PMSM 라미네이션 설계: 고정자 및 회전자 스택의 제조 제약 조건

영구 자석 동기식 모터 라미네이션 설계는 일반적으로 CAD에서 깔끔하게 보입니다. 그런 다음 생산이 시작됩니다. 절단면 손상, 안정적인 스탬핑을 위해 너무 미세한 슬롯 피처, 시뮬레이션을 통과했지만 툴링 마모 후 충분한 안전 여유가 없는 로터 브리지, 모델에서 단단한 철로 가정한 곳에서 자성 강철이 손실되는 스택 등 약점이 금방 드러나기 시작합니다. 이것이 실제 설계의 경계입니다. 도면이 아닙니다. 제작되는 부품입니다.

당사 공장에서는 다음을 검토하지 않습니다. PMSM 라미네이션, 고정자 라미네이션및 로터 라미네이션 프로젝트가 DFM에 들어가면 별도의 항목으로 분류합니다. 강종, 적층 두께, 펀칭 경로, 버 제한, 접합 방법, 스택 압축, 최종 조립 공차 등을 하나의 시스템으로 검토합니다. 이 중 하나만 놓쳐도 모터는 여전히 작동할 수 있습니다. 다만 원래 모델이 약속한 방식으로 작동하지 않을 뿐입니다.

대량 생산에서 PMSM 라미네이션 성능을 제한하는 요소는 무엇인가요?

라미네이션 릴리스에서 대부분의 실패를 결정하는 세 가지 요소가 있습니다.

첫째, 전기강은 절단 후 더 이상 이상적이지 않습니다. 펀칭은 가장자리 근처에 잔류 응력과 국부적인 자기 성능 저하를 유발합니다. 둘째, 스택은 활성 강철의 완벽한 솔리드 블록이 아닙니다. 버, 평탄도, 코팅 상태, 접합 방법 등이 모두 실제 자기 섹션을 변화시킵니다. 셋째, 전자기 설계에서 효율적으로 보이는 로터 및 고정자 기능은 스탬핑 공차, 다이 마모 및 조립 순서가 추가되면 불안정해질 수 있습니다.

그렇기 때문에 우리는 모터 라미네이션 스택 설계 마그네틱 레이아웃이 고정된 후의 정리 단계가 아니라 조기에 제조 문제로 인식해야 합니다. 스탬핑, 접합, 응력 완화 어닐링, 최종 핏업은 코어 손실과 국부적인 동작을 변경하여 완성된 모터를 시뮬레이션 기준선으로부터 멀어지게 할 수 있습니다.

PMSM 라미네이션의 전기강 두께 및 절단면 손상

더 얇은 라미네이션은 와전류 손실에 도움이 됩니다. 이 분야의 모든 사람이 이미 알고 있는 사실입니다. 놓치는 부분은 절단 가장자리에서 일어나는 일입니다. 치아, 리브 또는 브릿지가 좁을수록 활성 섹션에서 더 많은 부분을 차지하기 때문에 손상된 영역이 더 중요합니다. 바로 이 부분에서 디자인이 표류하기 시작합니다. 처음에는 극적이지는 않습니다. 그러다가 손실, 무부하 전류 또는 온도에서 충분히 나타납니다.

대용량 모터 라미네이션 스탬핑, 펀칭은 일단 툴링이 설정되면 빠르고 비용 효율적이기 때문에 여전히 일반적인 경로입니다. 하지만 펀칭은 공작물 경화, 모서리 변형, 버링 위험을 수반합니다. 시제품 수량의 경우 레이저 절단은 단단한 툴링을 피하기 때문에 더 안전해 보일 수 있지만, 자체적인 열 효과가 발생하고 스탬핑 생산 동작을 직접적으로 대체할 수 없습니다. 프로토타입 절단 라미네이션은 생산 스탬핑 결정에 대한 최종적인 해답으로 취급하지 않습니다.

절단 간격이 중요합니다. 어닐링도 중요합니다. 더 중요한 것은 이 두 가지가 함께 중요하다는 것입니다. 무방향성 전기강에 대한 발표된 연구에 따르면 펀칭 후 손실 거동은 간격, 주파수 및 열처리에 따라 달라지며, 한 테스트 세트는 이러한 조건에서 어닐링 후 3% 간격에서 가장 효율적인 반응을 보였습니다. 이 수치는 보편적인 수치가 아니라 펀치 설정과 후공정 복구를 개별적으로 검토할 수 없다는 증거로 사용합니다.

실제 DFM에서는 라미네이션 피처가 충분히 얇아 절단 영향을 받는 영역이 단면의 의미 있는 일부가 되면 더 이상 공칭 치수로만 지오메트리를 판단하지 않습니다. 제조된 가장자리 조건에 따라 판단됩니다.

고정자 라미네이션 스탬핑: 슬롯 설계 제약 및 권선 가능성

스테이터 슬롯은 결코 단순한 슬롯이 아닙니다. 와인딩 접근 창이자, 톱니 강성 결정, 국부 포화 결정, 소음 결정이 동시에 이루어지는 곳입니다.

