Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
La conception du laminage des moteurs synchrones à aimant permanent semble généralement claire dans la CAO. Puis la production commence. Les points faibles apparaissent rapidement : dommages sur les arêtes de coupe, caractéristiques des fentes trop fines pour un emboutissage stable, ponts de rotor qui passent la simulation mais ne laissent pas une marge de sécurité suffisante après l'usure de l'outillage, empilements qui perdent de l'acier magnétique là où le modèle prévoyait du fer solide. Telles sont les véritables limites de la conception. Pas le dessin. La pièce construite.
Dans notre usine, nous n'examinons pas Laminations PMSM, tôles de statoret tôles de rotor comme des sujets distincts une fois qu'un projet entre en DFM. Nous les examinons comme un seul système : qualité de l'acier, épaisseur de la stratification, itinéraire de poinçonnage, limite des bavures, méthode d'assemblage, compression de la pile et tolérance de l'assemblage final. Si vous oubliez l'un de ces éléments, le moteur fonctionnera peut-être encore. Il ne fonctionnera tout simplement pas comme le modèle original l'avait promis.
Trois éléments sont à l'origine de la plupart des échecs dans le domaine de la libération des pellicules.
Tout d'abord, l'acier électrique n'est plus idéal après le découpage. Le poinçonnage introduit des contraintes résiduelles et une dégradation magnétique locale près du bord. Deuxièmement, la pile n'est pas un bloc parfait d'acier actif. Les bavures, la planéité, l'état du revêtement et la méthode d'assemblage modifient tous la section magnétique réelle. Troisièmement, les caractéristiques du rotor et du stator qui semblent efficaces dans la conception électromagnétique peuvent devenir instables lorsque la tolérance d'emboutissage, l'usure de la matrice et la séquence d'assemblage sont ajoutées.
C'est pourquoi nous traitons conception de la pile de laminage du moteur comme un problème de fabrication dès le début, et non comme une étape de nettoyage après que la configuration magnétique a été figée. L'emboutissage, l'assemblage, le recuit de détente et même l'ajustement final peuvent modifier la perte de noyau et le comportement local au point d'éloigner le moteur fini de la ligne de base de la simulation.
Des laminations plus fines favorisent la perte par courants de Foucault. Tout le monde dans ce domaine le sait déjà. Ce que l'on oublie, c'est ce qui se passe au niveau du bord de coupe. Plus la dent, la nervure ou le pont est étroit, plus la zone endommagée est importante car elle occupe une plus grande partie de la section active. C'est là que la conception commence à dériver. Pas de façon spectaculaire au début. Puis suffisamment pour se manifester dans les pertes, le courant à vide ou la température.
Pour les gros volumes pelliculage du moteur estampage, Le poinçonnage reste la solution habituelle car il est rapide et rentable une fois que l'outillage est en place. Mais le poinçonnage entraîne également un durcissement du travail, une déformation des arêtes et un risque de bavure. Pour les prototypes, la découpe au laser peut sembler plus sûre parce qu'elle évite l'outillage dur, mais elle introduit ses propres effets thermiques et n'est pas un substitut direct du comportement de la production estampillée. Nous ne considérons pas les tôles découpées sur prototype comme une réponse définitive à une décision d'emboutissage de production.
Le jeu de coupe est important. Le recuit est important. Plus important encore, ils sont importants ensemble. Des travaux publiés sur l'acier électrique non orienté montrent que le comportement des pertes après poinçonnage change en fonction du jeu, de la fréquence et du traitement thermique, et un ensemble de tests a trouvé la réponse la plus efficace autour d'un jeu de 3% après le recuit dans ces conditions. Nous utilisons ce résultat de la bonne manière : non pas comme un chiffre universel, mais comme la preuve que la configuration du poinçonnage et la récupération après traitement ne peuvent pas être examinées séparément.
