Veicoli elettrici, robot collaborativi e azionamenti industriali stanno rimodellando l’industria moderna e tutti dipendono da motori elettrici ad alte prestazioni. Il cuore di questi motori sono le lamelle di statore e rotore, che definiscono efficienza, coppia, capacità di velocità, prestazioni termiche e affidabilità a lungo termine.
In qualità di produttore di statori e rotori, sai che queste pile non sono intercambiabili: un progetto per un motore industriale da 1500 giri/min non può resistere a un ciclo EV da 20.000 giri/min e la robotica richiede un cogging molto più basso e una precisione maggiore rispetto ai sistemi industriali incentrati sui costi.
I principali driver delle prestazioni sono condivisi in tutti i mercati
Nonostante i loro diversi ambienti operativi e le caratteristiche di utilizzo finale, i motori di trazione EV, roboticI servomotori e i motori di azionamento industriali condividono diversi requisiti fondamentali. Questi driver prestazionali condivisi stabiliscono le aspettative di base per tutti i motori di statore e rotore. pile di laminazione.
Efficienza elettromagnetica
Tutte le applicazioni richiedono laminazioni con:
- Bassa perdita del nucleo alle frequenze operative rilevanti
- Elevata permeabilità magnetica
- Distribuzione ottimale del flusso
- Riduzione delle perdite per correnti parassite
La scelta del grado del materiale (dalla serie standard 50AH all’acciaio di alta qualità 20UH o 15UH EV) diventa un fattore critico.
Integrità meccanica e precisione dimensionale
Le pile di laminazione devono mantenere tolleranze rigorose in:
- Geometria ID/OD
- Parallelismo dello stack
- Altezza della bava
- Esaurire
- Uniformità della forma della fessura
- Precisione dell’inclinazione (se applicata)
L’elevata integrità meccanica riduce le vibrazioni, migliora NVH e previene guasti prematuri ad alti regimi.
Comportamento termico e compatibilità di raffreddamento
Con l’aumentare della densità di potenza, lo stress termico diventa un fattore decisivo.
Uno stack di alta qualità deve:
- Essere compatibile con raffreddamento ad aria forzata o a liquido
- Supporta un elevato fattore di riempimento degli slot senza surriscaldamento
- Ridurre al minimo la perdita di isteresi ad alta temperatura
Producibilità e ripetibilità
In tutti i mercati, gli OEM si aspettano:
- Impilamento uniforme (adesivo, saldatura, rivettatura, incastro)
- Rivestimento isolante preciso
- Stampaggio a bassa sbavatura
- Compatibilità con linee di assemblaggio automatizzate
Affidabilità e aspettative del ciclo di vita
Indipendentemente dall’applicazione, ci si aspetta che gli stack:
- Mantenere l’integrità strutturale e magnetica per lunghi periodi di tempo
- Resistere alla fatica a diversi profili di giri/min
- Gestire il ciclo termico senza delaminazione o deformazione
Questi requisiti condivisi costituiscono la base ingegneristica, ma le priorità e le tolleranze variano notevolmente a seconda del settore, come vedremo più avanti.
Motori di trazione EV: requisiti della pila di laminazione
I motori dei veicoli elettrici operano in un ambiente caratterizzato da cicli di carico meccanici, elettrici e termici estremi. Richiedono le soluzioni di laminazione più avanzate tra i tre mercati.
Profilo operativo e tipi di motore
I motori di trazione dei veicoli elettrici funzionano a:
- Elevato numero di giri (8.000–20.000+)
- Elevata coppia e densità di corrente
- Transizioni di carico frequenti
- Cicli di frenata rigenerativa continua
Le architetture dei motori più comuni includono:
- PMSM (motore sincrono a magneti permanenti)
- IPM (motore a magneti permanenti interni)
- Motore a induzione (design in stile Tesla)
- Motori a riluttanza commutata (emergenti nei segmenti sensibili ai costi)
Questi motori richiedono prestazioni di laminazione eccezionali a causa dell’accelerazione costante, degli ampi intervalli di velocità e delle fluttuazioni termiche.