일반적으로 슬롯 입구가 넓을수록 와인딩 삽입 및 생산 허용 오차에 도움이 됩니다. 또한 코깅 동작을 악화시킬 수도 있습니다. 구멍이 좁을수록 자성 측면에는 도움이 될 수 있지만, 라미네이션을 더 엄격하게 스탬핑 제어하고 조립에 덜 관대해집니다. 그런 다음 누군가는 코깅 토크를 진정시키기 위해 작은 노치를 추가합니다. 때때로 그것은 잘 작동합니다. 때로는 노치가 금형 수명 동안 가장 먼저 불안정해지는 피처가 되기도 합니다.

많은 PMSM 기사가 너무 이론적인 부분에 머물러 있습니다. 스탬핑에서 문제는 노치 또는 보조 홈이 리플을 감소시키는지 여부만이 아닙니다. 문제는 이 피처가 배치 1과 배치 100,000에서 동일한 결과를 제공할 수 있을 만큼 충분한 반복성을 가지고 생산에서 살아남을 수 있는지 여부입니다. 너무 미세하거나 너무 날카롭거나 버에 너무 민감한 톱니 팁 피처는 전자기적 의도를 오래 유지하지 못합니다.

For 고정자 라미네이션 디자인, 일반적으로 툴링 릴리스 전에 이러한 검사를 잠급니다:

• 와인딩 삽입을 여전히 지원하는 최소 슬롯 개구부
• 버 및 공차 후 최소 톱니 폭
• 다이 마모에 견디는 치아 끝 또는 노치 지오메트리
• 이상적인 스택 높이가 아닌 실제 스택 계수를 기준으로 한 백 아이언 두께
• 생산 속도에서도 검사할 수 있는 리플 제어 기능

이 목록은 평범하게 들립니다. 가장 비용이 많이 드는 수정이 시작되는 곳입니다.

로터 라미네이션 브리지 두께: 누설 플럭스 대 기계적 강도

내부형 PMSM 로터의 경우 일반적으로 브리지 두께는 도면에서 가장 어려운 선입니다. 너무 얇으면 로터가 기계적 여유를 잃게 됩니다. 너무 두꺼우면 누설 자속이 토크와 역률을 빼앗아가기 시작합니다. 이 거래에 대한 영리한 문구는 없습니다. 브리지는 한 번에 두 가지 인수를 전달하고 있습니다.

속도가 빨라지면 다리는 더 이상 자성 디테일이 아닌 구조적 한계가 됩니다. 중앙 리브, 외부 리브 및 플럭스 배리어 모서리도 마찬가지입니다. 브리지 수나 브리지 폭을 늘리면 응력 분포가 개선되고 허용 속도가 높아질 수 있지만 누설 경로도 더 많이 생깁니다. 따라서 브리지 재료를 추가하여 로터 설계를 늦게 “수정'하면 전자기 출력으로 그 수정 비용을 지불하는 경우가 많습니다.

또한 로터 모서리는 날카로운 분석 형상으로 승인하지 않습니다. 실제 스탬핑 라미네이션에는 필렛 제어가 필요합니다. 부드러운 전환은 응력 집중을 줄여줍니다. 또한 툴링이 더 정직해집니다. 날카로운 모서리 모델에서만 살아남은 브리지는 일반적으로 생산 검토를 위한 준비가 되지 않은 것입니다.

일반적인 설계 검토 패턴은 다음과 같습니다. 전자기 타겟에서 원래 로터 브리지의 크기를 측정한 다음 스탬핑 공차, 버, 과속 마진을 추가하고 남은 실제 단면이 예상보다 작아지는 것입니다. 이 시점에서 설계는 다리를 넓히거나 장벽 모양을 변경하거나 더 낮은 자기 성능을 수용합니다. 다이 스틸을 절단하기 전에 이 문제를 해결하는 것이 좋습니다.

PMSM 로터에 대한 제조 가능성 점검이 필요하신가요?
로터 도면 또는 DXF를 보내주세요.. 툴링을 시작하기 전에 브리지 폭, 리브 형상, 버 위험 및 적층 가능성을 검토할 수 있습니다.

왜곡된 로터 스택 및 리플 감소: 좋은 아이디어, 어려운 실행

스큐가 작동합니다. 슬롯 관련 효과를 줄이고, 코깅 토크에 도움을 주며, 종종 음향 동작을 개선합니다. 이 부분은 논란의 여지가 없습니다. 문제는 실행입니다. 표준 세그먼트 스큐는 자석 조립, 스택 등록 및 생산 제어를 복잡하게 만들 수 있습니다. 시뮬레이션에서는 스큐 각도가 맞을지 몰라도 실제 제조에서는 틀릴 수 있습니다.

그렇기 때문에 다음과 같이 논의하는 것을 선호합니다. 비뚤어진 로터 적층 스택 전자기적 측면뿐만 아니라 제조 측면에서도 마찬가지입니다. 스텝 스큐, 코어 스큐, 교차 스택 접근 방식은 모두 의미가 있지만 새로운 변형을 도입하지 않고 스택을 인덱싱, 압축, 결합할 수 있는 경우에만 가능합니다. 일부 제조 가능한 스큐 방식은 바로 이러한 이유, 즉 리플의 이점을 유지하고 조립의 어려움을 줄이기 위해 개발되었습니다.

