的聚合物和含有酮醚两岸联系单一的芳基根,如图1所示。由于PEEK是热塑性塑料,它不分解的熔化温度。

这使得它非常适合融化处理,它可以发展成一个高度不同的其他形式的集合。虽然新的和更多的专业塑料已经开发的热塑性塑料行业,PEEK仍然是一个重要成员的最有影响的聚合物塑料。

图1所示。聚醚醚酮聚合物,或[4 - (4-methoxyphenoxy)苯基](4-methyl-phenyl)甲烷^[1]。一)粘结层PEEK重复单体单元的画;B)范德瓦耳斯球球棍模型和C)。白色=氢;灰色=碳水化合物;红色=氧气。与终端羟基(如图所示)。

受欢迎的属性

PEEK,尽管作为一个新来者的热塑性塑料(ca。1978),迅速成为流行由于其许多有用的属性。除了它的加工性能,这种有机材料是一个非常困难的材料转化为成品寿命长、强度高。此外,PEEK的硬度带来优越的耐磨损和磨蚀(穿)和低摩擦系数。类似于PAEK家族的许多成员,PEEK不是容易水解,吸水率相对较低^(2、3)。这些属性为PEEK的脆化之前延长使用寿命。同时,PEEK是抵抗几乎所有常见的洗涤剂、溶剂和其他化学物质,除了一些物质如硫酸和某些卤代酸。然而,PEEK最引用属性是它的耐高温不表现出许多其他类似的聚合物。PEEK融化在343°C (649°F)和实际操作温度上限260°C (500°F)与某些属性保留在这个温度,如表1示。(PEEK的温度下限延伸到小于-70°C / -94°F)^(4、5)。因此,PEEK视为最耐热聚合物之一。这些属性共同使PEEK适合许多潜在的应用在许多不同的环境。

表1。代表PEEK属性

财产	ASTM	价值
熔体温度(°C /°F)		343/649.4
上服务温度(°C /°F)		250 - 60 / 482 - 500
低操作温度(°C /°F)		-70/-94
玻璃化转变温度(°C /°F)		150/302
抗拉强度(MPa)	D638	75 - 97
吸水率(%)	D570	0.1 - 0.45
密度(克/厘米3)	D792	1.10 - 1.48
体积电阻率(Ω•厘米)	D257	1.6 x 1016
绝缘强度(V /毫升)	D149	504年
介电常数(@ 1 MHz)	D150	2.2 - 3.0
颜色		不透明;浅棕色或棕色
PEEK属性显示为本地或空缺PEEK聚合物树脂。

PEEK的多功能性

聚合物,PEEK发现在一系列通用和高度专业化的应用领域。PEEK是热塑性塑料具有优良的硬度,因此它可以被注入塑造成不同的部分,如引擎组件,管道法兰结构部分,牙科植入物,甚至承载部件,如轴承和衬套。PEEK是细可加工的公差如必不可少的螺纹螺丝等零件。它可以挤压创建一个广泛的径向部分常规油管等联合席位,齿轮,甚至热收缩形式(宙斯PEEKshrink^®)。

PEEK的特殊特性也使它适合产品,如组件用于生物医学应用,食品包装和药品。它可以挤压单丝,或可产生纤维。PEEK可以细铝型材,可以涂在电线保护和绝缘层或光纤作为加强层(图2)。与PEEK的能力被制成的产品,难怪它被用在许多行业,如航空航天、汽车、医疗、化工、石油和天然气勘探。

