Una semplice guida alla laminazione ad incastro: Come costruire una grande pila di motori

Collaborate alla realizzazione o alla progettazione di motori elettrici? Se lo fate, sapete che un nucleo del motore robusto e ben funzionante è molto importante. Questo nucleo, chiamato statore o rotore, è costituito da una pila di sottili fogli di metallo. Il vecchio metodo per tenere insieme questa pila era quello di saldarla. Ma c'è un modo molto migliore: la laminazione ad incastro. Questo articolo vi mostrerà come funziona una pila realizzata con una laminazione interbloccata. Imparerete perché questo metodo è più economico, più veloce e migliore per il funzionamento del vostro motore. Continuate a leggere per scoprire i semplici segreti per costruire un ottimo pacco motore.

Che cos'è la laminazione e perché è importante?

Cominciamo con le parti semplici. Una laminazione è un pezzo di acciaio molto sottile. Si può pensare che sia come una pagina di un libro spesso. All'interno di un motore, non si utilizza un pezzo solido di acciaio per l'anima. Si utilizza invece una pila di questi fogli sottilissimi. Ogni lamina è ricoperta da un sottile strato che blocca l'elettricità. Si tratta di un dettaglio molto importante. Questo speciale rivestimento impedisce all'elettricità di spostarsi da un foglio all'altro della pila di lamiere.

Perché facciamo tutto questo? Per non sprecare energia. Un motore che gira crea un campo magnetico. Se il nucleo fosse solido, questo campo produrrebbe correnti elettriche che girano, come piccoli vortici. Queste correnti sprecano energia producendo calore. Utilizzando molte laminazioni (una pluralità di laminazioni), fermiamo queste correnti. Ogni singolo lamierino è troppo sottile per far partire una grande corrente. Questo semplice trucco aiuta il motore a funzionare meglio e a consumare meno energia. Una laminazione è la parte principale utilizzata per costruire un robusto statore o rotore di un motore.

Come fa una pila di laminazione a svolgere il suo lavoro in un motore?

Ora sapete cos'è una laminazione. Come si fa un'anima? Si prendono molte laminazioni e si pressano insieme. In questo modo si ottiene un nucleo solido, chiamato pila di laminazioni. Questa pila può essere destinata a uno statore (la parte del motore che non si muove) o a un rotore (la parte che gira). Il pila statorica ha un grande foro al centro per il rotore. Inoltre, presenta una o più fessure all'interno. L'avvolgimento di rame entra in questa fessura. L'avvolgimento è il filo attraverso il quale si muove l'elettricità.

Quando l'elettricità passa attraverso l'avvolgimento in ogni slot, la pila di laminazione si trasforma in un forte magnete. Questo è l'elemento che rende il rotazione del rotore. Affinché il funzionamento sia ottimale, le lamine della pila devono essere tenute insieme in modo molto stretto. Non possono essere allentati. Il modo in cui si tiene insieme la pila di laminazioni cambia il costo del motore, la sua resistenza e il suo funzionamento. L'obiettivo principale è realizzare un nucleo statorico solido da una semplice laminazione. Questo nucleo deve condurre il campo magnetico nel modo giusto attraverso il circuito elettrico.

Che cos'è una laminazione ad incastro e come fa a rimanere unita?

Qual è il modo migliore per tenere insieme la pila? Si può usare una saldatura, della colla o dei bulloni. Ma un modo più intelligente è quello di utilizzare un incastro. Una laminazione interbloccata è un tipo speciale di laminazione. È fatto in modo da bloccarsi con il laminato accanto. Lo fa senza parti aggiuntive. Pensate a due mattoncini LEGO che si incastrano. Questa è l'idea principale di un incastro. Ogni laminazione a incastro presenta piccole protuberanze e ammaccature che si adattano ad esse.

Queste forme vengono realizzate durante il processo di produzione. Una macchina chiamata punzonatrice taglia la forma di laminazione da un grande rotolo di acciaio. La stessa macchina può realizzare anche le forme di interblocco. Un tipo molto comune è chiamato linguetta di interblocco. Si tratta di un piccolo pezzo di metallo che viene spinto fuori dal lato piatto di una laminazione. Questa linguetta si inserisce perfettamente in un piccolo foro o in una fessura della laminazione accanto. Quando si impilano, la linguetta di una laminazione si blocca nella fessura della laminazione sottostante. In questo modo si crea un collegamento molto forte.

Può spiegare come un punzone piega il metallo per un incastro?

La magia che crea l'incastro avviene molto, molto rapidamente. È un modo intelligente di usare la forza per piegare il metallo. Durante il processo di produzione, viene utilizzato uno strumento speciale per punzonare la laminazione. Chiamiamo una certa laminazione nel nostro esempio laminazione 20. Quando la macchina produce la laminazione 20, un utensile scende e crea un piccolo punzone sulla sua superficie. Non si tratta di un foro che attraversa tutta la superficie. Al contrario, crea una piccola piega in un punto. Questa piega è una deformazione.

