Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
La maggior parte dei confronti tra l'avvolgimento a spirale e il filo tondo si ferma al riempimento di rame. È troppo presto. La vera divisione inizia nel pila di laminazioneApertura della fessura, forma dell'anima, sensibilità alle bave, percorso di inserimento, condizioni del bordo finale e quante variazioni di processo può assorbire la pila prima che il rendimento inizi a diminuire. L'Hairpin di solito acquista un maggiore riempimento delle fessure, avvolgimenti finali più corti e un pacchetto di rame più compatto. Il filo tondo di solito acquista una maggiore libertà di avvolgimento e una pila che perdona di più. Queste non sono differenze di marketing. Si tratta di differenze in termini di utensili, scarti e durata.
Quando esaminiamo un nuovo programma di statori, non chiediamo prima “filo piatto o filo rotondo?”. Chiediamo a cosa deve sopravvivere lo stack di laminazione. Bordi affilati della scanalatura, grinze del rivestimento, accessibilità dell'imboccatura della scanalatura, ritorno elastico locale durante l'inserimento, separazione di fase all'interno della scanalatura e, in seguito, sollecitazioni dell'isolamento dovute al PWM. La scelta dell'avvolgimento cambia tutti questi aspetti.
Con il filo tondo, la pila è solitamente più tollerante alla deriva geometrica. Il conduttore è più piccolo, più conforme, più facile da guidare e da ridistribuire nella scanalatura. Con le forcine, la forma del conduttore inizia a dettare la scanalatura. Gli angoli contano di più. La rettilineità della pila è più importante. La ripetibilità da fessura a fessura è più importante. Una pila di laminazione tecnicamente “a norma di legge” può comunque essere una pila scadente per il filo piatto se il rivestimento si piega male, se il bordo della punta del dente segna lo smalto o se l'imboccatura della fessura dà accesso solo a un lotto di produzione e non a quello successivo.
Per questo motivo, il passaggio da un filo tondo a una forcina raramente è un cambiamento che riguarda solo il filo. Di solito si tratta di un modifica dell'architettura dello slot. In molti statori a filo piatto, l'inserimento assiale diventa interessante e la disposizione dell'isolamento si sposta verso un involucro più completo del conduttore all'interno della scanalatura. Negli statori a filo tondo, la carta della fessura a forma di U e la chiusura successiva della fessura sono comuni perché l'avvolgimento viene attirato nella fessura dal lato interno dello statore e può condividere la fessura con i separatori quando la gestione delle fasi lo richiede.
L'Hairpin ama la densità del rame. La pila di laminazione paga per questo.
Le tipiche costruzioni distribuite a filo tondo spesso si collocano in una fascia di riempimento delle fessure inferiore a quella dei conduttori rettangolari, mentre i fili rettangolari si spingono comunemente in una fascia compresa tra 0,6 e 0,7 e alcuni percorsi avanzati a filo piatto si spingono ancora più in alto. Il riempimento superiore è reale. Ma è importante solo se la geometria della fessura, il pacchetto isolante e il metodo di inserimento sono in grado di mantenerlo senza masticare lo smalto o forzare una compattazione instabile sulle punte dei denti.
Per il filo tondo classico, i progettisti possono spesso mantenere una maggiore libertà nell'apertura delle fessure e nel numero di giri. Per i tradizionali hairpin stratificati, la flessibilità del numero di giri è più limitata e alcuni layout rientrano naturalmente nei vincoli di giro pari. Quindi lo stack di laminazione non è solo dimensionato in base all'area del rame, ma anche in base al numero di strati realizzabili, alla logica di crossover e alla geometria di giunzione al di fuori dello stack. Questo restringe la finestra di progettazione, prima un po' e poi molto.
C'è un'altra novità. In alcuni percorsi di processo continui a filo piatto, la pila ha bisogno di una fessura aperta radialmente e di un accesso vicino alla larghezza del conduttore più un piccolo margine di spazio per l'inserimento. Ciò può spingere l'apertura della fessura più ampia di quanto un progettista elettromagnetico preferirebbe. Aperture più ampie possono peggiorare leggermente il comportamento delle correnti parassite, il cogging e il rumore se il resto del progetto non viene adeguato. La pila di laminazione diventa quindi una negoziazione tra l'accesso alla produzione e la pulizia magnetica.
Nei programmi a filo piatto, consideriamo l'isolamento della fessura come parte del progetto della pila, non come un materiale di consumo successivo. Il liner svolge più funzioni contemporaneamente: isolamento a terra contro l'acciaio, protezione dall'abrasione durante l'inserimento, separazione dei conduttori, controllo della sovrapposizione e talvolta logica di chiusura della fessura. Le attuali indagini sulla produzione mostrano che le disposizioni del liner a forma di O sono comuni negli statori a filo piatto, perché mantengono le fasi separate dalla pila di laminazione per una parte maggiore del perimetro del conduttore. Le soluzioni a forma di B possono aggiungere una protezione da conduttore a conduttore, ma costano spazio in rame e sono più difficili da automatizzare in modo pulito. Il filo tondo è più spesso utilizzato con isolamento a U e separatori di fase dove necessario.