Dans la DFM pratique, notre règle est simple : lorsque la caractéristique de laminage est suffisamment fine pour que la zone affectée par la coupe devienne une fraction significative de la section, la géométrie n'est plus jugée uniquement sur la base des dimensions nominales. Elle est jugée en fonction de l'état des bords fabriqués.
Une encoche de stator n'est jamais qu'une simple encoche. C'est à la fois une fenêtre d'accès au bobinage, une décision de rigidité de la dent, une décision de saturation locale et une décision de bruit.
Une ouverture de fente plus large favorise généralement l'insertion du bobinage et la tolérance de production. Elle peut également aggraver le comportement du cogging. Une ouverture plus étroite peut aider le côté magnétique, mais elle pousse le laminage vers un contrôle plus serré de l'estampage et un assemblage moins tolérant. Quelqu'un ajoute alors une petite encoche pour calmer le couple de cogging. Parfois, cela fonctionne bien. Parfois, l'encoche devient la première caractéristique à devenir instable au cours de la durée de vie de la matrice.
C'est là que de nombreux articles sur les PMSM restent trop théoriques. Dans l'estampage, la question n'est pas seulement de savoir si l'encoche ou la rainure auxiliaire réduit l'ondulation. La question est de savoir si la caractéristique survit à la production avec une répétabilité suffisante pour fournir le même résultat sur le lot 1 et le lot 100 000. Une caractéristique de pointe de dent trop fine, trop tranchante ou trop sensible aux bavures ne conservera pas longtemps son intention électromagnétique.
Pour conception de la stratification du stator, Nous bloquons généralement ces contrôles avant la mise en service de l'outillage :
Cette liste semble banale. C'est là que commencent les révisions les plus coûteuses.
Pour les rotors PMSM de type intérieur, l'épaisseur du pont est généralement la ligne la plus dure du dessin. Trop fin, le rotor perd sa marge mécanique. S'il est trop épais, le flux de fuite commence à réduire le couple et le facteur de puissance. Il n'y a pas de formulation astucieuse pour contourner ce problème. Le pont porte deux arguments à la fois.
Lorsque la vitesse augmente, le pont cesse d'être un détail magnétique et devient une limite structurelle. Il en va de même pour les nervures centrales, les nervures extérieures et les angles des barrières de flux. L'augmentation du nombre ou de la largeur des ponts peut améliorer la répartition des contraintes et augmenter la vitesse admissible, mais elle crée également davantage de voies de fuite. Ainsi, lorsqu'une conception de rotor est “corrigée” tardivement par l'ajout d'un matériau de pont, cette correction est souvent payée par la production électromagnétique.
Nous n'approuvons pas non plus les coins de rotor en tant que géométrie analytique pointue. Les vraies tôles embouties nécessitent un contrôle des congés. Des transitions plus douces réduisent la concentration des contraintes. Elles rendent également l'outillage plus honnête. Un pont qui ne survit que dans un modèle à angles vifs n'est généralement pas prêt pour l'examen de la production.
Un schéma courant d'examen de la conception se présente comme suit : le pont du rotor d'origine est dimensionné à partir des cibles électromagnétiques, puis la tolérance d'emboutissage, la bavure et la marge de survitesse sont ajoutées, et la section réelle restante est plus petite que prévu. À ce stade, la conception consiste soit à élargir le pont, soit à modifier la forme de la barrière, soit à accepter des performances magnétiques moindres. Il est préférable de résoudre ce problème avant de découper l'acier.
Besoin d'une vérification de la fabricabilité de votre rotor PMSM ?
Envoyez-nous votre dessin de rotor ou DXF. Nous pouvons examiner la largeur du pont, la géométrie des nervures, le risque de bavure et la faisabilité de l'empilage avant le début de l'outillage.
L'obliquité fonctionne. Elle réduit les effets liés à l'encoche, aide à réduire le couple d'engrenage et améliore souvent le comportement acoustique. Cette partie n'est pas controversée. Le problème réside dans l'exécution. L'obliquité standard segmentée peut compliquer l'assemblage des aimants, l'enregistrement des piles et le contrôle de la production. L'angle d'obliquité peut être correct en simulation et ne pas être adapté à la fabrication.
