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.
Vi siete mai chiesti come ottenere più potenza dal vostro motore elettrico? O per farlo funzionare più freddamente e risparmiare energia? Una parte importante della soluzione si basa su una cosa chiamata laminazione del motoree, in particolare, lo spessore della laminazione. Questo articolo vi spiegherà perché le laminazioni più sottili sono spesso migliori. Imparerete come possono aumentare le prestazioni e l'efficienza del motore. Merita di essere letto perché la comprensione di questo componente fondamentale può farvi risparmiare energia e denaro e aiutarvi a costruire macchine o sistemi motorizzati migliori.
Quando si parla di un motore, in particolare di un motore elettrico, si pensa spesso a fili e magneti. Ma c'è un'altra parte super fondamentale: la laminazione. Immaginate dei fogli sottilissimi di materiale speciale, come delle fette di pane. Questi fogli vengono impilati insieme per formare le parti del motore chiamate statore e rotore. Queste parti sono il cuore del motore, dove i campi magnetici fanno il loro lavoro per far girare le cose.
Ogni foglio di questa pila è una laminazione. Perché non utilizzare un blocco di acciaio solido? Beh, l'acciaio solido avrebbe grossi problemi di perdita di corrente parassita. Queste correnti sono come piccoli vortici di energia elettrica che sprecano energia e fanno scaldare il motore. Utilizzando molti fogli di laminazione sottili, interrompiamo i percorsi di queste correnti. In questo modo il motore funziona meglio. Il materiale utilizzato per questi fogli di laminazione è generalmente un tipo speciale di acciaio elettrico. La laminazione aiuta a far circolare il campo magnetico nel motore. È come una strada su cui viaggia l'energia magnetica. Una buona progettazione della laminazione fa sì che questa potenza vada dove deve andare. Questo è fondamentale perché il motore funzioni bene e fornisca un'ottima potenza. La pila di questi fogli di laminazione sviluppa i nuclei del motore.
Quindi, sappiamo che i fogli di laminazione sono necessari. Ma perché lo spessore della laminazione di ciascun foglio è così importante per il vostro motore? Secondo la mia esperienza, si tratta di un dettaglio essenziale che può davvero alterare le prestazioni di un motore. Il fattore principale è rappresentato dai fastidiosi problemi di perdita per correnti parassite. Più sottile è la laminazione, più possiamo ridurre queste perdite. Questo ha un'influenza diretta sul funzionamento del motore.
Pensate a questo: le lastre più spesse permettono di creare vortici di corrente più grandi. I fogli più sottili rendono questi vortici molto più piccoli. Vortici più piccoli significano meno spreco di corrente e meno calore. Ciò contribuisce direttamente ad aumentare le prestazioni del motore. Un motore con una perdita di corrente parassita ridotta funzionerà in modo più freddo e fornirà più potenza a parità di elettricità. L'effetto sull'efficienza può essere notevole, soprattutto in un motore ad alte prestazioni. Quindi, quando si sceglie lo spessore della laminazione, si fa una scelta importante sul funzionamento del motore. Una laminazione più sottile significa spesso una migliore efficienza. Cerchiamo sempre di migliorare il motore e lo spessore del lamierino è un modo eccellente per farlo. Può anche influenzare la densità del flusso magnetico all'interno del motore.
L'opzione dello spessore della laminazione influenza davvero l'intero progetto del motore. Non si tratta solo di scegliere un numero. Quando un progettista progetta un nuovo motore, lo spessore della laminazione è un fattore critico da considerare. Se decidiamo di utilizzare laminazioni più sottili, significa che avremo bisogno di un numero maggiore di fogli singoli per comporre lo stack della stessa dimensione per le parti dello statore e del rotore del motore.