Ciò significa che il fornitore di laminazione non può considerare solo la larghezza dei denti e la lunghezza della pila. La qualità del bordo finale è importante. È importante la consistenza della parete della scanalatura. La consistenza del raggio d'angolo è importante. Sui fili piatti, un piccolo difetto all'estremità assiale della pila può diventare un punto di taglio ripetibile della liner. Gli studi di processo sull'isolamento delle fessure per gli statori a filo piatto evidenziano i danni ai bordi finali, le crepe, le rughe, le sacche d'aria e la deriva della posizione della carta come caratteristiche di qualità reali, non estetiche.
Ogni pila di statori ha bisogno di un controllo delle bave. L'Hairpin non fa altro che inasprire la pena.
Con il filo tondo, il fascio di conduttori e il sistema di rivestimento possono assorbire un maggior numero di irregolarità locali prima che si manifestino i danni. Non illimitato. Ma è vero che è più indulgente. Con le forcine, la superficie del conduttore è più ampia, più rigida e meno disposta a girare intorno a un difetto locale del bordo. In termini di produzione, la bava della scanalatura, il rullo della matrice e la nitidezza della faccia finale smettono di essere dati di ispezione e diventano un fattore di previsione della resa. Lo stesso vale per la qualità della compressione della pila: se la gola della fessura varia perché la pila non si trova in un unico corpo pulito, la forza di inserimento non è più stabile. Il danno all'isolamento diventa casuale. I danni casuali sono costosi.
Per le nostre pile di laminazione, questo cambia di solito la logica di approvazione. Ci preoccupiamo meno delle dimensioni nominali stampate isolatamente e più della scanalatura come percorso formato: bordo di entrata, rettilineità della parete, radice del dente, bordo finale e ciò che il liner vede durante il movimento. Questo è lo stack che il team di avvolgimento acquista.
L'Hairpin offre un reale vantaggio termico e di resistenza alla corrente continua in molti progetti, perché una maggiore quantità di rame si trova nella fessura per respingere il calore e perché gli avvolgimenti finali possono essere più corti. Ma i conduttori piatti comportano anche una maggiore perdita di corrente alternata a frequenze elettriche più elevate se la sezione del conduttore è troppo grande o se la disposizione delle fessure è scelta male. Una soluzione consolidata consiste nell'aumentare gli strati di conduttori e nel ridurre l'altezza o la sezione dei singoli conduttori, in modo da attenuare gli effetti della pelle e della prossimità. Non si tratta di un rimedio solo per l'avvolgimento. Si ripercuote direttamente sulle proporzioni delle fessure della pila di laminazione e sul confezionamento dell'isolamento.
Pertanto, una pila a filo piatto non dovrebbe essere venduta solo sulla base del fattore di riempimento. Una fessura profonda e stretta che aiuta a dividere la sezione del conduttore può migliorare il comportamento di perdita ad alta frequenza, ma stringe anche la formazione del rivestimento e aumenta la sensibilità alla rettilineità della fessura. Una fessura più larga e meno profonda può essere più facile da produrre, ma punisce la perdita in corrente alternata. Non esiste una “scanalatura migliore” universale. Solo una pila adattata al ciclo di guida e al percorso di produzione reale.
I programmi Hairpin spesso prevedono molti punti di saldatura o giunti. Ciò aggiunge complessità al processo e può influire sull'affidabilità se l'isolamento viene sollecitato durante la formatura, la spellatura, la torsione o la saldatura. Quindi, anche se la saldatura si trova oltre la lunghezza attiva della laminazione, la pila ne risente indirettamente: più il conduttore esce dalla pila in modo rettilineo e coerente, minore è la compensazione necessaria alla stazione di giunzione e minore è la possibilità di caricare il sistema di isolamento prima che la stazione di test elettrico lo veda.
Questo è uno dei motivi per cui preferiamo discutere la pila di laminazione, il liner e il percorso di avvolgimento in un'unica revisione del progetto. I team separati creano costi nascosti. Di solito non il primo giorno. Più tardi.