图2。特写镜头PEEK绝缘线的例子。

电气相关

新申请PEEK总是在地平线上,多亏了许多优秀的属性作为热塑性聚合物。到1970年代末,聚合物工程师开始调查是否PEEK可以用作商业上可行的涂层电线由于其介电性能^(6、7)。PEEK的行为作为一个绝缘子的电气性能的主要兴趣。PEEK没有移动电子完全是共价键,导致优秀的绝缘性能。然而,作为电介质,PEEK是容易被极化,这使得它能够存储电能。PEEK电介质的介电强度限制存储能量。作为绝缘体材料分解或失败时放置在一个电压超出材料的绝缘强度。这个失败可以表现为电或热介质的不再是可行的。(因此,绝缘强度也称为击穿电压)。实际上,如果材料的绝缘强度较高,其绝缘性能会更好。绝缘强度取决于厚度和单位厚度、常在伏kV /毫升或V /毫升。 PEEK’s dielectric strength may range from 0.5 to 20 kV/mil (ASTM D149) based on its purity and other physical factors, thus allowing it to be used for a wide range of insulating requirements.

此外,PEEK的形态在其绝缘中发挥作用的能力。虽然PEEK聚合物链可以被视为线性总体而言,分子构象空间是弯曲的,涉及多个转折,如图3所示。因此,基于聚合物链的包装性质,PEEK的形态是可变的几乎完全无定形结晶。在热塑性塑料,更多的结晶形式显示更好的绝缘性能,这对PEEK适用。此外,在聚合物处理步骤可以控制形态在一定范围内。这个功能很重要,因为PEEK-coated磁铁线用于电动马达。因此,在涂层过程中,PEEK的绝缘性能可以引导与物理需求创建最优绝缘强度的基础上,提出了应用程序。绝缘强度在一定程度上是一个函数形态属性和材料的厚度,因此,这是合情合理的选择条件下,材料是仔细考虑可能存在高电压或当首选厚度的介质,如涂层线——非常小。

图3。PEEK 2 n聚合物显示弯曲和扭曲构象。)球棍模型;B)范德瓦耳斯球体模型。白色=氢;灰色=碳;红色=氧气。与终端羟基(如图所示)。

材料的绝缘性能,除了绝缘强度,可以描述它的介电常数。这个参数(也称为介电常数)显示了材料在原子水平相比,真空极化的极化率,从而在一定程度上可以储存电能。电介质是绝缘体,因为他们的极化率;就越容易极化,电能存储,从而使他们更好的绝缘体。介电常数表明电场的数量减少或抑制介质相比,真空的存在。作为实例,给出了空气的介电常数为1.00059,为真空1和PEEK约3.0。当介电常数较低,材料的绝缘性能更好的极化却由于其能力将电能存储在电场的存在,不导电。一个绝缘漆包线漆膜具有这样的特性从而提供了明确的好处:作为一个例子,PEEK涂层磁铁线,作为绝缘体或介质,减少了有效电场线和周边或外部环境如地面或金属电机座. .因此,绝缘良好的线可以减少电力损失在操作和提高电动机的效率。

材料的绝缘能力并不仅限于平面尺寸,但体积电阻率也占材料的电阻(逆电导)在三维空间中,通常给出一个统一的体积。一般来说,体积电阻率作为欧姆•厘米(Ω•厘米)。实际上,这个特征衡量材料抵抗强烈的流动电流通过一个立方体积的材料;换句话说,电阻率越低,材料的电导率越大,反之亦然。体积电阻率时,人们普遍认为,材料> 10亚博网站下载⁹电阻率是绝缘体而< 10⁵Ω•厘米电阻率被认为是导电的^[8]。通常,PEEK的体积电阻率是1.6 7×10的范围¹⁶Ω•厘米(ASTM D257)识别PEEK是良好的绝缘体^[8]。

PEEK电动汽车绝缘线

虽然PEEK的力学特性给予相当大的力量和保护线涂料,其最终受益作为电动机的挤压膜应用和磁铁线是其电气性能特征。PEEK能够抵制漏电,甚至可以应用于厚度可预测的性能。绝缘聚合物的好处可以用极薄的挤压涂料,同时仍然保持相当大的结晶度。然而,薄层挤压PEEK的线意味着线仍然可以操纵线圈绕组的弯曲和包装等。尤其是耐化学性PEEK是首选,因为它可能暴露于电子冷却剂,溶剂,使用时清漆磁铁线。PEEK-coated线的强有力的外部保护它免受磨损和损坏的安装期间正常运动构建和线。没有一种类型的聚合物可以提供所有最优特征提升发动机的性能,但PEEK的全面特征使其极具吸引力的电动机和磁导线绝缘。

