Электромобили, коллаборативные роботы и промышленные приводы меняют современную промышленность, и все они зависят от высокопроизводительных электродвигателей. В основе этих двигателей лежат пакеты ламинированных элементов статора и ротора, которые определяют эффективность, крутящий момент, скоростные характеристики, тепловые свойства и долговременную надежность.
Как производитель статоров и роторов, вы знаете, что эти пакеты не взаимозаменяемы — конструкция для промышленного двигателя со скоростью вращения 1500 об/мин не выдержит 20 000 об/мин в цикле работы электромобиля, а робототехника требует гораздо меньшего заедания и более высокой точности, чем экономичные промышленные системы.
Основные факторы эффективности, общие для всех рынков.
Несмотря на разнообразные условия эксплуатации и характеристики конечного использования, тяговые электродвигатели для электромобилей, роботизированныйСерводвигатели и промышленные приводные двигатели имеют ряд общих фундаментальных требований. Эти общие факторы, определяющие характеристики, устанавливают базовые ожидания для всех статорных и роторных двигателей. стопки ламинирования.
Электромагнитная эффективность
Для всех видов применения требуется ламинирование с использованием:
- Низкие потери в сердечнике на соответствующих рабочих частотах
- Высокая магнитная проницаемость
- Оптимальное распределение потока
- Снижение потерь от вихревых токов
Выбор марки материала (от стандартной серии 50AH до высококачественной стали 20UH или 15UH EV) становится критически важным фактором.
Механическая целостность и точность размеров
При ламинировании необходимо соблюдать строгие допуски по следующим параметрам:
- Геометрия внутреннего и внешнего диаметров
- Параллелизм стека
- высота заусенца
- Закончиться
- однородность формы щели
- Точность определения асимметрии (если применяется)
Высокая механическая прочность снижает вибрацию, улучшает показатели NVH (шум, вибрация, жесткость) и предотвращает преждевременный выход из строя при высоких оборотах.
Тепловые характеристики и совместимость с системами охлаждения
С увеличением удельной мощности термическое напряжение становится решающим фактором.
Высококачественный стек должен:
- Совместимость с системами принудительного воздушного или жидкостного охлаждения.
- Обеспечивает высокий коэффициент заполнения слотов без перегрева.
- Минимизация потерь на гистерезис при высоких температурах.
Технологичность и воспроизводимость
На разных рынках производители оригинального оборудования ожидают:
- Надежная укладка (с помощью клея, сварки, клепки, замкового соединения).
- Точное изоляционное покрытие
- Штамповка с низким уровнем заусенцев
- Совместимость с автоматизированными сборочными линиями
Надежность и ожидаемые показатели жизненного цикла
Вне зависимости от области применения, от стеков ожидается следующее:
- Сохранение структурной и магнитной целостности в течение длительного срока службы.
- Устойчивость к усталости при различных скоростях вращения.
- Выдерживает термические циклы без расслоения или деформации.
Эти общие требования составляют инженерную основу, однако приоритеты и допуски существенно различаются в зависимости от отрасли, как будет рассмотрено далее.
Тяговые электродвигатели для электромобилей: требования к ламинированному пакету.
Электродвигатели в транспортных средствах работают в условиях экстремальных механических, электрических и тепловых нагрузок. Для них требуются самые передовые решения в области ламинирования среди трех рассматриваемых рынков.
Характеристики эксплуатации и типы двигателей
Тяговые электродвигатели электромобилей работают при следующих параметрах:
- Высокие обороты (8000–20000+)
- Высокий крутящий момент и высокая плотность тока
- Частые переключения нагрузки
- Циклы непрерывного рекуперативного торможения
К распространенным архитектурам двигателей относятся:
- Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM)
- IPM (двигатель с внутренними постоянными магнитами)
- Индукционный двигатель (в стиле Tesla)
- Двигатели с переключаемым сопротивлением (появляются в сегментах, чувствительных к стоимости)
Эти двигатели требуют исключительной производительности при ламинировании из-за постоянного ускорения, широкого диапазона скоростей и температурных колебаний.
Основные приоритеты проектирования технологической архитектуры электромобилей.
