Apakah saya bisa mencampur ketebalan laminasi dalam satu stator dan rotor?

Jawaban singkat: ya, Anda bisa Campuran ketebalan laminasi dalam satu stator atau rotor, tetapi hampir selalu itu adalah keputusan desain yang sangat disengaja atau kompromi manufaktur yang Anda terima dengan sadar. Motor standar tetap menggunakan satu ketebalan karena alasan tertentu; campuran ketebalan hanya digunakan dalam kasus khusus, pertarungan biaya, atau situasi perbaikan di mana Anda menukar keindahan desain dengan kepraktisan.

Sebagian besar materi publik tentang laminasi berhenti pada "lebih tipis berarti kerugian inti lebih rendah, lebih tebal berarti kekakuan lebih baik dan stamping lebih murah." Bagian itu sudah Anda ketahui. Mesin modern tipikal berada dalam rentang 0,25–0,50 mm untuk laminasi baja listrik, seringkali sedikit lebih tipis pada stator dan sedikit lebih tebal pada rotor untuk kekuatan. Hal yang jarang dibicarakan orang adalah apa yang sebenarnya terjadi jika Anda mulai mencampurkan ketebalan-ketebalan tersebut dalam satu tumpukan daripada hanya memilih satu nilai global.

Mari kita buka itu.

Apa yang dimaksud dengan "menggabungkan ketebalan laminasi"?

Ketika seseorang bertanya apakah mereka dapat mencampur ketebalan, mereka biasanya maksudkan salah satu dari tiga hal, meskipun mereka tidak mengatakannya secara langsung. Salah satu kemungkinan adalah pencampuran aksial: sebagian panjang tumpukan dalam satu ketebalan dan sisanya dalam ketebalan lain, seperti lamina 0,35 mm di daerah tengah dan 0,50 mm di dekat ujung. Kemungkinan lain adalah pencampuran radial: lamina yang lebih dekat ke lubang menggunakan ketebalan tertentu, sedangkan lamina yang menuju ke besi belakang atau tepi luar menggunakan ketebalan lain, dengan menggunakan set cetakan yang berbeda atau bagian komposit. Kemungkinan ketiga, yang lebih acak, adalah pencampuran karena perbaikan atau pasokan, di mana Anda mengganti sekelompok lamina dengan ketebalan berbeda di tengah tumpukan yang seharusnya seragam karena itulah yang tersedia.

Ketiga opsi tersebut secara teknis memungkinkan. Inti stator dan rotor biasanya dibuat dengan menumpuk lempengan-lempengan terpisah yang dapat berbeda dalam geometri, lapisan, dan paduan logam; tidak ada aturan fisika yang menyatakan bahwa setiap lempengan harus identik. Metode perakitan tumpukan modern—seperti interlocking, pengelasan, dan perekat—sudah menangani kumpulan lempengan terpisah. Pertanyaan sebenarnya bukan “apakah itu diperbolehkan?” tetapi “biaya tersembunyi apa yang akan saya tanggung jika melakukannya?”

Bagaimana ketebalan laminasi memengaruhi prinsip dasar (secara singkat)

Anda sudah memahami dasar-dasarnya, jadi ini hanya ringkasan singkat. Kerugian arus eddy pada lamina meningkat secara proporsional dengan kuadrat ketebalan untuk material yang sama, fluks puncak, dan frekuensi. Itulah mengapa semua orang terus beralih ke lembaran yang lebih tipis pada mesin berkecepatan tinggi dan berfrekuensi tinggi, seringkali hingga 0,2–0,35 mm atau bahkan lebih tipis pada desain khusus. Di sisi lain, lembaran yang lebih tipis berarti lebih banyak lapisan untuk ketinggian tumpukan yang sama, lebih banyak antarmuka isolasi, dan faktor tumpukan yang lebih rendah, sehingga luas penampang besi efektif sedikit berkurang.

