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高功率密度电机越做越小、越转越快,绝缘与可靠性怎么保证?三纳科技SE627环氧胶给出答案

发布时间:2026-10-29人气:6



1  行业背景:机器人把电机“塞进”关节腔,功率密度成了主战场

人形机器人、协作机器人、AGV 与高精度伺服系统正在把电机从“独立部件”压缩成“关节模组里的一个饼状零件”。以人形机器人一体化关节为例,整机对单关节电机提出的要求可以归纳为一句话:在更小的体积、更轻的重量里,输出更高的功率、维持更高的转速,并在高频往复、持续振动的工况下长期不出故障。

行业内常见的技术路径有三条:

· 提高转速:功率 P = T·n/9550,在扭矩受限的前提下把转速从几千 rpm 推到上万乃至数万 rpm,是提升功率密度最直接的手段;

· 提高电流密度与槽满率:用更细的电磁线、更密的绕组排布,把铜填充率做上去;

· 紧凑化结构:采用无框力矩电机、轴向磁通、PCB 定子等拓扑,删掉一切非必要的外壳与支撑件。

这三条路径都成立,但它们共同把压力转移到了同一件事上——绝缘与结构可靠性。电机工程师普遍遇到的痛点包括:

· 绕组匝间距离被压缩到零点几毫米,电应力集中,脉冲驱动(尤其是 SiC/GaN 高频开关)下局部放电风险上升;

· 损耗密度提高,相同体积下发热更集中,温升加速绝缘老化;

· 高转速下绕组端部承受巨大离心力,任何虚接、脱粘都会在几十小时内演变成扫膛或断线;

· 机器人关节常年处于振动、温循、湿热交替的环境,普通粘接剂容易开裂、粉化、绝缘电阻下跌。

换句话说,电机能不能“更小、更快、更猛”,最后卡在了那一锅胶、那一层粘接上。

2  为什么是环氧结构胶,而不是单纯的绝缘漆或灌封料

传统电机依赖浸渍绝缘漆提供匝间绝缘,依赖机械绑扎和过盈配合固定绕组与铁芯。但在高功率密度场景下,这套组合开始不够用:

· 绝缘漆主要解决“电”的问题,机械固定力弱,高转速下端部仍会振动;

· 纯灌封胶(potting compound)导热、绝缘做得好,但往往偏软或偏脆,承担不了壳体、端盖、传感器支座这类结构件的粘接载荷;

· 电机整机里其实同时存在两类需求:既要“电绝缘”,又要“结构粘接固定”。

双组分环氧结构胶(2K Epoxy Structural Adhesive)的价值,就在于它固化后是一块既有高绝缘电阻、又有高机械强度的“硬质复合基体”——既能把绕组、铁芯、传感器、壳体牢牢粘成一个整体,又能承担爬电距离、耐电压、绝缘电阻等电气安全指标。

3  SE627 技术拆解:每一个参数对应一个工程痛点

SE627 是江苏三纳科技材料有限公司推出的一款双组分快速固化环氧树脂结构胶,A 组分(树脂)与 B 组分(固化剂)按重量比 100:50 混合使用。以下参数全部来自产品技术数据表,可直接用于设计选型。

3.1  电绝缘性能——对应“更小体积下更高电压、更高 dv/dt”

表 1  SE627 关键电绝缘参数

指标

典型值

工程意义

介电强度(25℃)

17 kV/mm

按 GB/T 1695 测试,超过 16 kV/mm 行业通用门槛,可在紧凑槽口中提供足够电气裕度

介电常数(100 kHz)

2.9

接近通用环氧水平,不显著改变绕组等效电容分布

介电损耗(100 kHz)

0.03

数值极低,高频 PWM 驱动下介质自身发热小,不会成为额外热源

表面电阻率

1.8×10¹⁵ Ω·cm

高电阻等级,长期使用不易因表面吸潮导致绝缘漂移

体积电阻率

3.4×10¹⁵ Ω·cm

满足 F 级及以下电机对绝缘电阻的常规要求

设计提示:17 kV/mm 的介电强度与 3.4×10¹⁵ Ω·cm 的体积电阻率组合,意味着 SE627 适合作为低压伺服电机、机器人关节电机中带电部件与金属壳体之间的绝缘粘接层,以及霍尔传感器、NTC 温度传感器等敏感元件的固定与绝缘。

3.2  机械强度——对应“高转速下不脱粘、不振动”

表 2  SE627 机械与热性能参数

指标

典型值

工程意义

拉伸剪切强度(铝-铝)

21 MPa(≥20)

对铝、镀锌钢、冷轧钢均有可靠粘接,可承担端盖、支座等结构件固定

硬度 Shore D

80

固化后硬质,能有效抑制绕组端部振动噪声

玻璃化转变温度 Tg

80℃(70–90℃)

