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.
Il progetto di laminazione del motore sincrono a magneti permanenti di solito appare pulito in CAD. Poi inizia la produzione. I punti deboli si manifestano rapidamente: danni ai bordi di taglio, scanalature troppo sottili per uno stampaggio stabile, ponti del rotore che superano la simulazione ma non lasciano un margine di sicurezza sufficiente dopo l'usura dell'utensile, pile che perdono acciaio magnetico laddove il modello prevedeva ferro pieno. Questo è il vero limite della progettazione. Non il disegno. La parte costruita.
Nella nostra fabbrica, non rivediamo Laminazioni PMSM, laminazioni dello statore, e laminazioni del rotore come argomenti separati una volta che un progetto entra nel DFM. Noi li esaminiamo come un unico sistema: qualità dell'acciaio, spessore della laminazione, percorso di punzonatura, limite di bava, metodo di giunzione, compressione della pila e tolleranza di assemblaggio finale. Se manca uno di questi elementi, il motore può ancora funzionare. Solo che non funzionerà come promesso dal modello originale.
Tre cose determinano la maggior parte dei fallimenti nel rilascio della laminazione.
In primo luogo, l'acciaio elettrico non è più ideale dopo il taglio. La punzonatura introduce tensioni residue e degrado magnetico locale in prossimità del bordo. In secondo luogo, la pila non è un blocco solido e perfetto di acciaio attivo. La bava, la planarità, lo stato del rivestimento e il metodo di giunzione modificano la sezione magnetica reale. In terzo luogo, le caratteristiche del rotore e dello statore che sembrano efficienti nella progettazione elettromagnetica possono diventare instabili quando si aggiungono la tolleranza di stampaggio, l'usura dello stampo e la sequenza di assemblaggio.
Per questo motivo trattiamo design della pila di laminazione del motore come problema di produzione, non come fase di pulizia dopo il congelamento del layout magnetico. Lo stampaggio, la giunzione, la ricottura di distensione e persino il montaggio finale possono modificare la perdita del nucleo e il comportamento locale in misura tale da allontanare il motore finito dalla linea di base della simulazione.
Le laminazioni più sottili aiutano a ridurre la perdita di corrente parassita. Tutti gli addetti ai lavori lo sanno già. La parte che sfugge è ciò che accade sul bordo di taglio. Più il dente, la nervatura o il ponte sono stretti, più la zona danneggiata è importante perché occupa una parte maggiore della sezione attiva. È qui che la progettazione inizia a perdere colpi. All'inizio non in modo drammatico. Poi abbastanza da manifestarsi in termini di perdita, corrente a vuoto o temperatura.
Per i volumi elevati stampaggio con laminazione a motore, La punzonatura è ancora il metodo abituale, perché è veloce ed economica, una volta che l'utensile è stato costruito. Ma la punzonatura comporta anche l'indurimento del lavoro, la deformazione dei bordi e il rischio di bave. Per le quantità di prototipi, il taglio laser può sembrare più sicuro perché evita l'uso di utensili duri, ma introduce i propri effetti termici e non è un'alternativa diretta al comportamento della produzione stampata. Non consideriamo le laminazioni tagliate per prototipi come una risposta definitiva per una decisione di stampaggio in produzione.
Lo spazio di taglio è importante. La ricottura è importante. E soprattutto, contano insieme. Il lavoro pubblicato sull'acciaio elettrico non orientato mostra che il comportamento delle perdite dopo la punzonatura cambia in base al gioco, alla frequenza e al trattamento termico, e una serie di test ha rilevato la risposta più efficiente intorno a un gioco di 3% dopo la ricottura in quelle condizioni. Utilizziamo questo dato nel modo giusto: non come numero universale, ma come prova che l'impostazione del punzone e il recupero post-processo non possono essere esaminati separatamente.
Nella DFM pratica, la regola è semplice: quando l'elemento di laminazione è abbastanza sottile da rendere la zona interessata dal taglio una frazione significativa della sezione, la geometria non è più giudicata solo dalle dimensioni nominali. La geometria non è più giudicata solo in base alle dimensioni nominali, ma anche in base alle condizioni del bordo fabbricato.