Dari segi mekanis, lamina yang lebih tebal dan bagian padat yang lebih besar meningkatkan kekakuan dan memudahkan pemenuhan batas pecah rotor dan batas getaran, terutama pada kecepatan sangat tinggi. Proses manufaktur berada di latar belakang, diam-diam tidak puas: lembaran yang lebih tipis memperlambat proses stamping, meningkatkan keausan cetakan, dan memerlukan perhatian ekstra dalam penumpukan dan pengikatan.

Menggabungkan ketebalan berarti Anda sedang menyesuaikan keseimbangan ini secara lokal daripada secara global.

Ketika mencampur ketebalan sebenarnya membantu

Ada situasi di mana mencampur ketebalan tidak hanya dapat diterima tetapi juga berguna.

Salah satu contohnya adalah rotor berkecepatan tinggi, di mana daerah luar memerlukan ketahanan mekanis tambahan, sementara Anda tetap memperhatikan kerugian besi di bagian dalam inti. Seorang perancang mungkin mempertimbangkan lempengan yang lebih tebal atau bahkan cincin luar semi-padat untuk kekuatan lingkar, dikombinasikan dengan lempengan yang lebih tipis di dekat daerah magnet atau poros untuk mengelola kerugian. Model struktural sudah menunjukkan bagaimana ketebalan lempengan dan diameter inti padat secara langsung terkait dengan kekakuan rotor dan tegangan.

Yang lain adalah penyesuaian biaya untuk motor berkecepatan rendah. Pada motor induksi frekuensi jaringan dengan kecepatan moderat, perbedaan kerugian antara lembaran 0,35 mm dan 0,50 mm terasa, tetapi tidak signifikan untuk semua bagian inti. Studi menunjukkan bahwa mengganti lempengan dari 0,50 mm menjadi 0,35 mm dapat meningkatkan efisiensi sekitar satu persen pada motor induksi kecil, terutama dengan mengurangi kerugian inti rotor. Jika regulasi energi memaksa Anda untuk meningkatkan efisiensi sedikit lebih tinggi pada rangka motor lama, Anda mungkin mempertimbangkan untuk menggunakan lempengan yang lebih tipis hanya di area di mana produk densitas fluks dan frekuensi paling berdampak, sementara bagian lainnya tetap menggunakan ketebalan yang lebih murah.

Ada juga aspek perbaikan dan retrofit. Terkadang Anda tidak lagi bisa mendapatkan pengukur laminasi asli, atau waktu tunggu tidak dapat diterima. Dalam hal ini, pencampuran ketebalan dapat menjadi penyimpangan yang terkendali yang dapat menyelamatkan proyek, asalkan Anda bersedia bertanggung jawab untuk memvalidasi kerugian, arus tanpa beban, kenaikan suhu, getaran, dan kebisingan sendiri.

Efek samping elektromagnetik akibat perpaduan ketebalan

Sekarang bagian yang tidak nyaman.

Secara elektromagnetik, tumpukan tidak lagi berperilaku sebagai medium seragam saat Anda mencampur ketebalan. Untuk geometri luar dan tinggi tumpukan nominal yang sama, mengubah ketebalan di satu wilayah akan mengubah faktor tumpukan dan area besi efektif secara lokal. Hal ini memindahkan densitas fluks, yang pada gilirannya memindahkan kerugian histeresis dan arus eddy. Jika campuran bersifat aksial—misalnya, 0,35 mm di bagian tengah 60% tumpukan dan 0,50 mm di dekat lilitan ujung—Anda dapat mendapatkan kurva magnetisasi lokal yang berbeda sepanjang panjang tumpukan. Hal ini dapat sedikit mendistorsi distribusi aksial fluks dan kerugian, yang mungkin muncul sebagai gradien suhu atau cincin panas pada gambar termal.

