Guía sencilla para la laminación entrelazada: Cómo construir una gran pila de motores

¿Ayuda a fabricar o diseñar motores eléctricos? Si es así, sabrá que es muy importante que el núcleo del motor sea fuerte y funcione bien. Este núcleo, llamado estator o rotor, está formado por una pila de finas láminas de metal. La forma antigua de mantener unida esta pila era soldarla. Pero hay una forma mucho mejor: la laminación entrelazada. Este artículo le mostrará cómo funciona una pila hecha con una laminación entrelazada. Aprenderás por qué esta forma es más barata, más rápida y mejor para el funcionamiento de tu motor. Sigue leyendo para aprender los secretos fáciles para la construcción de una pila de motor realmente bueno.

¿Qué es una laminación y por qué es tan importante?

Empecemos por las piezas sencillas. Un laminado es una pieza muy fina de acero. Es como una página de un libro grueso. Dentro de un motor, no se utiliza una pieza sólida de acero para el núcleo. En su lugar, se utiliza una pila de estas láminas muy finas. Cada lámina está cubierta con una fina capa que detiene la electricidad. Es un detalle muy importante. Este recubrimiento especial impide que la electricidad pase de una lámina a otra en la pila de láminas.

¿Por qué hacemos todo esto? Se trata de no malgastar energía. Un motor que gira genera un campo magnético. Si el núcleo fuera sólido, este campo generaría corrientes eléctricas que girarían como pequeños remolinos. Estas corrientes desperdician energía al generar calor. Al utilizar muchas laminaciones (una pluralidad de laminaciones), detenemos estas corrientes. Cada laminación individual es demasiado fina para que se inicie una gran corriente. Este sencillo truco ayuda a que el motor funcione mejor y consuma menos energía. Una laminación es la parte principal utilizada para construir un estator o rotor de motor fuerte.

¿Cómo realiza su trabajo una pila de laminación en un motor?

Ahora ya sabe lo que es un laminado. ¿Y cómo se hace un núcleo? Se toman muchas laminaciones y se prensan juntas. Así se forma un núcleo sólido, que se llama pila de laminación. Esta pila puede ser para un estator (la parte del motor que no se mueve) o para un rotor (la parte que gira). En pila de estator tiene un gran orificio en el centro para el rotor. También tiene una o varias ranuras en el interior. En esta ranura se introduce el bobinado de cobre. El bobinado es el cable por el que circula la electricidad.

Cuando la electricidad pasa por el bobinado de cada ranura, la pila de laminación se convierte en un potente imán. Esto es lo que hace que el giro del rotor. Para que esto funcione de la mejor manera, las láminas de la pila deben mantenerse unidas de forma muy ajustada. No pueden estar sueltas. La forma en que se mantiene unida la pila de laminaciones cambia el coste del motor, su resistencia y su funcionamiento. El objetivo principal es hacer un núcleo de estator sólido a partir de una simple laminación. Este núcleo debe conducir el campo magnético de la manera correcta a través del circuito eléctrico.

¿Qué es una laminación entrelazada y cómo se mantiene unida?

Entonces, ¿cuál es la mejor manera de mantener unida la pila? Podrías usar una soldadura, pegamento o pernos. Pero una forma más inteligente es utilizar un enclavamiento. Un laminado entrelazado es un tipo especial de laminado. Está hecho para encajar con el laminado de al lado. Y lo hace sin piezas adicionales. Piense en dos ladrillos LEGO que encajan. Esa es la idea principal de un enclavamiento. Cada laminación entrelazada tiene pequeñas protuberancias y abolladuras que la encajan.

Estas formas se hacen durante el proceso de fabricación. Una máquina llamada punzonadora corta la forma de laminación a partir de un gran rollo de acero. Esa misma máquina también puede hacer las formas de enclavamiento. Un tipo muy común se llama lengüeta de enclavamiento. Se trata de una pequeña pieza de metal que sale de la parte plana de un laminado. Esta lengüeta encaja perfectamente en un pequeño orificio o ranura de la lámina contigua. Cuando se apilan, la lengüeta de una lámina encaja en la ranura de la siguiente. Así se consigue una unión muy fuerte.

¿Puede explicar cómo un punzón dobla el metal para un enclavamiento?

La magia que hace que el enclavamiento se produzca muy, muy rápidamente. Es una forma inteligente de utilizar la fuerza para doblar el metal. Durante el proceso de fabricación, se utiliza una herramienta especial para perforar la laminación. Llamemos a una determinada laminación de nuestro ejemplo laminación 20. Cuando la máquina fabrica el laminado 20, una herramienta baja y hace un pequeño punzón en su superficie. Esto no hace un agujero que va todo el camino a través. En su lugar, hace una pequeña curva en un punto. Este doblez es una deformación.