Una fessura statorica non è mai solo una fessura. È una finestra di accesso all'avvolgimento, una decisione sulla rigidità del dente, una decisione sulla saturazione locale e una decisione sul rumore allo stesso tempo.
Un'apertura della scanalatura più ampia di solito favorisce l'inserimento dell'avvolgimento e la tolleranza di produzione. Può anche peggiorare il comportamento del cogging. Un'apertura più stretta può aiutare il lato magnetico, ma spinge la laminazione verso un controllo di stampaggio più stretto e un assemblaggio meno tollerante. Allora qualcuno aggiunge una piccola tacca per calmare la coppia di ingranaggi. A volte funziona bene. A volte l'intaglio diventa la prima caratteristica a diventare instabile nel corso della vita dello stampo.
È qui che molti articoli sui PMSM rimangono troppo teorici. Nella tranciatura, la questione non è solo se l'intaglio o la scanalatura ausiliaria riducono l'ondulazione. La questione è se l'elemento sopravvive alla produzione con una ripetibilità sufficiente a fornire lo stesso risultato sul lotto 1 e sul lotto 100.000. Un elemento a punta di dente troppo fine, troppo affilato o troppo sensibile alla bava non manterrà a lungo il suo intento elettromagnetico.
Per design della laminazione dello statore, Di solito blocchiamo questi controlli prima del rilascio dell'attrezzatura:
Questo elenco sembra ordinario. È il punto di partenza della maggior parte delle revisioni costose.
Per i rotori PMSM di tipo interno, lo spessore del ponte è di solito la linea più difficile del disegno. Se è troppo sottile, il rotore perde margine meccanico. Se è troppo spesso, il flusso di dispersione inizia a sottrarre coppia e fattore di potenza. Non c'è una formulazione intelligente per aggirare questo problema. Il ponte sostiene due argomenti contemporaneamente.
All'aumentare della velocità, il ponte smette di essere un dettaglio magnetico e diventa un limite strutturale. Lo stesso vale per le nervature centrali, le nervature esterne e gli angoli delle barriere di flusso. L'aumento del numero di ponti o della loro larghezza può migliorare la distribuzione delle sollecitazioni e aumentare la velocità consentita, ma crea anche più percorsi di perdita. Pertanto, quando il progetto di un rotore viene “aggiustato” in ritardo con l'aggiunta di materiale per i ponti, spesso la correzione viene ripagata con la produzione elettromagnetica.
Inoltre, non approviamo gli angoli del rotore come geometria analitica tagliente. Le laminazioni stampate reali necessitano di un controllo dei filetti. Le transizioni più morbide riducono la concentrazione delle sollecitazioni. Inoltre, rendono l'attrezzaggio più onesto. Un ponte che sopravvive solo in un modello ad angoli vivi di solito non è pronto per la revisione in produzione.
Uno schema comune di revisione del progetto è il seguente: il ponte del rotore originale viene dimensionato in base agli obiettivi elettromagnetici, poi si aggiungono la tolleranza di stampaggio, la bava e il margine di sovravelocità, e la sezione reale rimanente risulta più piccola del previsto. A quel punto il progetto o allarga il ponte, o cambia la forma della barriera, o accetta prestazioni magnetiche inferiori. È meglio risolvere questo problema prima di tagliare l'acciaio dello stampo.
Avete bisogno di una verifica della producibilità del vostro rotore PMSM?
Inviateci il disegno del vostro rotore o il DXF. Possiamo esaminare la larghezza del ponte, la geometria della nervatura, il rischio di bava e la fattibilità dell'impilaggio prima di iniziare la lavorazione.