Ciò può alterare la procedura di produzione. La manipolazione di fogli extra, estremamente sottili, può essere più difficile. Potrebbe anche aumentare un po' il prezzo di produzione del motore. Tuttavia, i vantaggi in termini di prestazioni e di efficienza del motore ne valgono generalmente la pena. Il progettista pensa anche a come lo spessore della laminazione si rapporterà con il materiale scelto e con la frequenza di funzionamento del motore. Per un motore ad alta velocità, le laminazioni più sottili diventano molto più importanti. Allo stesso modo, la laminazione contribuisce al peso e alle dimensioni complessive del motore. La densità della pila può cambiare un po' con laminazioni estremamente sottili, perché può esserci molto più isolamento tra gli strati. Il progetto deve tenere conto di tutti questi elementi per garantire che il motore funzioni come previsto. Ogni progetto di motore è un equilibrio di questi aspetti.
Per i motori elettrici ad alte prestazioni, come quelli di un veicolo elettrico o di un drone, ogni briciolo di efficacia e potenza del motore è importante. È qui che i laminati più sottili brillano davvero. Questi tipi di motori funzionano spesso a una frequenza più elevata e devono fornire rapidamente una coppia elevata. Questo tipo di applicazione è estremamente esigente.
In questi impieghi impegnativi, la perdita del nucleo finisce per essere un grande avversario. La perdita del nucleo comprende due elementi importanti: la perdita per isteresi e la perdita per correnti parassite. Mentre la scelta del materiale aiuta a ridurre l'isteresi, le laminazioni più sottili sono le migliori per ridurre la perdita per correnti parassite. Quando un motore ruota molto rapidamente (ad alta frequenza), le correnti parassite possono essere davvero selvagge e produrre molto calore e scarti. Utilizzando laminazioni più sottili, possiamo tenere sotto controllo queste perdite. Ciò significa che il motore ad alte prestazioni può funzionare più a lungo e in modo più efficiente. Quindi, se state collaborando con un motore ad alte prestazioni, valutate seriamente la possibilità di utilizzare laminazioni più sottili. Può fare una differenza significativa nell'efficienza generale e nella durata del motore. Si tratta di una tecnica abituale per questi motori elettrici. L'innovazione spinge costantemente a migliorare le prestazioni.
La comprensione della perdita di nucleo è il motivo principale per cui le opzioni di laminazione sono così importanti per qualsiasi tipo di motore elettrico. La perdita di nucleo in un motore è la potenza sprecata nel nucleo magnetico, che è costruito dalla pila di laminazione. Questa perdita si manifesta sotto forma di calore. Un calore eccessivo è dannoso per il motore e comporta uno spreco di potenza. Si tratta di una delle principali preoccupazioni per qualsiasi tipo di motore.
La perdita del nucleo è dovuta a due fattori principali: l'isteresi e le perdite per correnti parassite. La perdita per isteresi è legata al materiale magnetico stesso. È la potenza necessaria per continuare a cambiare la direzione dei piccoli domini magnetici all'interno del materiale al variare del campo magnetico del motore. La scelta del tipo di acciaio elettrico ideale può contribuire a ridurre al minimo la perdita di isteresi. Anche le imperfezioni nella struttura cristallina del materiale o i fattori legati al movimento delle pareti dei domini contribuiscono a questo fenomeno.
La perdita di correnti parassite, invece, è direttamente legata allo spessore della laminazione. Si tratta di correnti indotte dall'alterazione del campo magnetico all'interno dei fogli di laminazione. Fogli più spessi implicano un'area maggiore per il flusso di queste correnti e l'insorgere di problemi. Utilizzando una laminazione più sottile, è molto più difficile che queste correnti diventino forti. Pertanto, un'ottima strategia di laminazione, utilizzando il prodotto appropriato e lo spessore ottimale della laminazione, è fondamentale per ridurre la perdita complessiva del nucleo e realizzare un motore migliore. Ciò si traduce in minori perdite del nucleo e in una migliore dissipazione del calore.