Esta deformación crea una forma, como una pequeña protuberancia o una lengüeta de enclavamiento. Para que este enclavamiento funcione, esta pequeña deformación debe sobresalir de la parte inferior de la lámina 20. Al mismo tiempo, el punzón puede hacer una abolladura igual en la parte superior de la siguiente lámina inferior de la pila. Así, cuando la lámina 20 se coloca en la parte superior, su protuberancia se encaja en la abolladura de la lámina inferior. Lo importante es que la deformación esté controlada. Tiene que ser lo suficientemente grande como para que el encaje sea fuerte, pero lo suficientemente pequeña como para que no afecte a las propiedades magnéticas de la lámina. La punzonadora es una parte muy importante del aparato y el método de fabricación de esta pieza.

¿Cuáles son los distintos tipos de formas de enclavamiento para una laminación?

No todas las formas de enclavamiento son iguales. Los ingenieros han ideado muchas formas inteligentes de hacer que una laminación con enclavamiento se conecte con la de al lado. El tipo de enclavamiento depende del tamaño del motor, del grosor de la lámina y del coste de fabricación. Veamos algunos tipos comunes.

• Cola de milano o enclavamiento en V: Se trata de un enclavamiento muy común. Cuando una herramienta realiza un punzón, hace una deformación en forma de V en una laminación. Esta forma de V se encaja en una ranura en forma de V en la siguiente laminación. Si se corta por la mitad y se mira por el lado, parecería una llave en una cerradura. Esto lo hace fuerte.
• Enclavamiento rectangular: Es como el enclavamiento en V, pero el punzón hace una protuberancia y una ranura rectangulares. Esta pestaña de enclavamiento se utiliza mucho en laminados más gruesos.
• Anillo y ranura: Para una laminación que es redonda, un anillo en forma de círculo puede ser empujado hacia arriba desde la superficie. Este anillo se encaja en una ranura de la siguiente laminación.
• Salientes y rebajes: Otra forma de decirlo es utilizando salientes que se entrelazan con rebajes. El punzón hace pequeñas protuberancias, que son los salientes. Éstos se forman sobre salientes que se encajan con pequeñas abolladuras, que son los rebajes. Este método forma parte de la fabricación de conjuntos laminados que tienen crestas formadas en cada parte. Los rebordes formados en los salientes garantizan un ajuste perfecto cuando las piezas encajan en los huecos de las láminas adyacentes. Cada laminación colocada en la pila contribuye a hacerla más resistente.

¿Por qué una laminación entrelazada es mejor opción que una pila soldada?

Durante muchos años, la forma habitual de montar una pila de laminación era soldar el exterior. Una soldadura es fuerte, pero hace que las cosas vayan mal para un motor. El fuerte calor de la soldadura daña el revestimiento especial de cada laminación. Básicamente funde los bordes de la pila de láminas en una sola pieza. Esto hace un camino para las corrientes que desperdician energía, de las que hemos hablado antes.

Al soldar una pila, se produce un cortocircuito en el exterior del estator. Esto perjudica las propiedades magnéticas y hace que el motor consuma más potencia. Una laminación entrelazada no tiene este problema en absoluto. Al no haber soldadura, no se daña el revestimiento de cada laminación. El enclavamiento crea una conexión fuerte sin utilizar calor. Esto hace que el motor funcione mejor y gaste menos energía. Una vista de una pila hecha con un interlock parece mucho más ordenada.

He aquí una tabla sencilla para comparar las dos formas:

¿Cómo se forma una pila de láminas entrelazadas?

Lo mejor del laminado entrelazado es lo fácil que resulta montarlo. El método de fabricación suele realizarse en un solo paso. Las láminas se apilan y se encajan allí mismo, en la prensa de estampación. Piense en una máquina que utiliza un punzón para cortar una laminación de una bobina de acero. Llamémosle laminación 20. Esta lámina 20 se empuja inmediatamente hacia abajo sobre la pila que se está construyendo debajo de ella.

