アモルファスモーターコアの加工：切断、積層、脆性対策

要点

アモルファスモーターのコア加工は、通常4つの点で失敗する： 切断損傷、不安定な積層係数、接合応力、熱処理後の脆性.

使用可能な アモルファスラミネートスタック, 図面寸法だけでなく、エッジクラック、バリ、層間絶縁、樹脂収縮、パーティクルの放出、組立後のコアロスも管理する必要がある。.

モーターコアに使用される典型的なアモルファス合金リボンは、非常に薄く、多くの場合、その厚さは1.5mm程度である。 20-35 μm, 高い硬度と高い引張強度を持つ。これが、この材料が渦電流損失を低減できる理由であるが、同時に、損傷なしに打ち抜き、積み重ね、接着、組み立てを行うのが難しい理由でもある。いくつかのモーターコアのルートでは、この範囲のアモルファス・ストリップの厚さ、高い硬度、GPa範囲の引張強度が報告されている。.

最良の工程とは、すべての場合において「最初に切断する」ことでも「最初に積層する」ことでもない。最良のプロセスとは、リボンが脆くなる前に支え続け、カットエッジを高ストレスゾーンから遠ざけ、ボンディングとハウジングの適合後に最終的なコアの損失を証明するものです。.

アモルファスモーターコアとは？

アン アモルファスモーターコア は、従来の厚い電気鋼の積層ではなく、薄いアモルファス合金リボンから作られたステータまたはロータの磁気コアである。.

アモルファス」とは、金属が通常の結晶粒構造を持たないことを意味する。これにより、この材料は有用な軟磁性特性、特に高い電気周波数での低いコア損失を持つ。小型、高速、高周波モーターにとって、これは魅力的なことです。.

問題は機械的なものだ。.

リボンは薄く、硬く、ストレスに弱い。切断はエッジを傷つけます。重ねると隙間ができます。ボンディングにより内部応力が加わります。アニーリングは磁気特性を改善する場合もありますが、脆性を増大させることもあります。含浸硬化と干渉嵌合は、いずれもアモルファス鉄芯の損失と磁気挙動に影響を与えることが示されている。.

つまり、真の課題は素材の選択だけではない。.

それは プロセスサバイバル.

アモルファスと従来のラミネーション・スタック

従来のモーターコアは、プロセスウィンドウが既知であるため、多くの場合、多少の局所的な損傷は許容できる。アモルファス・リボンは、推測の余地が少ない。.

アモルファスモーターコア加工における主な故障モード

一般にモーター積層では、切断や接合によって鉄損が大きく変化することがあります。製造効果に関するレビューでは、切断に関連する損失は材料、形状、プロセス、磁気負荷によって大きく変化することが報告されています。特定の試験条件下では、ワイヤー切断はパンチングやレーザー切断よりも磁気損傷が少ないという比較結果もあります。.

推奨プロセスルート

信頼性の高いアモルファス・モーターのコア・プロセスは、通常この論理に従う：

1. リボンの厚さと素材の状態を選択
2. 形状と体積に基づいて切断ルートを選択する
3. 実際の切断サンプルのエッジダメージを測定
4. 小さなラミネーション・スタックを作る
5. スタックファクターと絶縁抵抗を測定
6. 制御された圧力下で接着または含浸させる
7. 硬化前と硬化後のコアロス試験
8. 仕上げコアの結果が改善された場合にのみ、アニーリングを適用する。
9. 亀裂、層間剥離、パーティクルの検査
10. ハウジング組み立て後、再度コアロスを測定する

重要なのはテストを繰り返すことだ。リボンのデータだけでは十分ではありません。完成したアモルファスステーターは、切断、接着、熱処理、圧入の後に異なる挙動を示すことがある。.

実践的パラメーターガイド

これらの値は、普遍的な機械設定値ではありません。図面作成、サプライヤーとの協議、工程適格性確認の出発点として有用です。.

発表されたアモルファス鉄芯の研究によると、含浸硬化と干渉嵌合によって損失挙動が変化し、含浸後の最低損失熱処理条件は含浸前と同じではなかった。ある試験条件では、含浸硬化後の損失が 1.2 T、1.5 kHzで22.8 W/kg でアニールした。 260 °C, 含浸前と比較して増加したと報告されている。.

この数字ひとつをプロセスレシピとしてコピーしてはならない。その値は警告である： キュアリング、アニーリング、アセンブリーストレスの相互作用.