Per molto tempo, lo spessore di laminazione di 0,35 mm è stato una caratteristica comune a diversi tipi di applicazioni motoristiche. E per una buona ragione! Spesso offre un equilibrio adeguato tra prestazioni, costi e semplicità di realizzazione. Numerosi motori elettrici di uso generale utilizzano probabilmente una laminazione di questo spessore, possibilmente compresa tra 0,35 e 0,5 mm. Questa qualità di laminazione è comunemente disponibile.
Ma bisogna sempre attenersi a 0,35 mm? Non sempre. Se si punta a una maggiore efficacia del motore o a realizzare un motore che funziona a una frequenza più elevata (come molti motori elettrici moderni, in particolare nelle auto ibride o nei dispositivi ad alta velocità), uno spessore inferiore a 0,35 mm può essere un'ottima alternativa. Attualmente si utilizzano spessori di laminazione di 0,2 mm, 0,15 mm o ancora più sottili. Questi possono ridurre notevolmente la perdita di corrente parassita a frequenze più elevate, spesso misurate in Hz.
La scelta dipende dall'applicazione e dagli obiettivi specifici. Se il prezzo è la preoccupazione principale e il motore funziona a bassa frequenza (come 50 o 60 Hz), allora 0,35 mm potrebbero essere perfettamente adatti. Tuttavia, se avete bisogno di prestazioni ancora più elevate o di ridurre il calore, vi consiglio di esplorare scelte di laminazione più sottili. La differenza è visibile. Anche i metodi di produzione di questi componenti in fogli sottili stanno aumentando.
La scelta del materiale di laminazione appropriato è fondamentale quanto la scelta dello spessore della laminazione per il motore. Il materiale più tipico è acciaio elettrico, anche detto acciaio al silicio. Non si tratta di un acciaio qualsiasi, ma di un acciaio con speciali proprietà magnetiche che lo rendono ideale per i nuclei dei motori. La quantità di silicio presente nell'acciaio contribuisce ad aumentarne la resistività elettrica, diminuendo la perdita di corrente parassita. Esistono diversi tipi di acciaio elettrico.
Alcuni gradi sono migliori per ridurre la perdita del nucleo, mentre altri possono offrire una maggiore densità di flusso magnetico (il che implica che sono in grado di gestire una maggiore potenza magnetica). Alcuni prodotti di laminazione sono progettati per applicazioni ad altissima frequenza. La scelta del grado dipende dai requisiti del motore e, ovviamente, dal prezzo. I gradi migliori costano generalmente molto di più. Consultare sempre le schede informative per conoscere le proprietà magnetiche e meccaniche residenziali o commerciali del materiale.
Oltre all'acciaio elettrico di base, esistono altre alternative di materiali sofisticati per tipi speciali di motori. Ad esempio, i metalli amorfi o i materiali nanocristallini possono fornire una perdita del nucleo ancora più ridotta, in particolare a frequenze molto elevate. Tuttavia, questi materiali sono spesso molto più costosi e possono essere più difficili da lavorare durante la produzione. Per la maggior parte delle applicazioni del motore, la scelta ricade su una laminazione in acciaio elettrico di alta qualità. La raffinazione di questi prodotti di laminazione è una parte cruciale della produzione.
Non esiste un singolo numero magico. Si tratta di stabilizzare diversi punti. La considerazione principale è la frequenza di funzionamento del motore. Come regola generale, più alta è la frequenza, più sottile dovrebbe essere la laminazione per mantenere bassa la perdita del nucleo. È necessario trovare l'equilibrio ideale per il dispositivo.
Considerate poi i requisiti di efficienza. Se si richiede un'efficienza del motore molto elevata o se il calore è un problema importante nell'applicazione (ad esempio, in un'apparecchiatura o in un autocarro molto stretti), l'acquisto di lamierini più sottili è in genere un'ottima idea. È inoltre necessario verificare la densità di flusso magnetico che ci si aspetta dal motore. Alcuni materiali di laminazione più sottili possono saturarsi (riempirsi di magnetismo) un po' più facilmente, quindi la scelta del materiale e lo spessore richiedono una collaborazione. Si tratta di un passaggio cruciale.