Сверхнизкие потери в сердечнике на высоких частотах
Электродвигатели электромобилей работают под управлением ШИМ-инверторов с частотой переключения 8–20 кГц.
Для этого требуется:
- Тонкостенные ламинированные пластины (0,27 мм → 0,1 мм)
- Электротехническая сталь с высоким содержанием кремния и высокой магнитной проницаемостью
- Точные изоляционные покрытия
Даже небольшое снижение потерь в сердечнике может значительно увеличить запас хода и повысить эффективность.
Высокая механическая прочность и запас прочности на разрыв
Конструкция роторных ламелей должна выдерживать следующие нагрузки:
- Растягивающее напряжение от высоких оборотов
- Центробежные силы
- Пульсация магнитного притяжения и крутящего момента
- Компрессионная втулка (из углеродного волокна или инконеля)
Разработка запаса прочности при разрыве имеет решающее значение для безопасности.
Оптимизация NVH
Потребители электромобилей требуют бесшумной работы. Конструкция выхлопной системы должна минимизировать:
- Пульсирующий момент
- Электромагнитный шум
- Механическая вибрация
- Насыщение зуба
Комбинации пазов и полюсов, а также конструкция с косым расположением элементов тщательно подбираются для предотвращения возникновения гармонических искажений.
Высокая степень заполнения щелей и тепловая устойчивость
Высокая степень заполнения щелей повышает удельную мощность, но также увеличивает тепловыделение. Многослойные ламинированные структуры должны сохранять стабильность размеров даже при повышенных температурах.
Влияние производства на применение в электромобилях
Технология ламинирования, соответствующая стандартам для электромобилей, определяется следующими параметрами:
- Жесткие допуски по размерам (±0,01–0,02 мм)
- Высокоскоростная штамповка или точная лазерная резка
- Высокоточная многослойная сварка.
- 100% отслеживаемость и соответствие требованиям PPAP
- Высокие объемы производства (от сотен тысяч до миллионов).
Ожидания производителей оригинального оборудования (OEM) в сегменте электромобилей значительно превосходят традиционные требования к промышленным электродвигателям.
Роботизированные двигатели: требования к пакету ламинирования
Применение робототехники — в том числе промышленных роботов, коллаборативных роботов, экзоскелетов и высокоточных сервоприводов.
системы требуют двигателей, оптимизированных для точности перемещения, а не для грубой мощности.
Характеристики эксплуатации и типы двигателей
Роботизированные двигатели работают с помощью:
- Частые циклы запуска-остановки
- Малые угловые движения
- Высокоточное позиционирование
- Выходной крутящий момент на низких оборотах
- Минимальные пульсации крутящего момента
К распространенным типам двигателей относятся:
- Бескаркасный моментный двигатель
- Сервомоторы
- Высокополюсный PMSM
- Двигатели с прямым приводом
Основные приоритеты проектирования пакетов ламинированных статоров для робототехники
Сверхнизкий пульсирующий крутящий момент
Для плавного управления движением требуется крайне низкий уровень залипания, достигаемый за счет:
- фаска зуба
- Наклонные ламинаты
- конструкции с дробными пазами
- Оптимизированные комбинации пазов/полюсов
В робототехнике практически недопустимы резкие движения, поэтому точность ламинирования имеет решающее значение.
Высокая удельная крутящая способность в компактном исполнении
Для того чтобы роботизированные манипуляторы оставались компактными, легкими и маневренными, двигатели должны обеспечивать максимальный крутящий момент при минимальном объеме.
Для этого требуется:
- Высокая магнитная проницаемость
- Оптимизированная линейность противо-ЭДС
- Высокое заполнение щелей без чрезмерного нагрева
Бесшумная электромагнитная работа
Робототехника предполагает взаимодействие человека и машины, поэтому снижение уровня шума является первостепенной задачей.
При проектировании стека необходимо подавлять:
- Электромагнитный гул
- Гармоническое искажение
- пульсация крутящего момента
Точность размеров для мелкомасштабных ламинированных изделий.
