Kritische Funktionen des Bindedrahts in NEV-Traktionsmotoren

In der hochbeanspruchten Umgebung eines Traktionsmotors eines New Energy Vehicle (NEV) dient der Bindedraht (auch als Bindeschnur oder Statorbinder bekannt) als primärer mechanischer Stabilisator für die Statorwicklungen. Im Gegensatz zu Industriemotoren, die mit konstanter Drehzahl arbeiten, unterliegen NEV-Motoren einer schnellen Beschleunigung, hochfrequenten Vibrationen und erheblichen Zentrifugalkräften. Der Bindedraht sorgt dafür, dass die Endwicklungen – der Teil der Kupferspulen, der über den Statorkern hinausragt – unbeweglich bleiben. Diese Unbeweglichkeit ist von entscheidender Bedeutung, da jede Mikrobewegung der Drähte während des Betriebs zu einem durch Reibung verursachten Isolationsverschleiß führen kann, der schließlich zu Kurzschlüssen von Phase zu Phase oder Erdungsfehlern führen kann.

Darüber hinaus spielt der Bindedraht eine wichtige Rolle beim Wärmemanagement. Durch die feste Befestigung des Wicklungsbündels werden Luftspalte zwischen einzelnen Leitern vermieden, was die Wirksamkeit sekundärer Isolierharze oder -lacke während des Imprägnierungsprozesses verbessert. Diese dichte Packung verbessert die Wärmeleitfähigkeit des Spulenkopfes und ermöglicht eine effizientere Ableitung der durch hohe Stromdichten erzeugten Wärme über das Motorgehäuse oder den Kühlmantel.

Erweiterte Materialien und thermische Klassifizierungen

Die Auswahl der Materialien für New Energy Fahrzeugmotor-Bindedraht wird durch die thermischen und chemischen Anforderungen des Antriebsstrangs des Fahrzeugs bestimmt. Standard-Industriematerialien versagen in NEVs häufig aufgrund der hohen Betriebstemperaturen, die Spitzenwerte von 180 °C bis 200 °C erreichen können (Isolierung der Klasse H oder N). Moderne Bindedrähte werden typischerweise aus hochfesten synthetischen Fasern hergestellt, die ein ausgewogenes Verhältnis von Zugfestigkeit und thermischer Stabilität bieten.

Gängige Materialien für Bindedrähte

• Polyester (PET): Wird häufig in Anwendungen der Klasse F (155 °C) verwendet. Es ist kostengünstig und bietet gute Schrumpfeigenschaften, die dazu beitragen, die Verbindung während des Aushärtungsprozesses zu festigen.

• Aramid (Nomex/Kevlar): Wird für Hochleistungsmotoren der Klasse H (180 °C) verwendet. Aramidfasern bieten eine hervorragende Hitzebeständigkeit und schmelzen nicht, was einen hohen Sicherheitsspielraum bei Überdrehmomentbedingungen bietet.

• Glasfaserbänder: Wird häufig in großen Elektrofahrzeugmotoren oder Busmotoren eingesetzt, bei denen die mechanische Steifigkeit im Vordergrund steht. Es verfügt über eine hervorragende chemische Beständigkeit gegenüber Motorölen und Kühlflüssigkeiten.

• Wärmeschrumpfende Kabel: Diese Spezialschnüre sind so konzipiert, dass sie um einen bestimmten Prozentsatz (normalerweise 5–10 %) schrumpfen, wenn sie der Hitze im Aushärtungsofen ausgesetzt werden, wodurch sich automatisch die Spannung der Wicklungen erhöht.

Technische Spezifikationen und Vergleichstabelle

Wenn Ingenieure einen Bindedraht für eine neue Motorplattform auswählen, müssen sie die Zugfestigkeit, Schrumpfrate und Kompatibilität mit Imprägnierharzen bewerten. Die folgende Tabelle vergleicht die typischen Eigenschaften von Bindematerialien, die in der NEV-Industrie verwendet werden.

Best Practices für die Statorbindung und -schnürung

Das Aufbringen von Bindedraht ist ein Präzisionsprozess, der sich von der manuellen Schnürung zur vollautomatischen CNC-Stationsschnürung weiterentwickelt hat. Für NEV-Hersteller ist die Aufrechterhaltung einer konstanten Spannung der wichtigste Parameter in diesem Prozess.

Wichtige Implementierungsfaktoren

• Spannungskontrolle: Um eine gleichmäßige Kompression des Wickelkopfes zu gewährleisten, muss der Bindedraht mit konstanter Spannung angelegt werden. Unterspannung führt zu Vibrationen, während Überspannung den primären Drahtlack beschädigen kann.

• Knotensicherheit: Beim automatisierten Schnüren müssen der „Steppstich“ oder spezielle Knoten verwendet werden, um sicherzustellen, dass sich die Schnürung nicht auflöst, wenn ein Abschnitt des Drahtes beschädigt wird.

• Verankerung des Anschlusskabels: Der Bindedraht wird oft verwendet, um die dicken Anschlussdrähte (Ausgangskabel) am Statorkörper zu befestigen. Dadurch wird verhindert, dass die Lötstellen oder Anschlüsse durch Ermüdungsschäden durch Fahrzeugbewegungen versagen.

• Harzkompatibilität: Es ist unbedingt darauf zu achten, dass die Oberfläche des Bindedrahts (z. B. Wachs- oder Ölbehandlungen) die Bindung des Trickle- oder VPI-Harzes (Vacuum Pressure Impregnation) nicht beeinträchtigt.

Zukünftige Trends bei der Stabilisierung von Elektrofahrzeugmotoren

Mit der Umstellung der Branche auf 800-V-Architekturen und Motoren mit höherer Drehzahl (über 20.000 U/min) werden die Anforderungen an Bindedrähte immer strenger. Wir sehen einen Trend zu „harzreichen“ Schnürbändern, die ihren eigenen Kleber tragen, sowie zu kohlenstofffaserverstärkten Schnüren für Ultrahochgeschwindigkeitsrotoren. Diese Innovationen zielen darauf ab, die Masse der Endwicklungen zu reduzieren und gleichzeitig die extreme Steifigkeit zu gewährleisten, die erforderlich ist, um Verformungen unter elektromagnetischen Stoßbelastungen zu verhindern.