C'est pourquoi nous préférons discuter piles de laminage à rotor oblique en termes de fabrication, et pas seulement en termes électromagnétiques. Les approches de step-skew, core-skew et cross-stacked peuvent toutes avoir un sens, mais seulement si la pile peut être indexée, comprimée et assemblée sans introduire de nouvelles variations. Certaines méthodes d'inclinaison manufacturables ont été développées exactement pour cette raison : conserver l'avantage de l'ondulation, réduire la douleur de l'assemblage.
Notre règle de travail est simple. Si la stratégie d'inclinaison nécessite une manipulation exceptionnelle pour rester alignée, c'est qu'elle n'est pas encore prête pour la production.
La bavure n'est pas un défaut esthétique sur tôles de moteur. Burr est un problème de comportement de la pile.
Lorsque la bavure rompt l'isolation du revêtement entre les laminés adjacents, un contact interlaminaire peut se former. Une fois que ce chemin se ferme, des courants de Foucault supplémentaires peuvent circuler et un échauffement local s'ensuit. Ce mécanisme est bien connu. C'est également l'une des raisons pour lesquelles deux empilages visuellement similaires peuvent se comporter très différemment sous charge.
C'est la raison pour laquelle notre inspection n'est généralement pas axée sur la question de savoir si le bord est acceptable. C'est plus étroit que cela. Nous vérifions si la hauteur de la bavure, le retournement du bord et la pression de la pile peuvent créer un contact conducteur entre les feuilles isolées. Une pile dont la géométrie est acceptable mais dont l'intégrité de l'isolation est médiocre reste une mauvaise pile.
Un autre problème. Les bavures ne menacent pas seulement les pertes. Elle affecte également la qualité de l'emballage et l'acier actif réel par unité de hauteur de pile. Ainsi, les facteur d'empilement sur le dessin n'est pas un chiffre comptable pour nous. Il s'agit d'un paramètre de conception. Si le moteur dépend de chaque pièce de fer arrière ou de section de pont, la densité de l'empilage doit être définie avant la mise en service, et non pas mesurée après coup par surprise.
Il n'existe pas de méthode d'assemblage neutre pour les piles de laminage.
Le collage a tendance à mieux préserver l'isolation et peut être favorable du point de vue magnétique. L'assemblage mécanique est pratique et courant, mais la déformation locale et les changements de dureté peuvent affecter les propriétés magnétiques. Le soudage par fusion assure une solide intégrité de l'empilement, mais il peut endommager le revêtement, modifier la microstructure locale et introduire des contraintes résiduelles. Ces trois méthodes permettent de résoudre un problème tout en en créant un autre.
C'est pourquoi nous gelons la voie de l'adhésion dès le début. Pas après l'approbation du prototype. Un empilement de stator soudé, un empilement de rotor collé et un empilement emboîté ne se comportent pas de la même manière en termes de perte, de rigidité ou de répétabilité du processus. L'erreur de séquence entraîne la confusion habituelle à un stade avancé : les pièces sont dimensionnellement correctes, mais le moteur ne correspond plus aux hypothèses antérieures.