切断方法

パンチング

パンチングは大量生産には魅力的だ。また、最も亀裂が入りやすい場所でもある。.

アモルファスリボンは薄くて硬い。パンチのクリアランスが間違っていたり、工具が摩耗していたり、リボンが支持されていなかったりすると、エッジが欠けたり剥がれたりします。その欠陥は、目視では確認できないほど小さくても、後でロスが生じたり剥がれ始めたりするのに十分な大きさです。.

パンチングを使うのは次のような場合だ：

• ジオメトリーはシンプルだ；;
• 生産量に見合った専用工具が必要です；;
• サプライヤーはバリやクラックの抑制を証明できる；;
• 工具の摩耗をモニターすることができる；;
• カットサンプルは磁気テストに合格。.

推奨されるコントロール

• 目に見えるバリだけでなく、ストローク数で工具の摩耗を検査する；;
• 一次成形品と一定期間ごとに、顕微鏡によるエッジ検査を行う；;
• 打ち抜かれたサンプルをワイヤーカットまたは化学的に切断された基準クーポンと比較する；;
• 隣接するリボン層にバリがブリッジしていないか確認する；;
• 接着によるサポートがない限り、幅の狭い脆弱な歯は避ける。.

パンチは効く。カジュアルなパンチは効かない。.

レーザー切断

レーザー切断は、柔軟な形状と迅速な設計変更を可能にします。プロトタイプ、小ロット、複雑なステータ形状に有効です。.

リスクは熱だ。.

切断端は、熱影響部、再鋳造材、局部応力、構造変化を含む可能性がある。アモルファス合金の場合、これは磁気性能にダメージを与える可能性があります。アモルファスモータコアに関する最近の研究では、可変周波数条件下でのモータコアの損失測定に影響するため、特に切断損傷を研究しています。.

定格出力だけでレーザー切断を決めないでください。.

によって資格を得る：

• 熱影響部の幅；;
• エッジの粗さ；;
• 変色；;
• マイクロクラック;
• リキャストレイヤー；;
• 粒子リリース；;
• 切断前と切断後のコアロス。.

薄いシングルリボンでは、低入熱と安定したサポートが重要である。接着されたスタックの場合は、切断速度と排熱がより重要になる。どちらの場合も、有用な質問は “ファイバーレーザーかガスレーザーか？”ではない。有用な質問は このスタックでは、どのようなエッジコンディションで、どのような敗戦となるのでしょうか？

ワイヤー放電加工

ワイヤー放電加工は、正確なプロトタイプコアやスタックファースト加工に一般的です。機械的な力がほとんどかからないので、壊れやすいラミネーション・スタックに役立ちます。.

そのリスクは局所的な熱損傷と放電損傷である。ワイヤーカットされたアモルファス合金コアに関する研究では、加工後の磁気性能の著しい変化が報告されており、ワイヤーカットは寸法検査だけでなく、磁気的な検証も必要であることを意味している。.

ワイヤーカットはこんなときに使う：

• コアの形状は複雑だ；;
• パンチがリボンにひびを入れる；;
• 寸法公差は厳しい；;
• 生産速度は検証精度よりも重要ではない；;
• 接着されたブロックは積層後に切断される。.

推奨されるコントロール

• 可能な限り、低エネルギーのフィニッシュパスを使用する；;
• 切断後の残渣をきれいにする；;
• 歯の端の断面を検査する；;
• 最終的なカット形状のロスを測定する；;
• 設計上可能であれば、放電で損傷したエッジを最高フラックス領域に残さないようにする。.

アブレイシブ・ウォータージェット

アブレイシブ・ウォータージェット切断は、大きな熱損傷を避けることができる。これは接着スタックに有効です。.

そのリスクは、エッジの粗さ、湿気、研磨剤による汚染、層の乱れである。フォローアップの検査と乾燥なしに「きれいな最終工程」になることはほとんどない。.

主にこんなことに使う：

• ボンド・スタック・ブロックを荒削りする；;
• より大きなセグメントである；;
• プロセストライアルの初期段階；;
• 熱損傷が許容できない形状。.

チェックが必要：

• 水分除去；;
• 研磨剤の残留物；;
• エッジの剥離；;
• 表面粗さ；;
• 粒子リリース；;
• 絶縁状態。.

ケミカル・エッチングまたはフォト・エッチング

ケミカルエッチングやフォトエッチングは、機械的ストレスを軽減し、微細な特徴を作り出すことができる。大量生産されるモーターコアのあらゆる形状よりも、薄板、サンプルラミネーション、精密な開発作業に適しています。.