La fuerza de la prensa empuja la lengüeta de enclavamiento de la lámina 20 hacia la abolladura de la lámina que ya está en la pila. La lámina situada en la parte superior se bloquea con la inferior. Esto sucede una y otra vez, cientos de veces cada minuto. Cada nueva lámina se corta y se añade inmediatamente a la creciente pila de láminas. Así hasta que la pila alcanza la altura adecuada. A continuación, el núcleo del estator o del rotor acabado sale de la máquina. Este aparato y método para fabricar una pila es muy rápido y no pierde tiempo. Este método para fabricar dicha pila es mucho más rápido que añadir una soldadura por separado.

¿Qué puede salir mal al laminar?

El sistema de laminado entrelazado es estupendo, pero el proceso de fabricación debe ser muy exacto. Un pequeño error puede acarrear grandes problemas. Un gran problema es cuando los pequeños errores se acumulan. Es lo que se denomina acumulación de errores. Si cada enclavamiento se desvía sólo un poco, estos pequeños errores pueden acumularse en una pila alta. Esto puede hacer que la pila de laminación quede torcida o retorcida. La lámina superior puede no estar alineada con la inferior.

Otro problema es cuando el metal se dobla de forma incorrecta. Se trata de una deformación incorrecta. Si el punzón golpea demasiado fuerte, puede causar demasiada deformación y dañar la laminación. Esto puede dañar sus propiedades magnéticas. Si el punzón no golpea lo suficientemente fuerte, el enclavamiento será débil y la pila de laminados podría desprenderse. La herramienta utilizada para perforar el interlock debe mantenerse en perfecto estado. El objetivo de un buen método de fabricación es mantener la curvatura en un área pequeña, para localizar la deformación sólo donde está el interlock. Así se protege el resto de la laminación.

¿Cómo cambia una laminación entrelazada las propiedades magnéticas de un motor?

La función principal de un núcleo de estator o rotor es indicar a un campo magnético dónde debe ir. Si se modifica el acero de alguna manera, pueden cambiar sus propiedades magnéticas. Como hemos visto, una soldadura es muy mala porque crea un cortocircuito entre las láminas. Un entrelazado es mucho mejor, pero no es completamente perfecto. La deformación provocada por el punzón ejerce cierta tensión sobre el acero. Esta tensión puede cambiar un poco las propiedades magnéticas en ese pequeño punto.

Pero los ingenieros trabajan muy duro para que este problema sea lo menor posible. Diseñan el enclavamiento para que sea lo más pequeño posible sin dejar de ser resistente. Colocan las formas de enclavamiento en partes del laminado donde el campo magnético no es tan importante. Por ejemplo, suelen colocarse lejos de los dientes donde está el bobinado. El pequeño efecto de un enclavamiento es una pequeña compensación por la gran mejora que supone eliminar la soldadura defectuosa. Un enclavamiento bien hecho ayuda a crear una pila de laminación que hace que un motor funcione muy bien.

¿Cuál es el futuro de la tecnología de laminación y estator?

El mundo de los motores eléctricos es cada vez mejor. Las empresas que fabrican automóviles, electrodomésticos y herramientas industriales quieren motores más pequeños, más baratos y más potentes. Esto significa que la tecnología del laminado y el estator tiene que mejorar. Estamos viendo nuevos conjuntos laminados de fabricación con crestas aún más complejas. Estos diseños consiguen un enclavamiento aún más fuerte con menos deformación.

También se utilizan nuevos tipos de materiales para el laminado. Aceros más finos y con mejores propiedades magnéticas ayudan a fabricar motores que consumen menos energía. Los aparatos y métodos de fabricación de estas piezas también están mejorando. Prensas muy rápidas y herramientas más inteligentes pueden fabricar una pila de laminación con mucho cuidado para que todo sea exacto. La simple laminación entrelazada seguirá siendo una parte muy importante de la construcción del futuro de los motores eléctricos, inducidos y generadores. De un simple punzón en una fina lámina de acero nace un potente motor.

Aspectos importantes

• Las laminaciones son un gran problema: El núcleo de un motor es una pila de láminas, no una pieza sólida de acero. Así se gasta menos energía.
• El enclavamiento es mucho mejor que la soldadura: Una laminación interbloqueada utiliza bloqueos mecánicos, no una soldadura dañina. Esto hace que el motor funcione mejor.
• El proceso es sencillo: se realiza un enclavamiento mediante un punzón que hace una pequeña deformación en la lámina. Así se crea una lengüeta que se enclava en la hoja siguiente.
• Ser exacto lo es todo: El proceso de fabricación para ensamblar una pila de laminado entrelazado debe ser muy preciso para no tener errores.
• Las cosas buenas están claras: el uso de un enclavamiento le proporciona un estator o rotor de motor más barato que funciona mejor y consume menos energía.