Questa deformazione crea una forma, come una piccola protuberanza o una linguetta di interblocco. Affinché l'interblocco funzioni, questa piccola deformazione deve sporgere dal fondo della laminazione 20. Allo stesso tempo, il punzone può creare un'ammaccatura corrispondente sul lato superiore della laminazione successiva più bassa della pila. Così, quando la lamina 20 viene messa in cima, la sua protuberanza si blocca nell'ammaccatura della lamina sottostante. L'importante è che la deformazione sia controllata. Deve essere abbastanza grande da creare un forte incastro, ma abbastanza piccola da non danneggiare le proprietà magnetiche della laminazione. La punzonatrice è una parte molto importante dell'apparato e del metodo di produzione di questo pezzo.

Quali sono i diversi tipi di forme di incastro per una laminazione?

Non tutte le forme di interlock sono uguali. Gli ingegneri hanno escogitato molti modi intelligenti per far sì che una laminazione interbloccata si colleghi con quella accanto. Il tipo di interblocco scelto dipende dalle dimensioni del motore, dallo spessore della laminazione e dal costo di produzione. Vediamo alcuni tipi comuni.

• Incastro a coda di rondine o a V: È un incastro molto comune. Quando un utensile esegue un punzone, crea una deformazione a V su una laminazione. Questa forma a V si blocca in una scanalatura a V sulla laminazione successiva. Se lo si taglia a metà e lo si guarda di lato, sembra una chiave in una serratura. Questo lo rende forte.
• Incastro rettangolare: È come l'incastro a V, ma il punzone crea una protuberanza e una fessura rettangolari. Questa linguetta di interblocco è molto utilizzata per le laminazioni più spesse.
• Anello e scanalatura: Per una laminazione rotonda, un anello a forma di cerchio può essere spinto verso l'alto dalla superficie. Questo anello si blocca in una scanalatura sulla laminazione successiva.
• Proiezioni e rientranze: Un altro modo per dirlo è quello di utilizzare le sporgenze che si incastrano con le rientranze. Il punzone produce piccole protuberanze, che sono le sporgenze. Queste si formano su sporgenze che si incastrano con piccole ammaccature, che sono gli incavi. Questo metodo fa parte della produzione di gruppi laminati che presentano creste su ogni parte. Le creste formate sulle sporgenze assicurano un accoppiamento stretto quando le parti si incastrano con gli incavi delle laminazioni adiacenti. Ogni laminazione posizionata nella pila contribuisce a renderla più resistente.

Perché una laminazione interbloccata è una scelta migliore rispetto a una pila saldata?

Per molti anni, il modo abituale di assemblare un pacco lamellare è stato quello di saldare la parte esterna. La saldatura è forte, ma fa sì che le cose vadano male per un motore. Il calore molto forte della saldatura danneggia il rivestimento speciale di ogni laminazione. In pratica, fonde i bordi della pila di laminazioni in un unico pezzo. Questo crea un percorso per le correnti che sprecano energia, di cui abbiamo parlato in precedenza.

Quando si salda una pila, si crea un cortocircuito all'esterno dello statore. Questo danneggia le proprietà magnetiche e fa sì che il motore consumi più energia. Una laminazione interbloccata non presenta questo problema. Poiché non c'è saldatura, il rivestimento di ogni laminazione non viene danneggiato. L'interblocco crea una connessione forte senza utilizzare il calore. Questo porta a un motore che funziona meglio e spreca meno energia. La vista di una pila realizzata con l'interblocco appare molto più ordinata.

Ecco una semplice tabella per confrontare i due modi:

Come si compone una pila di laminazioni incastrate?

L'aspetto positivo della laminazione interbloccata è la facilità di assemblaggio. Il metodo di produzione è spesso realizzato in un'unica fase. Le laminazioni vengono impilate e bloccate insieme proprio nella pressa di stampaggio. Pensate a una macchina che utilizza un punzone per tagliare una laminazione da una bobina di acciaio. Chiamiamo questa laminazione 20. Questa laminazione 20 viene poi subito spinta verso il basso sulla pila che viene costruita sotto di essa.

La forza della pressa spinge la linguetta di interblocco della laminazione 20 nell'ammaccatura della laminazione già presente nella pila. La laminazione posizionata in alto si blocca con quella sottostante. Questo avviene ripetutamente, centinaia di volte al minuto. Ogni nuova lamina viene tagliata e subito aggiunta alla pila di lamine in crescita. Questa operazione continua finché la pila non raggiunge l'altezza giusta. Dopodiché, il nucleo dello statore o del rotore finito viene spinto fuori dalla macchina. Questo apparecchio e metodo per la produzione di una pila è molto veloce e non comporta perdite di tempo. Il metodo di produzione della pila è molto più rapido dell'aggiunta di una saldatura separata.