リスクとしては、アンダーカット、洗浄品質、化学的適合性、スループットの低下などがある。.

こんなときに使う

• エッジストレスは最小限に抑えなければならない；;
• ジオメトリーは薄くて細かい；;
• 生産量は中程度である；;
• 寸法公差はエッチ・アンダーカットを考慮することができる。.

切断方法選択表

エッジ検査、コアロス測定、組み立て後の安定性という3つのテストに合格したものが、優れた切断工程といえる。.

スタッキング係数コントロール

積層係数とは、スタック全体の高さに対する磁性金属の高さの比率である。アモルファスモータコアでは、各層が非常に薄いため、通常、厚い電気鋼スタックよりも制御が難しい。.

設計上の間違いは単純で、見かけ上の歯の面積をあたかもソリッドメタルであるかのように使っていることだ。.

訂正後の計算はこうだ：

有効磁気面積＝見かけの積層面積×測定された積層係数

見かけのステーター・ティース面積が100 mm²で、測定された積層係数が0.89の場合、有効磁性金属面積は89 mm²となります。.

その違いによって、磁束密度、飽和マージン、温度上昇、損失予測が変わる。.

スタッキング・ファクターを向上させる方法

これらのコントロールを使用する：

• リボン幅とキャンバーは、入側材料仕様の範囲内に保つこと；;
• 端が波打っていたり、欠けが目立ったりしているリボンはお断りします；;
• 積み重ねる前にほこりを取り除く；;
• 接着剤の厚みをコントロールする；;
• 接着の際、圧力を均一にかける；;
• 断熱材を損傷させる過圧縮を避ける；;
• 複数の地点でスタックの高さを測定する；;
• 可能な限り、質量に基づく検証を行う。.

最大圧縮を追い求めない

圧力が高ければエアギャップを減らすことができるが、コーティングを押しつぶしたり、残留応力を増大させたり、樹脂を不均一に押し出したり、エッジクラックを起こしたりする可能性もある。.

目標は可能な限り高いスタックファクターではない。.

目標は、それでも合格する最も高い安定したスタッキング係数である：

• 層間絶縁試験；;
• コアロス試験；;
• セクションの検査;
• 振動またはハンドリングテスト；;
• 組み立て後の損失テスト。.

接着と含浸

アモルファスラミネーションスタックは通常、接着、含浸、または他の固定方法が必要です。薄いリボンは、モーターが巻線、組立、振動、熱サイクルに入ると、ルースシートとして扱うことはできません。.

ボンディングは与える：

• 寸法安定性；;
• レイヤーの動きが減少した；;
• より扱いやすくなった；;
• より優れた粒子制御;
• 耐振動性の向上。.

ボンディングはリスクも生む。.

硬化中の樹脂の収縮は内部応力を加える。内部応力は磁気挙動を変化させる。アモルファス鉄コアのテストでは、含浸硬化が損失を増加させ、損失を最小にする熱処理条件をシフトさせることが示されている。.

ボンディング・コントロール

接合されたアモルファス・スタックは、機械的な部分だけでなく、磁気的な部分として判断されるべきである。.

アニールと脆さ

アニーリングは応力を緩和し、軟磁性特性を向上させることができる。また、アモルファス合金をより脆くすることもできる。.

これが、アニーリングをデフォルトの習慣ではなく、プロセスのオプションとして扱わなければならない理由である。.

アモルファスモータコアルートの中には、加工、組立、モータ運転中の脆性、破片放出、割れを低減するために、特にアニールを避けるものがある。文書化された例では、アニールされたアモルファス・コアが破片やクラックを発生させる危険性について記述されており、その中には破片がロータとステータの隙間に入り込む危険性も含まれている。.

アニーリングが役立つ場合

アニーリングは次のような場合に役立つ：

• 切削または成形応力が高い；;
• 磁気損失は目標を上回っている；;
• コアは熱処理中も熱処理後も完全に支持される；;
• ボンディング材は熱サイクルに耐える；;
• 測定された損失改善は、機械的リスクよりも大きい。.

アニーリングが痛む場合

アニーリングは次のような場合に痛むかもしれない：

• コアは熱処理後も機械加工またはプレス加工されなければならない；;
• 歯が尖っていたり、ブリッジが弱かったりするデザイン；;
• を扱う前にスタックを接着しない；;
• 振動で脆い破片が飛び散る可能性がある；;
• 樹脂システムが温度プロファイルに適合していない。.