决定长期工作温度上限的关键指标

工作温度范围

-40℃ ~ +120℃

覆盖机器人车间、户外半户外、车载辅助等常见工况

3.3  工艺性——对应“量产线要节拍”

表 3  SE627 工艺参数

指标

典型值

工程意义

固化条件

120℃ × 30 min 完全固化

配合加热工装可进入自动化产线节拍

混合后粘度

1700 mPa·s

既有一定触变性可定位,又能自流平填充缝隙

可操作时间

≥1.0 h(典型 1.5 h)

足够人工或自动点胶完成单批工件涂胶

混合密度

1.04 g/cm³

低密度,粘接层增重小

产品附带的固化时间-温度曲线显示:温度越低固化越慢(55℃下约 260 min),100℃以上进入约 40 min 快速固化区间。产线可根据自身烘箱能力选择固化制度。

3.4  耐介质与长期可靠性

SE627 固化后可耐水、稀酸稀碱(pH 3–10)、碳氢化合物、盐水;不耐极性溶剂与强酸强碱。这一耐介质谱覆盖了机器人车间常见的切削液、冷却液、手汗、清洗溶剂残留等环境,适合作为长期服役的粘接绝缘层。

4  典型应用场景:SE627 在高功率密度电机与机器人里用在哪

结合产品参数与电机制造工艺,SE627 推荐用于以下部位:

· 电机端盖 / 轴承室与机壳的结构粘接:替代部分过盈配合,降低装配应力,同时提供绝缘;

· 定子铁芯与铝壳 / 钢壳的辅助粘接:提升径向热传导并抑制铁芯振动;

· 霍尔位置传感器、NTC 温度传感器的固定与绝缘:高电阻率确保传感器信号不被干扰;

· 绕组端部辅助绑扎与固定:配合主绝缘漆,抵抗高转速下的离心力;

· 机器人关节模组内金属盖板、屏蔽罩、接线端子座的粘接固定。

需要说明:SE627 的 Tg 约 80℃、长期工作温度上限 120℃,不建议直接用于磁钢与转子铁芯的主粘接,也不建议作为需要长期 >130℃ 的主绝缘灌封——这类超高热流密度场景应搭配三纳科技更高 Tg 等级的导热灌封系列(如 SE612 灌封胶)使用。选型时建议与三纳技术部门确认实际工况温度。

5  常见问题(FAQ,便于工程师快速判断)

Q1:SE627 能不能直接替代电机定子真空灌封?

不建议。SE627 定位是结构粘接胶,强项是金属-金属、金属-传感器之间的高强度粘接与绝缘。定子整体真空灌封请选用专门的低粘度、高导热环氧灌封料。

Q2:SE627 的介电强度 17 kV/mm 处于什么水平?

在通用环氧胶中属于主流偏上水平,与 3M Scotchcast MR283FO75(约 80 Shore D、121℃/30 min 固化)等经典电机绝缘树脂量级相当,可满足低压伺服、机器人关节电机的绝缘要求。

Q3:机器人关节电机振动大,SE627 扛得住吗?

21 MPa 铝-铝拉伸剪切强度 + Shore D 80 的硬质固化体,配合 0.1–0.5 kg/cm² 接触压力固化,对持续振动工况有良好耐受;极端冲击工况建议补充机械卡扣设计。

Q4:固化周期能不能再短?

120℃/30 min 是产品给定的完全固化条件。若产线节拍更紧,可参考固化时间-温度曲线在 110–120℃ 区间微调;低于 100℃ 时固化时间显著拉长,不建议作为主工艺窗口。

Q5:储存和施工有什么讲究?

8–28℃ 阴凉干燥密封储存,保质期 12 个月;使用前室温回温,未用完部分重新密封低温保存;施工表面必须清洁干燥,否则剪切强度会明显下降。

6  为什么工程师愿意把它写进 BOM

· 一套胶同时解决两个问题:结构固定 + 电绝缘,减少物料种类与工艺工位;

· 参数可追溯:所有指标按 GB/T、ASTM 标准测试,可直接写进设计规范与 PPAP 文件;

· 快速固化适配自动化:120℃/30 min 与常见烘箱、加热台节拍匹配;

· 国产供应链:江苏三纳科技材料有限公司提供本地化技术支持与备货,避免进口胶交期波动。

关于三纳科技

三纳科技,成立于2010年,致力于电子功能材料的研发,生产与应用。产品围绕有机硅,环氧,聚氨酯,改性材料及丙烯酸酯。三纳化学专注于新能源三电领域关键功能材料的研发与应用,基于有机硅,环氧及聚氨酯三大材料体系,构建覆盖电池,电驱,电控及三电系统的全场景结局方案。


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