OEM汽车和汽车比较重建与宙斯PEEK绝缘线和其他PEEK的产品

考虑PEEK绝缘的各种潜在的好处可以提供电机性能,性能属性的OEM汽车和汽车与PEEK绝缘产品重新进行了比较。针对电机采用的是小,0.75马力,460伏,交流感应电动机,很容易获得(图4)。F类(类155 c) OEM-installed电线和绝缘系统包含24 AWG标准35搪瓷磁铁线,涤纶^®聚酯薄膜^®涤纶^®(DMD)绝缘类F导线,诺梅克斯^®和诺梅克斯^®层压板。重建运动包含PEEK击倒在地^®管槽绝缘衬垫和相位和宙斯水晶PEEK绝缘线圈线24 AWG,沉重的构建(1.1密耳),如图5所示。这个重建汽车类H(类180 c),和用涓涓细流清漆树脂绝缘电机。如下所示是缩写的测试结果。

图4。剖视的代表测试电机显示基本的电机组件描述了这项工作。

图5。剖视图的重建电动机转子和轴组件移除。重建运动包含PEEK绝缘线圈线(定子绕组),PEEK击倒在地^®油管作为相绝缘,PEEK击倒在地^®槽内衬油管。

电气测试使用一个执行所有测试专业5™,Amprobe^®AMB55高压绝缘电阻测试仪,Electrom iTIG 12 d,和所有测试PRO OL™。是观察到的基本操作标准,重建与宙斯的电动机产品OEM汽车表现出几乎相同的输出:对地绝缘,对地电容,阻抗,低欧姆电阻,电流/频率(I / F)反应,和电感(表2)。接下来,极化指数测试(根据IEEE Std 43 - 2013附录D;AMPROBE^®AMB55)。OEM汽车极化在10分钟10 GigaOhm测试(数据未显示)。清漆应用之前,电动机重建与宙斯产品极化在12秒1兆欧;细流清漆应用极化后减少到5秒。

表2。比较基本的OEM汽车和汽车的马达操作标准与宙斯PEEK绝缘产品重建。

测试	原来的汽车	宙斯的材料亚博网站下载
电阻	37.7欧姆	38.0欧姆
电感	159年mH	159年mH
阻抗	106欧姆	107欧姆
相角	68.8度	68.6度
I / F	-47%	-46.9%
绝缘电阻	> 1 GigOhm	> 1 GigOhm
电容	< 2µF	< 2µF
测试结果为低欧姆电阻,电感阻抗、电容相角,电流/频率(I / F)反应,对地绝缘,电容为原始电机和电机与Zeus-manufactured产品重建。没有观察到显著差异之间的OEM和Zeus-rebuilt汽车。这种测试使用一个所有测试执行支持5™。

接下来,电机绝缘系统的状况进行了测试使用一个Electrom iTIG D12高和低电压的评估。局部放电(PD)测量的重建和OEM汽车为了点孔隙内部绝缘可能导致失败在变频驱动(VFD)应用程序。

电动机的绕组重建与宙斯PEEK产品和OEM汽车似乎是基于早期测试类似,但PD测试表明,OEM汽车容易失败PD 668070 pC,而重建汽车展出的PD 703 pC(数据未显示)。关于其他性能因素,重建汽车展示了改进的OEM汽车为D因子,Q因子,电容(表3)。这样的改进是一致的测试配置的三种不同的领导。此外,重建电机效率在一定程度上高于OEM执行电机,1746 rpm vs 1715 rpm,分别,尽管略高电压谐波的宙斯PEEK电机(数据未显示)[橡树岭电机效率和负载软件(ORMEL ' 96)]。