L'obliquità funziona. Riduce gli effetti legati alla scanalatura, aiuta con la coppia di cogging e spesso migliora il comportamento acustico. Questo aspetto non è controverso. Il problema è l'esecuzione. L'inclinazione segmentata standard può complicare l'assemblaggio dei magneti, la registrazione delle pile e il controllo della produzione. L'angolo di obliquità può essere giusto nella simulazione ma sbagliato per la produzione.
Per questo motivo preferiamo discutere pile di laminazione del rotore oblique in termini di produzione, non solo in termini elettromagnetici. Gli approcci step-skew, core-skew e cross-stacked possono avere tutti senso, ma solo se lo stack può essere indicizzato, compresso e unito senza introdurre nuove variazioni. Alcuni metodi di inclinazione producibili sono stati sviluppati proprio per questo motivo: mantenere il beneficio dell'ondulazione e ridurre le difficoltà di assemblaggio.
La nostra regola di lavoro è ferrea. Se la strategia di inclinazione richiede una gestione eccezionale per rimanere allineata, non è ancora pronta per la produzione.
La bava non è un difetto estetico su laminazioni del motore. Burr è un problema di comportamento in pila.
Quando la bava rompe l'isolamento del rivestimento tra lamine adiacenti, si può formare un contatto interlaminare. Una volta che questo percorso si chiude, può circolare una corrente parassita supplementare e ne consegue un riscaldamento locale. Il meccanismo è ben noto. È anche uno dei motivi per cui due pile visivamente simili possono comportarsi in modo molto diverso sotto carico.
Questo è il motivo per cui la nostra ispezione di solito non si concentra su “il bordo sembra accettabile?”. La questione è più ristretta. Verifichiamo se l'altezza della bava, il ribaltamento del bordo e la pressione della pila possono creare un contatto conduttivo tra i fogli isolati. Una pila con una geometria accettabile ma con una scarsa integrità dell'isolamento è comunque una pila difettosa.
Un altro problema. La bava non minaccia solo la perdita. Incide anche sulla qualità dell'imballaggio e sull'acciaio attivo reale per unità di altezza della pila. Quindi il fattore di impilamento sul disegno non è un numero contabile per noi. È un parametro di progettazione. Se il motore dipende da ogni pezzo di ferro posteriore o sezione di ponte, la densità della pila deve essere definita prima del rilascio, non misurata dopo come una sorpresa.
Non esiste un metodo di giunzione neutro per pile di laminazione.
L'incollaggio tende a preservare meglio l'isolamento e può essere vantaggioso dal punto di vista magnetico. La giunzione meccanica è pratica e comune, ma la deformazione locale e le variazioni di durezza possono influire sulle proprietà magnetiche. La saldatura per fusione garantisce una solida integrità della pila, ma può danneggiare il rivestimento, modificare la microstruttura locale e introdurre tensioni residue. Tutte e tre le vie risolvono un problema e ne creano un altro.
Quindi congeliamo il percorso di adesione in anticipo. Non dopo l'approvazione del prototipo. Una pila di statori saldati, una pila di rotori incollati e una pila interbloccata non si comportano allo stesso modo in termini di perdita, rigidità o ripetibilità del processo. La sequenza sbagliata provoca la solita confusione dell'ultima fase: i pezzi sono dimensionalmente corretti, ma il motore non corrisponde più alle ipotesi precedenti.