Infine, il costo è sempre un elemento importante. Le laminazioni più sottili possono costare di più per l'acquisto e potenzialmente anche per l'assemblaggio in una pila. È quindi necessario considerare il miglioramento delle prestazioni e dell'efficacia del motore rispetto a qualsiasi tipo di aumento delle spese. Per molte applicazioni, i programmi software di simulazione del sistema informatico possono aiutare i gruppi a modellare diverse alternative di densità di laminazione e a vederne gli effetti prima di costruire qualsiasi cosa. Questo può aiutare a scegliere l'opzione migliore per il motore.
Sebbene le lamiere più sottili offrano fantastici vantaggi per l'efficienza del motore, comportano alcune sfide di produzione. La cura di lamiere molto sottili richiede un trattamento maggiore. Queste lamiere possono essere particolarmente soggette a piegature o a danni durante la rifinitura, come la marcatura o la taglio laser. Si tratta di una considerazione importante per la linea di produzione di qualsiasi motore. Lo spessore del ferro in ogni laminazione deve essere giusto.
Anche lo sviluppo della pila di laminazione del motore diventa ancora più complicato. Si hanno più elementi di laminazione individuali per la stessa altezza della pila. È importante allinearli perfettamente. Anche il rivestimento isolante di ogni laminazione è estremamente sottile e deve essere eccellente per evitare cortocircuiti tra gli strati. Qualsiasi tipo di danno a questa finitura può compromettere la capacità del motore di combattere le perdite per correnti parassite. Il metodo di preparazione del motore deve tenere conto di queste tolleranze di fabbricazione.
Queste difficoltà possono occasionalmente far lievitare il prezzo della produzione di nuclei motore con laminazioni molto sottili, in particolare per i calibri molto sottili come 0,1 mm o 0,2 mm. Tuttavia, la moderna tecnologia di produzione è in costante miglioramento. Stiamo scoprendo modi migliori per trattare e lavorare questi materiali sottili, rendendoli una scelta più sensata per una più ampia varietà di tipi di motori. I dispositivi e le strategie appropriate sono fondamentali.
Abbiamo così affrontato il mondo dello spessore della laminazione del motore. Come potete vedere, si tratta di un piccolo dettaglio che ha un grande effetto sulle prestazioni e sull'efficienza del motore. La mia conclusione principale, dopo anni di lavoro in questo campo, è che non si può trascurare lo spessore della laminazione nella preparazione del motore. È una variabile importante che influisce sul funzionamento del motore.
Sebbene le laminazioni più sottili possano ridurre le perdite del nucleo, in particolare quelle dovute alle correnti parassite, e siano ottime per i motori elettrici ad alta frequenza e ad alte prestazioni, non sono sempre la soluzione ideale per ogni singolo motore. È necessario considerare l'applicazione specifica, la frequenza operativa, gli obiettivi di prestazione e il prezzo. A volte, uno spessore di laminazione comune come 0,35 mm va benissimo. Ma anche per numerose applicazioni contemporanee di motori elettrici, in particolare nei veicoli elettrici, nei sistemi ibridi o in qualsiasi macchina in cui le prestazioni sono fondamentali, lo spessore ridotto è di solito la soluzione più intelligente per ottenere risultati migliori.
La scelta del materiale di laminazione, la qualità dell'acciaio elettrico e lo spessore della laminazione interagiscono tra loro. Il progetto elettromagnetico del motore dipende fortemente da questa combinazione. Spero che questa guida vi aiuti a fare scelte migliori per il vostro prossimo progetto di motore. Ricordate di controllare i dati e di personalizzare il vostro metodo per ottenere i risultati ottimali per il vostro motore o la vostra apparecchiatura. L'obiettivo è ottenere il funzionamento e i risultati più efficaci dalla vostra macchina.
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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