Pencampuran radial lebih rumit. Jika lamina yang lebih tipis terletak dekat dengan gigi di mana fluks sudah tinggi dan lamina yang lebih tebal dekat dengan yoke, Anda dapat mengurangi kerugian gigi sambil menjaga bagian belakang besi tetap kaku. Itu terdengar menarik. Namun, manfaat yang tepat bergantung pada frekuensi operasi sebenarnya, bentuk gelombang, dan seberapa besar jalur magnetik total yang melewati setiap wilayah. Pada frekuensi listrik yang lebih tinggi atau dengan kandungan harmonik yang kaya dari inverter, bagian yang lebih tipis menjadi lebih penting, dan Anda mungkin memerlukan studi FEA yang serius untuk mengetahui apakah kerugian total sebenarnya lebih baik dibandingkan dengan desain ketebalan seragam.

Jika pencampuran dilakukan secara tidak terencana dan acak—seperti memasukkan sekelompok lamina berketebalan 0,50 mm ke tengah inti yang dirancang untuk 0,35 mm—maka fluks berusaha menghindari daerah dengan kerugian yang lebih tinggi. Anda akan mendapatkan saturasi lokal yang halus pada lapisan yang lebih tipis sebelum dan setelah bagian yang lebih tebal, pergeseran kecil pada jalur kebocoran, dan terkadang kejutan yang tidak diinginkan pada kerugian sisa. Tidak ada dari hal ini yang secara otomatis merusak mesin, tetapi hal ini membuat prediksi analitis kurang dapat diandalkan dan dapat melanggar jaminan efisiensi yang ketat.

Akibat mekanis dan getaran

Secara mekanis, tumpukan (stack) tidak lagi merupakan "pegas" sederhana dengan kekakuan seragam. Perubahan ketebalan laminasi yang bervariasi memengaruhi distribusi kekakuan radial dan aksial. Wilayah rotor luar khususnya sangat sensitif pada kecepatan tinggi; jika profil kekakuan berubah secara bertahap seiring dengan jari-jari atau sepanjang panjangnya, frekuensi alami rotor dapat mendekati kecepatan putar atau kelipatannya. Pada titik itu, Anda mulai khawatir tentang resonansi yang tidak direncanakan.

Perekat dan interlocking juga bergantung pada geometri yang seragam. Banyak sistem perakitan mengandalkan fitur berulang, tab, atau pola las yang mengasumsikan ketebalan laminasi dan kondisi permukaan yang serupa. Jika bagian dari tumpukan lebih tebal, distribusi tekanan penjepit akan berubah; fitur interlock mungkin tidak terhubung dengan cara yang sama persis, dan Anda berisiko mengalami pelonggaran lokal atau gesekan antara lembaran. Pengikatan yang buruk sudah terlihat dalam praktik sebagai getaran inti, kebisingan mekanis, dan umur pakai yang berkurang meskipun lapisan seragam. Campuran ketebalan menambahkan satu variabel lagi.

Pada stator, campuran aksial dapat memengaruhi cara inti berinteraksi dengan rangka. Zona ujung sudah mengalami tegangan yang berbeda akibat pemasangan dengan penjepit dan pemasangan dengan penyusutan; mengubah kekakuan di dekat ujung dapat memindahkan titik di mana inti "bernapas" di bawah gaya elektromagnetik, yang dapat memengaruhi pola kebisingan dan getaran. Beberapa perancang mungkin menerima hal ini jika motor digunakan di lingkungan industri di mana batas akustiknya tidak terlalu ketat. Namun, dalam konteks otomotif atau peralatan rumah tangga dengan peraturan kebisingan yang ketat, hal ini kurang menarik.

Realitas manufaktur: di mana ketebalan campuran paling berdampak.

Dari sudut pandang pabrik, ketebalan campuran hampir selalu tidak praktis.

Ketebalan yang berbeda berarti memerlukan set cetakan yang berbeda atau cetakan yang dapat disesuaikan, proses produksi terpisah, catatan kualitas terpisah, dan biasanya proses penumpukan yang berbeda. Garis produksi pengepresan modern disesuaikan untuk ketebalan lembaran tertentu, dan kecepatan pengepresan serta umur alat keduanya sangat bergantung pada ketebalan. Misalnya, data industri menunjukkan bahwa lempengan stator yang lebih tipis mengurangi jumlah tumpukan yang diproduksi per jam untuk ketinggian motor yang sama, sekaligus meningkatkan beban pada alat. Perubahan ketebalan di tengah tumpukan mengganggu aliran produksi yang lancar.