| Vincolo di progettazione | Cosa aiuta | Cosa può fare male | Cosa confermiamo prima dell'attrezzaggio |
|---|---|---|---|
| Spessore dell'acciaio elettrico | Perdita di corrente parassita inferiore, capacità di frequenza superiore | Difficoltà di manipolazione, sensibilità ai tagli, costo | Spessore dell'acciaio, volume di produzione, percorso di taglio |
| Apertura della fessura | Accesso all'avvolgimento, tolleranza di montaggio | Comportamento ad ingranaggi, rigidità locale del dente | Finestra di avvolgimento minima e obiettivo di ondulazione |
| Intaglio a punta di dito o scanalatura ausiliaria | Riduzione della coppia di ingranaggi | Sensibilità alla durata dello stampo, concentrazione di bave, calo di coppia | Dimensione minima dell'elemento che sopravvive alla timbratura |
| Spessore del ponte del rotore | Margine meccanico, sicurezza contro la sovravelocità | Flusso di dispersione, coppia media, fattore di potenza | Sezione del ponte realmente realizzata dopo la tolleranza e la sbavatura |
| Raggio di raccordo in corrispondenza delle barriere e delle nervature | Minore concentrazione di sollecitazioni | Leggera variazione del percorso del flusso | Controllo del raggio e delle sollecitazioni con punzone |
| Obliquità o obliquità del nucleo | Riduzione dell'ondulazione di coppia e del rumore | Complessità di registrazione delle pile, costi di assemblaggio | Metodo di impilamento e piano di indicizzazione angolare |
| Limite della bava | Migliore integrità dell'isolamento, minore rischio di cortocircuito | Maggiore richiesta di manutenzione degli utensili | Metodo di ispezione e soglia di rifiuto |
| Metodo di giunzione | Resistenza delle pile e stabilità dimensionale | Degrado magnetico locale o onere di processo | Saldatura, incollaggio o incastro di elementi selezionati in anticipo |
| Fattore di impilamento | Contenuto reale di acciaio attivo | Perdita della sezione magnetica se sovrastimata | Obiettivo di densità e metodo di compressione |
Questa tabella è il luogo in cui passiamo il tempo durante la vera DFM. Una volta costruito l'attrezzo, infatti, la modifica di uno qualsiasi di questi elementi di solito incide contemporaneamente sui costi, sui tempi di consegna e sulla resa.
Prima di rilasciare un Pila di laminazione PMSM per gli strumenti, controlliamo quanto segue in un ciclo di revisione:
Lavorare su un nuovo pila di laminazione dello statore o del rotore?
Condividete il vostro disegno, la velocità desiderata, la lunghezza della pila e il volume annuale. Possiamo esaminare la producibilità, le aree probabilmente sensibili alle bave e le opzioni di giunzione prima della quotazione.
Di solito non si tratta di una singola caratteristica. È il divario tra la geometria simulata e quella stampata. La degradazione dei bordi di taglio, le bave, la densità di impilaggio e il metodo di giunzione possono spostare le prestazioni in modo tale da creare problemi di perdita, ondulazione o temperatura anche quando il disegno nominale sembra corretto.
Abbastanza sottile da supportare la perdita e la velocità previste. Non così sottile da rendere instabili la maneggevolezza, la planarità, la qualità dei bordi o il costo per il volume del progetto. L'acciaio più sottile non è automaticamente migliore se si considerano anche lo stampaggio e l'assemblaggio in pila.
Perché lo spessore del ponte si trova tra due limiti rigidi. Se è troppo piccolo, il rotore perde margine strutturale. Se è troppo grande, il flusso di dispersione aumenta e la resa elettromagnetica diminuisce. Il ponte corretto è quello che funziona ancora dopo aver applicato i controlli di tolleranza di fabbricazione, di bava e di sovravelocità.
Sì. La bava può danneggiare l'isolamento tra le lamelle e creare un contatto conduttivo interlaminare. Ciò aumenta la perdita di corrente parassita locale e può creare un riscaldamento all'interno della pila. Inoltre, influisce sulla qualità dell'imballaggio e sul fattore di impilamento reale.
Non da sola. La saldatura è spesso la scelta meccanica giusta. Ma non è magneticamente neutra. La zona di saldatura può alterare l'integrità del rivestimento, le tensioni residue e il comportamento magnetico locale. Per questo motivo, la saldatura deve essere scelta come parte del percorso di progettazione, non come una comodità da assemblare in ritardo.
Spesso sì, soprattutto quando la coppia di cogging, l'ondulazione o il rumore sono obiettivi sensibili. Ma il metodo di inclinazione deve corrispondere al percorso di assemblaggio. Un concetto di skew difficile da indicizzare o comprimere in modo coerente può creare più variazioni di produzione di quante ne elimini dal lato elettromagnetico.
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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