| Punto di progettazione | Avvolgimento del filo tondo | Avvolgimento del filo per capelli/piatto | Cosa significa per le pile di laminazione |
|---|---|---|---|
| Comportamento tipico di riempimento degli slot | Più basso, spesso intorno a 0,35-0,45 in molte build distribuite | Più alto, spesso intorno a 0,6-0,7; i percorsi avanzati su filo piatto possono essere più alti. | Il filo piatto spinge di più sull'utilizzo delle fessure, ma la qualità della pila deve supportare il riempimento senza danneggiare il rivestimento o lo smalto. |
| Logica di inserimento | Comunemente viene aspirato nella scanalatura dal lato interno dello statore. | Spesso l'inserimento è assiale per le forcine standard; alcuni percorsi continui richiedono un accesso radiale. | L'apertura della scanalatura, il design della punta del dente e l'accessibilità della pila dipendono dal percorso del processo. |
| Stile di isolamento a fessura | Il rivestimento a U e i separatori di fase opzionali sono comuni. | Il liner a forma di O è largamente favorito; gli schemi di separazione dei conduttori extra compensano il fattore di riempimento. | La geometria dell'anima diventa una caratteristica di pila del primo ordine nel filo piatto |
| Sensibilità alla tolleranza | Più indulgente | Meno indulgente | Le sbavature, l'affilatura dei bordi, la rettilineità delle scanalature e la compressione della pila sono più importanti con il filo piatto. |
| Scambio elettrico | Maggiore libertà di avvolgimento, conduttori più piccoli aiutano il comportamento delle perdite in corrente alternata | Migliore impacchettamento e percorso termico in corrente continua, ma la perdita in corrente alternata ad alta frequenza può aumentare se la sezione del conduttore è troppo grande | Le proporzioni degli slot devono bilanciare la producibilità e la perdita di frequenza |
| Libertà di progettazione | Elevata flessibilità del numero di giri | I layout tradizionali possono limitare le opzioni di conteggio dei turni | La progettazione della pila è più strettamente legata alla fattibilità dello strato di avvolgimento |
Di solito rivediamo cinque cose in anticipo.
Innanzitutto, la geometria dell'ingresso della fessura. Non solo la larghezza. La condizione di ingresso. L'Hairpin non gradisce una punta del dente matematicamente accettabile ma meccanicamente affilata. In secondo luogo, la tolleranza del rivestimento. La scanalatura deve adattarsi al rame, all'isolamento e alla realtà del processo, non al rame e al CAD. In terzo luogo, le condizioni assiali della faccia finale. I programmi per fili piatti sono meno tolleranti nei confronti di estremità ruvide e di scalfitture dell'anima durante l'inserimento. Quarto, il rapporto profondità/larghezza della scanalatura. Questa scelta controlla sia l'esposizione alle perdite di corrente alternata che la producibilità. Quinto, la giunzione e la ritenzione della pila. Qualsiasi distorsione locale che modifichi la forma della fessura è ora più costosa di quanto non sembri durante la fase di laminazione.
Se il programma rimane con il filo tondo, il nostro esame della pila cambia. Ci preoccupiamo di più della libertà di avvolgimento, della compatibilità con i cunei o le slitte di copertura, del posizionamento del separatore e del margine di geometria della fessura di cui avrà bisogno il processo di inserimento della bobina. Il pacchetto elettromagnetico può accettare forme che un processo a filo piatto rifiuterebbe rapidamente. Questo è un vantaggio silenzioso del filo tondo. Consente di mantenere aperto un maggior spazio di progettazione della pila di laminazione.
No. L'Hairpin è spesso migliore per l'utilizzo del rame e l'imballaggio compatto, ma rende la pila più sensibile alla geometria della scanalatura, all'esecuzione del liner e ai danni da inserimento. Se il programma prevede un'elevata frequenza elettrica, vincoli aggressivi per la bocca della scanalatura o un debole controllo della qualità del bordo finale, il filo tondo può essere la scelta più stabile per la pila.
A volte per un prototipo, raramente senza compromessi per la produzione. La strategia di apertura delle fessure, la forma dell'isolamento, le condizioni degli angoli e la fattibilità degli strati richiedono solitamente una rielaborazione. Il riutilizzo della vecchia pila spesso lascia che sia l'avvolgimento a filo piatto a pagarne le conseguenze.
Non il rame. Il rischio nascosto è la mancata corrispondenza tra stack e processo: una fessura che sembra accettabile al CAD ma che danneggia il liner o lo smalto durante l'inserimento, producendo poi guasti intermittenti all'isolamento o un rendimento instabile.
No. Un maggiore riempimento della fessura può ridurre la perdita di rame in corrente continua e favorire la compattezza, ma quando la sezione del conduttore, la forma della fessura e la frequenza si sbilanciano, la perdita in corrente alternata e i danni di processo possono cancellare il guadagno. Un migliore riempimento è migliore solo se la pila e il percorso dell'avvolgimento sono stati progettati insieme.
Perché il liner comporta maggiori rischi. Protegge dalla pila di laminazione a spigoli vivi durante l'assemblaggio e il funzionamento, controlla la separazione dei conduttori e deve soddisfare requisiti di precisione di inserimento più elevati, con meno spazio per rughe, crepe o derive di sovrapposizione.
La versione breve, anche se non semplice: l'avvolgimento a forcina trasforma la pila di laminazione da parte magnetica a parte magnetica e di processo. Se questo cambiamento viene progettato in anticipo, il filo piatto può essere eccellente. In caso contrario, il filo tondo continua a vincere in punti che nessuno aveva previsto di misurare.
Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
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