Proses penumpukan menjadi lebih rumit. Tinggi burr, kesetaraan permukaan, tegangan sisa, dan ketebalan lapisan semua bergantung pada ketebalan dan parameter proses. Jika pola burr tidak sesuai, lapisan mungkin tidak rata, dan dapat terbentuk celah udara kecil atau slot yang miring. Hal ini menurunkan faktor penumpukan dan dapat membentuk jalur eddy lokal jika burr menghubungkan isolasi. Semakin banyak variasi yang diperkenalkan ke dalam tumpukan, semakin bergantung proses pada keahlian operator dan inspeksi yang ketat.

Jadi, meskipun ide elektromagnetik terlihat cerdas di atas kertas, insinyur produksi mungkin akan menolaknya hanya karena lini produksi harus menghasilkan ribuan tumpukan per minggu dan tidak dapat menggunakan pola pencampuran yang rumit tanpa menambah biaya.

Bagaimana transformator memberikan petunjuk tentang apa yang mungkin dilakukan

Pembangun inti transformator telah lama mencampurkan geometri laminasi: potongan sambungan tumpang tindih yang berbeda, lebar yang berbeda, serta segmen lengan dan yoke yang berbeda. Beberapa paten menggambarkan penggunaan jenis laminasi bergantian untuk mencapai ketebalan target dan mengontrol kinerja magnetik. Namun, sebagian besar waktu, ketebalan plat baja listrik itu sendiri tetap konstan di seluruh inti. Mereka mengubah bentuk dan pola tumpang tindih, bukan ketebalan plat, karena mencampurkan ketebalan akan mempersulit faktor tumpukan, perilaku sambungan, dan kerugian.

Desainer motor dan generator mengambil pelajaran yang sama. Gunakan geometri dan segmentasi secara kreatif terlebih dahulu. Anggap ketebalan laminasi campuran sebagai langkah dengan kompleksitas lebih tinggi yang hanya dibenarkan jika ada alasan kinerja atau biaya yang jelas dan kemampuan analisis untuk mendukungnya.

Ringkasan keputusan: kapan pencampuran ketebalan masuk akal

Ini adalah cara yang ringkas untuk memikirkannya.

Tabel ini bukanlah buku pedoman, tetapi mencerminkan cara berpikir para desainer berpengalaman ketika antusiasme awal bertemu dengan kenyataan di lapangan.

Jika Anda memutuskan untuk mencampur ketebalan, lakukanlah dengan sengaja.

Jika Anda akan mencampur, anggaplah itu sebagai variabel desain yang sesungguhnya, bukan sekadar kebetulan.

Mulailah dari masalah elektromagnetik yang Anda hadapi: mungkin kerugian besi rotor pada harmonik tertentu, mungkin pemanasan gigi stator, atau mungkin suhu magnet pada mesin PM. Tentukan di mana perubahan ketebalan akan ditempatkan sepanjang jalur fluks dan berapa persentase kerugian inti total yang diharapkan akan dipindahkan. Gunakan rantai FEA normal Anda—potongan melintang 2D terlebih dahulu, lalu 3D atau segmen—sehingga Anda dapat melihat densitas fluks lokal, kerugian inti lokal, dan pola kebocoran yang tidak biasa. Sertakan perbedaan faktor tumpukan aktual antara pengukur daripada mengasumsikan nilai konstan tunggal.

Kemudian lakukan analisis struktur. Untuk rotor, sertakan tegangan lingkar, kecepatan kunci, dan pengaruh kekakuan lamina yang berbeda terhadap bentuk mode. Untuk stator, perhatikan bagaimana penjepitan bingkai dan sambungan penyusutan mendistribusikan tegangan sepanjang tumpukan, terutama jika zona aksial berbeda dalam ketebalan atau bahan. Penelitian yang diterbitkan tentang pemodelan kekuatan rotor menunjukkan betapa sensitifnya hasil terhadap geometri lamina dan dimensi inti padat. Di sinilah Anda menghindari resonansi yang tidak diinginkan dan batasan kecepatan.