Cosa può andare storto durante la laminazione?

Il sistema di laminazione ad incastro è ottimo, ma il processo di produzione deve essere molto preciso. Un piccolo errore può portare a grandi problemi. Un grosso problema si verifica quando i piccoli errori si sommano. Si parla di accumulo di errori. Se ogni incastro è sbagliato di poco, questi piccoli errori possono sommarsi su una pila alta. Questo può far sì che la pila di laminazione sia storta o attorcigliata. La laminazione superiore potrebbe non essere allineata con quella inferiore.

Un altro problema si verifica quando il metallo viene piegato nel modo sbagliato. Si tratta di una deformazione errata. Se il punzone colpisce troppo forte, può causare una deformazione eccessiva e danneggiare la laminazione. Questo può danneggiare le proprietà magnetiche. Se il punzone non colpisce abbastanza forte, l'incastro sarà debole e la pila di laminazioni potrebbe staccarsi. Lo strumento utilizzato per punzonare l'incastro deve essere mantenuto in perfetta forma. L'obiettivo di un buon metodo di produzione è quello di mantenere la piegatura in una piccola area, per localizzare la deformazione solo dove si trova l'incastro. In questo modo si protegge il resto della laminazione.

In che modo una laminazione interbloccata modifica le proprietà magnetiche di un motore?

Il compito principale di un nucleo statorico o rotorico è quello di indicare al campo magnetico dove andare. Se si modifica l'acciaio in qualche modo, le sue proprietà magnetiche possono cambiare. Come abbiamo scoperto, una saldatura è pessima perché crea un cortocircuito tra le laminazioni. Un incastro è molto meglio, ma non è del tutto perfetto. La deformazione provocata dal punzone sottopone l'acciaio a uno stress. Questa sollecitazione può modificare un po' le proprietà magnetiche in quel piccolo punto.

Ma gli ingegneri lavorano duramente per ridurre al minimo questo problema. Progettano l'interblocco in modo che sia il più piccolo possibile, pur rimanendo forte. Le forme di interblocco sono collocate in parti della laminazione in cui il campo magnetico non è così importante. Ad esempio, sono spesso collocate lontano dai denti dove si trova l'avvolgimento. Il piccolo effetto di un interblocco è un piccolo compromesso per un grande miglioramento derivante dalla rimozione della cattiva saldatura. Un interblocco ben fatto aiuta a creare una pila di laminazioni che produce un motore che funziona molto bene.

Quali sono i prossimi sviluppi della tecnologia di laminazione e degli statori?

Il mondo dei motori elettrici è in continuo miglioramento. Le aziende che producono automobili, elettrodomestici e utensili industriali vogliono motori più piccoli, meno costosi e più potenti. Ciò significa che la tecnologia della laminazione e dello statore deve migliorare. Stiamo assistendo a nuovi assemblaggi laminati di produzione con creste ancora più complesse. Questi design creano un incastro ancora più forte con una minore deformazione.

Per la laminazione si utilizzano anche nuovi tipi di materiali. Acciai più sottili e con migliori proprietà magnetiche aiutano a costruire un motore che consuma meno. Anche le apparecchiature e i metodi di produzione di questi componenti stanno migliorando. Presse molto veloci e strumenti più intelligenti possono produrre una pila di laminazione con grande attenzione, in modo che tutto sia preciso. La semplice laminazione interbloccata continuerà a essere una parte molto importante della costruzione del futuro dei motori elettrici, delle armature e dei generatori. Da un semplice punzone su una sottile lastra di acciaio nasce un motore potente.

Cose importanti da ricordare

• Le laminazioni sono un problema importante: Il nucleo di un motore è costituito da una pila di laminazioni, non da un unico pezzo solido di acciaio. In questo modo si spreca meno energia.
• L'interblocco è molto meglio della saldatura: Una laminazione interbloccata utilizza blocchi meccanici e non una dannosa saldatura. In questo modo il motore funziona meglio.
• Il processo è semplice: l'incastro viene effettuato da un punzone che produce una piccola deformazione sulla laminazione. In questo modo si crea una linguetta che si blocca nel foglio successivo.
• L'esattezza è tutto: il processo di produzione per assemblare una pila di laminazione interbloccata deve essere molto accurato per evitare errori.
• Gli aspetti positivi sono chiari: l'utilizzo di un interblocco consente di ottenere uno statore o un rotore del motore più economico, che funziona meglio e consuma meno energia.