| Contrainte de conception | Ce qu'il apporte | Ce qu'il peut faire | Ce que nous confirmons avant l'outillage |
|---|---|---|---|
| Épaisseur de l'acier électrique | Perte de courant de Foucault plus faible, capacité de fréquence plus élevée | Difficulté de manipulation, sensibilité des arêtes de coupe, coût | Epaisseur de l'acier, volume de production, parcours de coupe |
| Ouverture de la fente | Accès au bobinage, tolérance d'assemblage | Comportement en dents de scie, rigidité locale de la denture | Fenêtre d'enroulement minimale et cible d'ondulation |
| Entaille ou rainure auxiliaire de la pointe de dent | Réduction du couple de cogging | Sensibilité à la durée de vie, concentration de bavures, chute de couple | Taille minimale de la caractéristique qui survit à l'emboutissage |
| Epaisseur du pont du rotor | Marge mécanique, sécurité de survitesse | Flux de fuite, couple moyen, facteur de puissance | Section de pont réelle fabriquée après tolérance et bavure |
| Rayon du congé aux barrières et aux nervures | Concentration de contraintes plus faible | Léger changement de trajectoire du flux | Contrôle des rayons et des contraintes par poinçonnage |
| Skew ou core-skew | Réduction de l'ondulation et du bruit du couple | Complexité de l'enregistrement des piles, coût de l'assemblage | Méthode d'empilage et plan d'indexation angulaire |
| Limite de la bavure | Meilleure intégrité de l'isolation, risque de court-circuit réduit | Augmentation de la demande de maintenance des outils | Méthode d'inspection et seuil de rejet |
| Méthode d'assemblage | Résistance de l'empilement et stabilité dimensionnelle | Dégradation magnétique locale ou charge du processus | Soudage, collage ou emboîtement des premiers éléments sélectionnés |
| Facteur d'empilement | Contenu réel en acier actif | Perte de la section magnétique en cas de surestimation | Cible de densité et méthode de compression |
C'est dans ce tableau que nous passons du temps lors de la véritable DFM. En effet, une fois l'outillage construit, la modification de l'un de ces éléments a généralement une incidence sur le coût, le délai de production et le rendement.
Avant de publier un Pile de laminage PMSM pour l'outillage, nous vérifions les éléments suivants dans une boucle d'examen :
Travailler sur un nouveau pile de laminage du stator ou du rotor?
Faites-nous part de votre dessin, de votre vitesse cible, de la longueur de la pile et du volume annuel. Nous pouvons examiner la possibilité de fabrication, les zones sensibles aux bavures et les options d'assemblage avant l'établissement du devis.
En général, il ne s'agit pas d'une seule caractéristique. Il s'agit de l'écart entre la géométrie simulée et la géométrie estampillée. La dégradation des arêtes de coupe, les bavures, la densité de l'empilement et la méthode d'assemblage peuvent modifier suffisamment les performances pour créer des problèmes de perte, d'ondulation ou de température, même si le dessin nominal semble correct.
Suffisamment fin pour supporter la perte cible et la plage de vitesse. Pas trop mince pour que la manipulation, la planéité, la qualité des bords ou le coût deviennent instables pour le volume du projet. Un acier plus fin n'est pas automatiquement meilleur lorsque l'emboutissage réel et l'assemblage en pile sont pris en compte.
En effet, l'épaisseur du pont se situe entre deux limites strictes. Si elle est trop faible, le rotor perd sa marge structurelle. Si elle est trop importante, le flux de fuite augmente et le rendement électromagnétique diminue. Le bon pont est celui qui fonctionne encore après les contrôles de tolérance de fabrication, de bavures et de survitesse.
Oui, les bavures peuvent endommager l'isolation entre les lamelles et créer un contact conducteur interlaminaire. Cela augmente la perte locale par courant de Foucault et peut créer un échauffement à l'intérieur de la pile. Cela affecte également la qualité de l'emballage et le facteur d'empilage réel.
Pas tout seul. Le soudage est souvent le bon choix mécanique. Mais il n'est pas neutre sur le plan magnétique. La zone de soudure peut modifier l'intégrité du revêtement, les contraintes résiduelles et le comportement magnétique local. C'est pourquoi le soudage doit être choisi dans le cadre de la conception, et non comme une commodité d'assemblage tardif.
Souvent oui, en particulier lorsque le couple d'engrenage, l'ondulation ou le bruit sont des cibles sensibles. Mais la méthode d'inclinaison doit correspondre à l'itinéraire d'assemblage. Un concept d'inclinaison difficile à indexer ou à comprimer de manière cohérente peut créer plus de variations de production qu'il n'en supprime du côté électromagnétique.
Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
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