저희의 작업 규칙은 간단합니다. 스큐 전략이 일관성을 유지하기 위해 예외적인 처리가 필요한 경우 아직 프로덕션에 적용할 준비가 되지 않은 것입니다.

버 제어, 층간 단락 위험 및 스택 품질

버는 외관상 결함이 아닙니다. 모터 라미네이션. 버는 스택 동작 문제입니다.

버가 인접한 라미네이션 사이의 코팅 격리를 깨뜨리면 층간 접촉이 형성될 수 있습니다. 이 경로가 닫히면 여분의 와전류가 순환하고 국부적인 가열이 발생할 수 있습니다. 이 메커니즘은 잘 확립되어 있습니다. 이는 시각적으로 유사한 두 스택이 부하가 걸렸을 때 매우 다르게 작동하는 이유 중 하나이기도 합니다.

그렇기 때문에 당사의 검사 초점은 일반적으로 “가장자리가 허용 가능한가?”가 아닙니다. 그보다 더 좁습니다. 버 높이, 가장자리 롤오버, 스택 압력이 함께 절연 시트 전체에 전도성 접촉을 일으킬 수 있는지 확인합니다. 형상은 괜찮지만 절연 무결성이 좋지 않은 스택은 여전히 불량 스택입니다.

또 다른 문제. 버는 손실만 위협하는 것이 아닙니다. 또한 포장 품질과 단위 스택 높이당 실제 활성 강재에도 영향을 미칩니다. 따라서 스태킹 팩터 는 회계 번호가 아닙니다. 설계 매개변수입니다. 모터가 백철 또는 브리지 섹션의 모든 비트에 의존하는 경우 스택 밀도는 릴리스 전에 정의해야 하며, 사후에 깜짝 놀라 측정해서는 안 됩니다.

라미네이션 결합 방법: 용접, 본딩 또는 인터로킹?

다음에 대한 중립 조인 방법은 없습니다. 라미네이션 스택.

접착식 결합은 절연을 더 잘 보존하는 경향이 있으며 자기적 측면에서 유리할 수 있습니다. 기계적 결합은 실용적이고 일반적이지만 국부적인 변형과 경도 변화가 자기 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 융착 용접은 스택 무결성을 견고하게 유지하지만 코팅이 손상되고 국부적인 미세 구조가 변경되며 잔류 응력이 발생할 수 있습니다. 세 가지 방법 모두 한 가지 문제를 해결하면서 다른 문제를 발생시킵니다.

그래서 저희는 가입 경로를 조기에 동결합니다. 프로토타입 승인 이후가 아닙니다. 용접된 고정자 스택, 접합된 로터 스택, 연동된 스택은 손실, 강성 또는 공정 반복성에서 동일하게 작동하지 않습니다. 여기서 잘못된 순서는 부품의 치수는 정확하지만 모터가 더 이상 이전 가정과 일치하지 않는 일반적인 후반 단계의 혼란을 야기합니다.

PMSM 라미네이션 설계 표: 툴링 전에 잠그는 항목

이 표는 실제 DFM 중에 시간을 보내는 곳입니다. 툴링이 제작되면 이 중 하나라도 변경하면 일반적으로 비용, 리드 타임, 수율에 동시에 영향을 미치기 때문입니다.

PMSM 고정자 및 회전자 라미네이션을 위한 DFM 체크리스트

출시하기 전에 PMSM 라미네이션 스택 툴링의 경우 한 번의 검토 루프에서 다음을 확인합니다:

1. 공칭 지오메트리뿐만 아니라 제조된 에지 조건
   얇은 치아, 갈비뼈, 브릿지는 절단 손상을 염두에 두고 검토합니다.
2. 실제 적층 계수를 사용한 실제 자기 섹션
   스택 높이가 활성 스틸 높이와 같지 않습니다.
3. 공차 및 버링 후 로터 브리지 안전
   CAD에서는 이상적인 섹션이 아닙니다. 프로덕션의 나머지 섹션입니다.
4. 스탬핑 반복성에 대한 리플 제어 기능
   슬롯 노치, 스큐 레이어 및 보조 홈은 대량 생산에도 견딜 수 있어야 합니다.
5. 프로토타입 릴리스 전에 조인 방법 잠김
   용접, 본딩 및 연동은 마지막 순간에 상호 교환할 수 없습니다.
6. 스택 수준에서 버 및 절연 위험 확인
   하나의 느슨한 시트가 아니라 조립된 스택에 층간 짧은 경로가 형성되기 때문입니다.
7. 펀치 설정으로 어닐링 계획 검토
   클리어런스 및 열처리는 함께 평가해야 합니다.

새로운 고정자 또는 로터 적층 스택?
도면, 목표 속도, 스택 길이, 연간 생산량을 공유하세요. 견적 전에 제조 가능성, 버에 민감한 부분, 결합 옵션을 검토할 수 있습니다.

FAQ: PMSM 라미네이션, 고정자 스택 및 로터 설계 제약 조건