Priorità chiave nella progettazione dello stack per i veicoli elettrici
Perdita del nucleo ultra bassa alle alte frequenze
I motori dei veicoli elettrici funzionano tramite inverter PWM con frequenze di commutazione di 8-20 kHz.
Ciò richiede:
- Laminazioni di spessore sottile (0,27 mm → 0,1 mm)
- Acciaio elettrico ad alto tenore di silicio e alta permeabilità
- Rivestimenti isolanti precisi
Anche una piccola riduzione della perdita di potenza può aumentare significativamente l’autonomia di guida e migliorare l’efficienza.
Elevata resistenza meccanica e margine di rottura
La struttura di laminazione del rotore deve resistere a:
- Sollecitazione di trazione da alti giri al minuto
- Forze centrifughe
- Attrazione magnetica e ondulazione di coppia
- Compressione a manicotto (fibra di carbonio o Inconel)
L’ingegneria dei margini di scoppio è fondamentale per la sicurezza.
Ottimizzazione NVH
I clienti dei veicoli elettrici richiedono un funzionamento silenzioso. La progettazione dello stack deve ridurre al minimo:
- Coppia di accoppiamento
- rumore elettromagnetico
- Vibrazione meccanica
- Saturazione dei denti
Le combinazioni slot/poli e i design skew vengono selezionati con cura per evitare l’eccitazione armonica.
Elevato riempimento degli slot e robustezza termica
Un elevato riempimento delle fessure migliora la densità di potenza, ma aumenta anche la generazione di calore. Le pile di laminazione devono rimanere dimensionalmente stabili anche a temperature elevate.
Implicazioni di produzione nelle applicazioni EV
La produzione di laminazione di qualità EV è definita da:
- Tolleranze dimensionali ristrette (±0,01–0,02 mm)
- Stampaggio progressivo ad alta velocità o taglio laser fine
- Saldatura o incollaggio di precisione di pile
- Tracciabilità al 100% e conformità PPAP
- Elevati volumi di produzione (da centinaia di migliaia a milioni)
Le aspettative degli OEM nel segmento dei veicoli elettrici superano di gran lunga i requisiti dei motori industriali tradizionali.
Motori robotici: requisiti della pila di laminazione
Applicazioni robotiche, tra cui robot industriali, cobot, esoscheletri e servocomandi ad alta precisione.
sistemi — richiedono motori ottimizzati per la precisione del movimento piuttosto che per la potenza bruta.
Profilo operativo e tipi di motore
I motori robotici funzionano con:
- Cicli frequenti di avvio e arresto
- Piccoli movimenti angolari
- Posizionamento ad alta precisione
- Coppia di uscita a bassa velocità
- Ondulazione di coppia minima
I tipi di motore più comuni includono:
- Motore di coppia senza telaio
- Servomotori
- PMSM ad alto numero di poli
- Motori a trasmissione diretta
Priorità di progettazione chiave per le pile di laminazione dello statore della robotica
Coppia di attrito estremamente bassa
Il controllo fluido del movimento richiede un cogging estremamente basso, ottenuto tramite:
- Smussatura dei denti
- Laminazioni oblique
- Progetti a slot frazionari
- Combinazioni ottimizzate di slot/poli
La robotica non tollera quasi nessun movimento brusco, rendendo fondamentale la precisione della laminazione.
Elevata densità di coppia in forma compatta
Per mantenere i bracci robotici piccoli, leggeri e agili, i motori devono fornire la massima coppia nel minimo volume.
Ciò richiede:
- Elevata permeabilità magnetica
- Linearità EMF posteriore ottimizzata
- Elevato riempimento delle fessure senza eccessivo riscaldamento
Funzionamento elettromagnetico silenzioso
La robotica implica la collaborazione uomo-macchina, quindi la riduzione del rumore è una priorità assoluta.