Di sisi manufaktur, libatkan pabrik sejak awal. Tanyakan berapa banyak jenis pengukur dan set cetakan yang realistis. Periksa apakah metode perakitan tumpukan—penguncian, pengelasan, atau perekat—tetap andal selama transisi ketebalan. Lembaran tipis dapat jauh lebih sensitif terhadap pilihan pengelasan dan perekat, dengan peningkatan kerugian yang terukur saat parameter proses tidak disesuaikan dengan ketebalan spesifik. Hal ini lebih penting saat Anda mencampur.

Akhirnya, lakukan validasi pada perangkat keras dengan instrumen yang memperhatikan risiko spesifik yang Anda perkenalkan. Hal itu mungkin berarti melakukan uji kerugian inti tambahan, pemetaan termal sepanjang tumpukan, atau pengukuran getaran spesifik di dekat transisi mekanis baru.

Stator vs rotor: jawaban yang berbeda untuk pertanyaan yang sama

Pada stator, argumen untuk mencampur ketebalan biasanya lebih lemah. Inti stator dipasang dengan klem, bukan berputar, sehingga tuntutan mekanisnya lebih ringan. Anda sering dapat memenuhi target efisiensi dan suhu hanya dengan memilih satu ketebalan yang sesuai dan grade baja yang tepat, ditambah perhatian cermat terhadap geometri slot, lebar gigi, dan kedalaman yoke. Ketika desainer ingin penyesuaian lokal, mereka lebih sering mengubah bentuk laminasi atau menggunakan stator bersegmen daripada mencampur ketebalan.

Rotor adalah kebalikannya. Untuk rotor induksi kandang tupai, ada argumen yang lebih kuat: konsentrasi kerugian dan tegangan mekanis berada dalam ruang yang sama. Mengubah ketebalan lamina atau bahkan menambahkan daerah dukungan solid memberikan Anda alat lain, yang digunakan dalam beberapa desain berkecepatan tinggi atau berdensitas daya tinggi. Untuk rotor magnet permanen, susunan magnet dan konstruksi selongsong sering kali mendominasi aspek mekanis, tetapi ketebalan lamina tetap memengaruhi cara besi belakang jenuh dan bagaimana rotor berperilaku pada kecepatan tinggi.

Jadi, Anda dapat merangkumnya seperti ini: mencampur ketebalan laminasi lebih mungkin berguna pada rotor daripada stator, dan lebih mungkin pada mesin khusus daripada produk katalog.

Jadi, apakah Anda bisa mencampur ketebalan laminasi?

Ya, Anda bisa melakukannya, dan orang-orang memang melakukannya, tetapi biasanya ketika mereka mengejar sesuatu yang sangat spesifik: efisiensi yang sedikit lebih tinggi tanpa perlu mengganti rangka, kecepatan aman yang lebih tinggi, profil termal tertentu, atau perbaikan satu kali. Biaya yang harus Anda bayar adalah kompleksitas tambahan dalam analisis, manufaktur, dan kontrol kualitas. Praktik standar "satu ukuran per tumpukan" ada karena hal itu dapat diprediksi, dapat diulang, dan mudah diproduksi secara massal.

Jika Anda mempertimbangkan untuk mencampur ketebalan pada stator atau rotor, perlakukan hal tersebut sama seperti Anda memperlakukan bahan eksotis atau bentuk slot yang tidak biasa. Tuliskan dengan jelas apa yang Anda harapkan untuk diperoleh, buat modelnya dengan detail yang cukup sehingga risikonya terlihat, dan libatkan pabrik sedini mungkin sehingga pengecekan realitas dilakukan sebelum pesanan alat, bukan setelahnya. Kemudian, jika angka-angka masih sesuai, Anda tidak hanya mencampur ketebalan. Anda sedang melakukan desain yang disengaja.