Роботизированные двигатели часто имеют очень маленькие статоры и тонкие зубья, что требует:
- Высокая точность штамповки
- Точный контроль высоты заусенцев
- Равномерное изоляционное покрытие
Влияние робототехники на производство
Робототехника ламинированиеХарактеристики производства включают в себя:
- Небольшие и средние объемы партий
- Высокая степень индивидуализации для каждого производителя оборудования.
- Производство, удобное для прототипирования (лазерная резка для ранних итераций).
- Сверхвысокая точность, а не скорость.
- Строгий контроль качества микрогеометрий.
В робототехнике точность превыше всего — зачастую выше, чем в электромобилях и намного выше, чем в промышленных приводах.
Промышленные приводные двигатели: требования к ламинированному пакету.
К промышленным приводам относятся двигатели, используемые в насосах, компрессорах, конвейерах, вентиляторах и общем производственном оборудовании. Их требования существенно отличаются от требований электромобилей и робототехники.
Характеристики эксплуатации и типы двигателей
Промышленные электродвигатели обычно приводят в движение:
- На низких и средних скоростях (1500–6000 об/мин)
- Для длительных рабочих циклов
- При постоянных или предсказуемых нагрузках
- При ограниченных колебаниях крутящего момента
Распространенные типы двигателей:
- Асинхронные двигатели (наиболее распространенный тип)
- Синхронные двигатели
- Двигатели с постоянными магнитами для КПД IE4/IE5
- Двигатели с частотно-регулируемым приводом (ЧРП)
Основные приоритеты проектирования промышленных модульных систем
Оптимизация затрат и повышение эффективности
Промышленное оборудование должно обеспечивать баланс между стоимостью и эффективностью.
Системы ламинирования должны быть эффективными, но экономичными:
- Стандартная высококачественная кремнистая сталь (например, 50-й серии)
- Толщина ламинирования: 0,35–0,50 мм
- Контроль шума и пульсаций, но не на уровне электромобилей или робототехники.
Долговечность при максимальной удельной мощности
В промышленной среде ценятся:
- Долгая продолжительность жизни
- Термостойкость
- Механическая прочность
- Устойчивость к загрязняющим веществам
Требования к удельной мощности ниже, чем у двигателей электромобилей или робототехники.
Термическая стабильность для непрерывной работы
Промышленные электродвигатели могут работать круглосуточно в течение многих лет.
Многослойные ламинированные конструкции должны выдерживать следующие условия:
- Постоянное воздействие тепла
- Загрязняющие вещества из окружающей среды (пыль, масло, влага)
- Гармоники VFD
Стандартизация и удобство обслуживания
Промышленные электродвигатели часто соответствуют отраслевым стандартам по следующим параметрам:
- Размеры стопки
- Допуски
- Конфигурации слотов
Это упрощает замену и ремонт.
Влияние на производство в промышленности
В промышленном производстве многослойных ламинированных конструкций особое внимание уделяется:
- Массовое производство в больших объемах
- снижение затрат
- Надежная штамповка на сверхтонких ламинированных пластинах.
- Стандартизированный дизайн вместо индивидуализации.
- Повторяемость важнее предельной точности
Для промышленных потребителей надежность и долговечность ценятся выше, чем исключительная эффективность или снижение пульсаций крутящего момента.
Сравнительная таблица: электромобили, робототехника и промышленные приводы.