La progettazione dello stack deve sopprimere:
- Ronzio elettromagnetico
- Distorsione armonica
- Ondulazione di coppia
Precisione dimensionale per laminazioni di piccole dimensioni
I motori robotici hanno spesso statori molto piccoli e denti fini, il che richiede:
- Elevata precisione di punzonatura
- Controllo rigoroso dell’altezza della bava
- Rivestimento isolante uniforme
Implicazioni di produzione nella robotica
Robotica laminazionele caratteristiche di produzione includono:
- Lotti di piccole e medie dimensioni
- Elevata personalizzazione per OEM
- Produzione adatta ai prototipi (taglio laser per le prime iterazioni)
- Altissima precisione rispetto alla velocità
- Rigoroso controllo di qualità per le micro geometrie
La robotica richiede soprattutto precisione, spesso più dei veicoli elettrici e molto più delle unità industriali.
Motori di azionamento industriali: requisiti della pila di laminazione
Gli azionamenti industriali includono motori utilizzati in pompe, compressori, nastri trasportatori, ventilatori e macchinari di produzione generici. I loro requisiti differiscono significativamente da quelli dei veicoli elettrici e della robotica.
Profilo operativo e tipi di motore
I motori industriali in genere funzionano:
- A velocità da basse a moderate (1500–6000 giri/min)
- Per lunghi cicli di lavoro
- Sotto carichi costanti o prevedibili
- Con fluttuazioni di coppia limitate
Tipi di motore comuni:
- Motori a induzione (i più comuni)
- Motori sincroni
- Motori PM per efficienza IE4/IE5
- Motori controllati da azionamento a frequenza variabile (VFD)
Priorità di progettazione chiave per gli stack industriali
Efficienza ottimizzata in base ai costi
Le attrezzature industriali devono trovare il giusto equilibrio tra costi ed efficienza.
Le pile di laminazione devono essere efficienti ma economiche:
- Acciaio al silicio standard di alta qualità (ad esempio, serie 50)
- Spessore di laminazione 0,35–0,50 mm
- Controllo del rumore e delle increspature, ma non a livello di veicoli elettrici o robotici
Durata rispetto alla massima densità di potenza
Valore degli ambienti industriali:
- Lunga durata
- tolleranza al calore
- Robustezza meccanica
- Resistenza ai contaminanti
La densità di potenza richiesta è inferiore rispetto ai motori dei veicoli elettrici o dei robot.
Stabilità termica per funzionamento continuo
I motori industriali possono funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, per anni.
Le pile di laminazione devono resistere a:
- Esposizione costante al calore
- Contaminanti ambientali (polvere, olio, umidità)
- Armoniche VFD
Standardizzazione e facilità di manutenzione
I motori industriali spesso seguono gli standard del settore per:
- Dimensioni della pila
- Tolleranze
- Configurazioni degli slot
Ciò consente una sostituzione e una riparazione più semplici.
Implicazioni della produzione nell’industria
La produzione di stack di laminazione industriale enfatizza:
- Produzione di massa ad alto volume
- Riduzione dei costi
- Stampa affidabile su laminazioni ultrasottili
- Progetti standardizzati anziché personalizzati
- Ripetibilità su estrema precisione
I clienti industriali attribuiscono maggiore importanza all’affidabilità e alla durata rispetto all’efficienza estrema o alla riduzione dell’ondulazione di coppia.