ベター・ルール

この検証シーケンスを使用する：

サンプルカット→ロス測定→ボンドスタック→ロス測定→アニールトライアル→ロス測定→組み立てトライアル→再度ロス測定

緩いリボンサンプルに基づいてアニーリングを承認してはならない。完成したコアは、応力、熱質量、機械的リスクが異なる。.

ブリットネス・ソリューション

1.プロセスを変更する前にジオメトリを変更する

鋭角で薄いブリッジは脆性破壊を容易にする。.

使用する：

• より大きな内部半径；;
• より広い歯根；;
• 分割されたステーターティース；;
• サポートされているスロットの開口部；;
• より低い応力のクランプ面；;
• サポートされていない壊れやすいエッジが少ない。.

電気鋼ではうまくいく設計でも、アモルファス・リボンの加工には耐えられないかもしれない。.

2.壊れやすい形状にはスタックファースト処理を使う

一部のステータでは、単一のアモルファス積層を扱うことは現実的ではありません。スタックファーストルートはダメージを軽減することができる：

リボン準備→長方形積層→接着または含浸→硬化→最終ワイヤーカットまたは精密機械加工→洗浄→検査

このルートは、個々の層をより早く保護する。また、最終カットは接着されたスタックを通過するため、エッジ検査がより重要になる。.

3.脆くなる前にリスクの高い成形を保つ

焼きなましを行う場合は、材料が最も脆い状態になる前に、主要な切断、曲げ、成形、積み重ねを行ってください。.

より安全なシークエンスはしばしばある：

カット／成形→積み重ね→接着／サポート→熱処理（有効な場合）→最終クリーニング→保護された組み立て

これは必ずしも最も損失の少ないルートではない。歩留まりの良いルートであることが多い。.

4.住宅ストレスをコントロールする

圧入は磁気性能を変える。圧入は機械的な問題だけではありません。干渉圧入はアモルファス鉄芯の損失を増加させることが示されており、圧力を除去しても内部応力状態が元の状態に完全に戻らない可能性があります。.

これらの項目を管理する：

• ハウジングの丸み；;
• 干渉量；;
• 挿入温度；;
• 最大プレス力；;
• サポートツール；;
• 挿入前後のコアロス；;
• 組み立て後のスロットの変形。.

高周波モーターでは、ルーズコアロスよりもポストフィットコアロスの方が有用である。.

5.粒子放出を止める

脆いアモルファスエッジは、小さな金属片を排出する可能性がある。モーターでは、これは化粧品ではありません。絶縁性、ノイズ、ローターとステーターのクリアランス、信頼性に影響します。.

これらのコントロールを追加する：

• 切断後のバキュームクリーニング；;
• ドライエアーまたは溶剤による洗浄；;
• 白拭き粒子試験；;
• スロットの拡大検査；;
• エッジ・シーリングがロス・ターゲットに適合する場合；;
• 作業と作業の間に保護されたパッケージング；;
• 組み立て前の最終粒子検査。.

エッジ検査方法

エッジ検査は、図面またはサプライヤーの品質計画に書き込むべきである。.

最も有用な検査は、通常、最も高価なものではない。生産では、光学検査、絶縁抵抗、スタックハイト測定、損失試験を組み合わせる。欠陥が説明できない場合はSEMを使用する。.

コアロス認定計画

本格的なアモルファス・モーター・コアのプロジェクトでは、損失を一度しか測定すべきではない。.

この順序を使う：

モーターの効率計算で使用する最終的な数値は、コアが実際のプロセスを見た後の損失である。.

リボンロスではない。ルーススタックのロスではない。ファイナルコアの損失。.

サプライヤー仕様チェックリスト

このセクションは、見積もりを依頼する場合やサンプルを承認する場合に使用します。.

1.材料

特定してください：

• 銘柄に依存しないアモルファス合金タイプ；;
• リボンの厚さの範囲；;
• コーティングや断熱材の状態；;
• 供給状態：鋳造状態、応力除去状態、熱処理状態；;
• 磁気特性の最小目標値；;
• 受信リボンの最大許容エッジ・ダメージ。.

2.切断

リクエスト

• 切断方法；;
• 予想されるバリの高さまたはバリの許容基準；;
• エッジクラック限界；;
• 検査倍率；;
• 最終的なジオメトリがシングルシートとしてカットされるか、ボンデッドスタックとしてカットされるか；;
• レーザーまたは放電法の熱影響部制御；;
• 切断後の洗浄方法。.