В следующей таблице приведены основные различия между тремя приложениями:
| Функция / Требование | Тяговые двигатели для электромобилей | Роботизированные двигатели | Промышленные приводные двигатели |
| Рабочая скорость | Очень высокая скорость вращения (8–20 тыс.+ об/мин) | Низкая или средняя, высокая точность | Низкий или умеренный, стабильный |
| Чувствительность к пульсациям крутящего момента | Высокий | Чрезвычайно высокий | Умеренный |
| Требования к потерям в основной части оборудования | Сверхнизкий | Низкий–средний | Середина |
| Толщина ламинирования | 0,1–0,27 мм | 0,2–0,35 мм | 0,35–0,5 мм |
| Требования к уровню шума/NVH | Очень строгий | Самый строгий | Умеренный |
| Допуски на размеры | ±0,01–0,02 мм | ±0,005–0,015 мм | ±0,03–0,05 мм |
| Класс материала | Высококачественная Si-сталь | Высококачественная кремнеземная сталь | Универсального и среднего качества |
| Стиль производства | Большой объем | Небольшая партия | Большой объем |
| давление издержек | Высокий | Середина | Очень высокий |
| Настройка | Середина | Высокий | Низкий |
Более подробное описание аспектов проектирования ламинирования представлено ниже:
| Аспект дизайна | ЭТОТ | Робототехника | Промышленный |
| Снижение заедания | Важный | Критический | Необязательный |
| Тепловая нагрузка | Чрезвычайно высокий | Умеренный | Умеренно-высокий |
| Контроль вибрации | Очень строгий | Критический | Стандарт |
| Взрывная прочность | Критический | Умеренный | Низкий |
| Заполнение слота | Очень высокий | Высокий | Умеренный |
| Гармоническое управление | Строгий | Самый строгий | Умеренный |
Что означают эти различия для производства статорных и роторных блоков?
Поскольку каждый сегмент применения требует различных характеристик слоев ламинирования, ваш производственный процесс должен соответствовать ожиданиям OEM-производителей.
Корректировка стратегии использования инструментов
Для работы электродвигателей требуется:
- Высокоскоростные штамповочные штампы с прогрессивной фиксацией
- Сверхтонкая кремнистая сталь
- Высокая точность на протяжении миллионов циклов.
В основе робототехнических двигателей лежат следующие принципы:
- Микропрецизионная штамповка
- Гибкость прототипирования (сочетание лазерной обработки и штамповки)
- Пользовательская геометрия слотов
В промышленных приводах используются:
- Экономически оптимизированные штамповочные инструменты
- Стандартизированные геометрические формы
- Снижение интенсивности технического обслуживания инструментов.
Выбор технологии: штамповка или лазерная резка.
| Процесс | Лучше всего подходит для | Преимущества | Ограничения |
| Высокоскоростная штамповка | Электромобили + Промышленность | Большой объем производства, низкая себестоимость единицы продукции. | Не идеально подходит для прототипов. |
| Лазерная резка | Робототехника + прототипирование | Гибкий, точный | Более высокие потери в сердечнике, более низкая скорость вращения. |
Методы нанесения изоляционных покрытий и склеивания
В зависимости от требований:
- Электромобили:передовые изоляционные покрытия, клеевое соединение или прецизионная сварка
- Робототехника:тонкие покрытия для минимизации микропотерь
- Промышленный:стандартные покрытия, подходящие для двигателей общего назначения
Методы сборки стека
Способы сборки различаются в зависимости от области применения:
| Метод стека | ЭТОТ | Робототехника | Промышленный |
| Взаимосвязь | ✓ | ✓ | ✓✓✓ |
| Клеевое склеивание | ✓✓✓ | ✓✓ | ✓ |
| Сварка TIG/MIG | ✓✓ | ✓ | ✓✓ |
| Захватывающе | ✓ | ✓ | ✓✓✓ |
(Чем больше галочек = тем сильнее предпочтение)
Приоритетные направления обеспечения качества
Электродвигатели:
- Регулировка высоты бора
- Жесткие допуски по размерам
- Ультразвуковая проверка/целостность сварного шва
- Отслеживаемость (штрихкод, QR-код)
- Испытание ротора на разрыв
Робототехника:
- Точность слота
- Плоскостность ламинирования
- Постоянство геометрии зубьев
- Проверка пульсаций низкого крутящего момента
Промышленные приводы:
- Экономически эффективный контроль качества
- Стандартизированное тестирование
- Основные измерения гармоник и потерь
Слои ламинированного статора и ротора определяют характеристики двигателей в электромобилях, робототехнике и промышленных приводах, но на каждом рынке приоритеты разные. Двигатели для электромобилей требуют высокой механической прочности, сверхнизких потерь в сердечнике и превосходного контроля уровня шума и вибрации для работы на высоких скоростях. Двигатели для робототехники требуют точности, плавного крутящего момента, бесшумного движения и компактной конструкции с высоким крутящим моментом. Промышленные приводы ориентированы на долговечность, экономичность и надежную долговременную работу.