表3。比较性能因素的OEM汽车和汽车重建与宙斯PEEK绝缘产品

低压L / C / Z测试数据
	C (nF)	D因子	L (mH)	阻抗	∅角	品质因数
导致1 - 2	0.137	0.012	153.930	969.40	86.1	14.59
带领2 - 3			153.640	967.60	86.1	14.52
导致1 - 3			154.120	970.60	86.1	14.51
平衡			0.3%	0.3%	0.0%	0.6%

低压L / C / Z测试数据
	C (nF)	D因子	L (mH)	阻抗	∅角	品质因数
导致1 - 2	0.147	0.011	153.690	968.30	85.8	13.53
带领2 - 3			153.890	969.50	85.8	13.54
导致1 - 3			153.460	966.80	85.8	13.64
平衡			0.3%	0.3%	0.0%	0.8%
低电压测试结果电容(C),耗散(D)因素,电感(L)、阻抗、相位角(∅)和质量(Q)因素:原始电机绝缘系统(上)和宙斯绝缘系统(底部)。(测试是通过使用一个Electrom iTIG D12)。

在整个测试过程中,电动机与宙斯重建PEEK绝缘线圈线(和其他PEEK产品)显示等于或更好的性能属性相比,OEM汽车在多个领域。更短的吸收时间和更低的泄漏也显示了电动机与重建宙斯看产品。进一步,这电机与最低绝缘系统表现出更高的效率损失。这些结果表明,才能减少失败在逆变器应用程序与宙斯汽车倒后PEEK绝缘线圈线(和其他PEEK产品)。在一起,PEEK的测试证明了优秀的绝缘性能和如何使用这些属性有一个真实的高度有益的方式。

结论

PEEK是一个非常多才多艺的热塑性聚合物。这种材料有许多有益的属性,包括其能力融化加工成许多不同的形式。组件由聚合物有很高的耐磨性和硬度,由于其独特的性质。这些组件也有优良的耐化学性。PEEK具有较高的耐热性使它有别于许多polyaryl醚酮(PAEK)家庭成员和能够承受工作温度为260°C (500°F)。因此,PEEK已成为广泛应用的首选材料。

聚合物塑料增长知识和兴趣,这些材料是专门为使用首选的绝缘体。亚博网站下载材料的加亚博网站下载工性能提供了一定数量的控制他们的许多特性,如形状、厚度、和结晶度有关用于电气设置。PEEK,从这组代表介电极化能力和有许多属性特别优先用于电动马达。其力学属性允许它被挤压在电动机线圈绕组线,及其耐热性很容易存活的高温可以达到在不间断的动作操作。PEEK和其他聚合物塑料的确在范围广泛的电子应用程序变得司空见惯。

找出PEEK能否积极影响电机的性能,一个小容易获得0.75马力,针对,460伏,交流感应电动机线圈线和原始设备绝缘材料是宙斯与相同的运动重建PEEK绝缘产品,如PEEK击倒在地app亚博体育亚博网站下载^®油管和PEEK绝缘线圈线相绝缘和槽内衬。是观察到的基本运动操作,重建和OEM显示几乎相同的输出对地绝缘,对地电容,阻抗,低欧姆电阻,电感,电容相位角和电流/频率(I / F)的反应。极化指数,电动机与宙斯PEEK重建产品极化1兆欧相比的10 GigaOhm OEM汽车。其他测试结果,宙斯PEEK-based汽车展示了改进的OEM汽车在电容,品质因数和D的因素。OEM汽车相比,重建汽车证明略高转速相同负荷下显示获得重建电动机的效率。总的来说,与宙斯的电动机重建PEEK绝缘线(和其他PEEK产品)显示等于或优于OEM汽车性能。这显示了极好的绝缘性能的PEEK绝缘线和其他PEEK产品和提高汽车的性能和效率的潜力。

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