3.スタッキング

定義する：

• スタック高さの許容誤差；;
• 測定された積層係数；;
• アライメントの許容誤差；;
• 圧縮方式；;
• レイヤーシフトを可能にした；;
• 接合後のスロット開口部の公差。.

4.ボンディング

定義する：

• レジンまたは接着方法；;
• 治療プロファイル;
• キュア・プレッシャー；;
• 樹脂含有量；;
• ボンドストレングステスト；;
• 硬化後の絶縁抵抗；;
• 硬化後の損失変化。.

5.アニーリング

3つのポリシーのいずれかを定義する：

要アニール
アニーリング禁止
アニーリングサプライヤー検証済みのみ

アニーリングが許可されている場合は必要：

• 温度プロファイル；;
• の雰囲気だ；;
• 固定方法；;
• 冷却方法；;
• 脆性検査；;
• 熱処理前後の損失比較。.

6.最終検査

必要だ：

• 次元のレポート；;
• スタックファクターレポート;
• エッジ検査の写真；;
• 絶縁抵抗データ；;
• 合意された磁束密度と周波数でのコアロス報告；;
• 粒子清浄度レポート；;
• サプライヤーがコアをフレームに組み立てる場合、ハウジング後の損失テスト。.

ここで多くのプロジェクトが急速に改善される。コアが寸法だけでなく、磁気的、機械的なデータによって判断されることをサプライヤーが知れば、プロセスは変わります。.

アモルファスモーターコアの設計ルール

シミュレーションで測定されたスタックファクターを使用する

理想的なコア面積でシミュレーションしないでください。測定された積層係数を使用し、樹脂またはエアギャップの影響を含めてください。.

鋭利なフラックス伝導エッジを避ける

カットエッジはダメージゾーンです。可能な限り、フラックス密度を高くして、大きく切断されたエッジや脆いエッジから離してください。.

必要に応じてコアを分割する

セグメント化されたステーターまたはトゥースモジュールは、成形応力を低減し、プロセスの歩留まりを向上させることができる。アセンブリはより複雑になりますが、リボンの耐久性は向上します。.

プロトタイプの損失と生産の損失を分ける

ワイヤーカットされたプロトタイプは、打ち抜かれた生産コアを表すとは限らない。緩いスタックは、接着されプレスされたステーターを表していない場合がある。効率の主張を凍結させる前に、意図した生産ルートを使用してください。.

クリーニングのデザイン

粒子を閉じ込める溝や角は危険である。材料が欠けたり剥がれたりする可能性がある場合、クリーニングのアクセスは重要です。.

推奨受入表

正確な数値は、モーターサイズ、磁束密度、回転数、冷却、安全マージン、コスト目標によって異なる。形式はそれらに依存すべきではありません。すべてのアモルファスモータコアの仕様には、これらのカテゴリが必要です。.

よくある加工ミス

間違い1：図面だけで買う

図面は形状を与える。エッジダメージ、残留応力、パーティクルリスク、コアロスを定義するものではない。磁気とプロセス要件を追加する。.

間違い2：リボンロスのデータを信頼する

リボンロスは出発点。最終的なステーターの損失が重要な数字です。.

間違い3：電気とスチールの積み重ねの仮定を使う

アモルファススタックは薄く、硬く、隙間、樹脂、圧力に敏感である。スタックを測定する。.

間違い4：アニーリングを自動処理とみなす

アニーリングは損失を改善する可能性があるが、脆性を増大させる可能性もある。最終的なコアがハンドリング、組み立て、損失テストに合格した後にのみ、アニーリングを承認する。.

間違い5：プレスフィットを無視する

ハウジング挿入前に合格したコアは、圧縮後に不合格になることがある。組立後にテストする。.

よくあるご質問

最終的な収穫

アモルファス・モーター・コアの加工は、より薄い材料による通常のラミネーション作業ではない。.

リボンは低損失を提供できるが、それは工程がリボンを保護する場合に限られる。切断による損傷、接合応力、アニールによる脆さ、組立圧力は、その利点を消しかねません。.

信頼性の高いアモルファスラミネートスタックには、4つのことが必要である：

1. 制御されたエッジの品質；;
2. 測定された積層係数；;
3. 有効な接着または含浸；;
4. 実際の組み立て後の最終コア損失テスト。.

これが、有望なアモルファスリボンと、生産に耐えうるモーターコアとの違いである。.