Tabella comparativa: veicoli elettrici, robotica e azionamenti industriali
La tabella seguente riassume le differenze tra le tre applicazioni:
| Caratteristica/Requisito | Motori di trazione EV | Motori robotici | Motori di azionamento industriali |
| Velocità operativa | Molto alto (8k–20k+ giri/min) | Precisione da bassa a moderata, alta | Da basso a moderato, costante |
| Sensibilità all’ondulazione di coppia | Alto | Estremamente alto | Moderare |
| Requisiti di perdita del nucleo | Ultra-basso | Basso-medio | Medio |
| Spessore della laminazione | 0,1–0,27 millimetri | 0,2–0,35 millimetri | 0,35–0,5 millimetri |
| Richieste di rumore/NVH | Molto severo | Il più severo | Moderare |
| Tolleranza dimensionale | ±0,01–0,02 millimetri | ±0,005–0,015 mm | ±0,03–0,05 millimetri |
| Grado del materiale | Acciaio Si Premium | Acciaio al silicio di alta qualità | Da uso generale a livello medio |
| Stile di produzione | Alto volume | Piccolo lotto | Alto volume |
| Pressione sui costi | Alto | Medio | Molto alto |
| Personalizzazione | Medio | Alto | Basso |
Di seguito è riportata una ripartizione più dettagliata delle considerazioni sulla progettazione della laminazione:
| Aspetto del design | QUESTO | Robotica | Industriale |
| Riduzione del Cogging | Importante | Critico | Opzionale |
| Carico termico | Estremamente alto | Moderare | Moderato-alto |
| Controllo delle vibrazioni | Molto severo | Critico | Standard |
| Forza di scoppio | Critico | Moderare | Basso |
| Riempimento slot | Molto alto | Alto | Moderare |
| Controllo armonico | Rigoroso | Il più severo | Moderare |
Cosa significano queste differenze per la produzione di stack di statori e rotori
Poiché ogni segmento applicativo richiede caratteristiche diverse della pila di laminazione, il processo di produzione deve essere allineato alle aspettative dell’OEM.
Modifiche alla strategia degli utensili
I motori dei veicoli elettrici richiedono:
- Stampi progressivi ad alta velocità
- Acciaio al silicio ultrasottile
- Tolleranze di precisione su milioni di cicli
I motori robotici si basano su:
- Stampaggio di micro-precisione
- Flessibilità del prototipo (mix laser + stampaggio)
- Geometrie di slot personalizzate
Gli azionamenti industriali utilizzano:
- Utensili di stampaggio a costi ottimizzati
- Geometrie standardizzate
- Minore intensità di manutenzione degli utensili
Selezione del processo: stampaggio vs. taglio laser
| Processo | Ideale per | Vantaggi | Limitazioni |
| Stampaggio ad alta velocità | EV + Industrial | Alto volume, basso costo/unità | Non ideale per i prototipi |
| Taglio laser | Robotica + Prototipazione | Flessibile, preciso | Maggiore perdita del nucleo, minore velocità del volume |
Metodi di rivestimento e incollaggio isolanti
A seconda delle esigenze:
- Veicoli elettrici:rivestimenti isolanti avanzati, incollaggio o saldatura di precisione
- Robotica:rivestimenti sottili per ridurre al minimo le microperdite
- Industriale:rivestimenti standard adatti per motori di uso generale
Metodi di assemblaggio dello stack
Gli stili di assemblaggio variano in base all’applicazione:
| Metodo Stack | QUESTO | Robotica | Industriale |
| Interblocco | ✓ | ✓ | ✓✓✓ |
| Incollaggio adesivo | ✓✓✓ | ✓✓ | ✓ |
| Saldatura TIG/MIG | ✓✓ | ✓ | ✓✓ |
| Avvitante | ✓ | ✓ | ✓✓✓ |
(Più segni di spunta = preferenza più forte)
Aree di interesse per la garanzia della qualità
Motori elettrici:
- Controllo dell’altezza della bava
- Tolleranze dimensionali ristrette
- Integrità ultrasonica/di saldatura
- Tracciabilità (codice a barre, codice QR)
- Test di scoppio del rotore
Robotica:
- Precisione dello slot
- Planarità della laminazione
- Coerenza della geometria dei denti
- Validazione dell’ondulazione di coppia bassa
Azionamenti industriali:
- Controllo qualità conveniente
- Test standardizzati
- Misure di base di armoniche e perdite
Le lamelle di statore e rotore determinano le prestazioni dei motori nei veicoli elettrici, nella robotica e negli azionamenti industriali, ma ogni mercato dà priorità a requisiti diversi. I motori per veicoli elettrici richiedono un’elevata resistenza meccanica, perdite di nucleo estremamente ridotte e un eccellente controllo NVH per il funzionamento ad alta velocità. I motori per robotica richiedono precisione, coppia fluida, movimento silenzioso e design compatti ad alta coppia. Gli azionamenti industriali si concentrano su durata, efficienza dei costi e funzionamento affidabile a lungo termine.
