Ensayos en motores eléctricos
A medida que avanza la electrificación y los desarrollos tecnológicos asociados, también mejoran constantemente la eficiencia y el rendimiento de los motores eléctricos. Los nuevos enfoques tecnológicos también conllevan nuevos requisitos en el ámbito del ensayo de motores eléctricos. ZwickRoell ofrece una amplia gama de sistemas para garantizar que los motores eléctricos cumplan los más altos estándares de rendimiento y eficiencia. Se centra en tecnologías innovadoras como la tecnología hairpin o winding technology (de conductores de cobre rectangulares recubiertos con un aislamiento polimérico), y los ensayos de chapas eléctricas, que desempeñan un papel clave en la eficiencia y el rendimiento de los motores eléctricos.
Gracias a tecnologías de ensayo innovadoras para la caracterización precisa del material y la monitorización de todo el proceso de producción, ZwickRoell puede contribuir decisivamente a la optimización de motores eléctricos.
Ensayos de hairpins Ensayo de chapas eléctricas Solicite asesoramiento
¿Qué se entiende por tecnología hairpin?
La tecnología Hairpin es una técnica moderna de bobinado que emplea hilos de cobre rectangulares aislados, denominados "hairpins" por su forma similar a la de una horquilla. Esta tecnología sustituye a las bobinas de cobre tradicionales y permite un uso mucho más eficiente del volumen disponible, mejorar notablemente la eficiencia de los motores eléctricos y reducir el espacio de instalación. Los hairpins se procesan mediante complejos procesos de bobinado y doblado. Para garantizar unos procesos de producción estables y resultados satisfactorios, es fundamental comprender con precisión tanto el comportamiento del material como la influencia de los parámetros del proceso. Para ello, se requieren unas soluciones adecuadas para el ensayo del material.
Ensayo de hairpins: nuevos desafíos
Para garantizar un proceso de producción estable del estátor, es esencial conocer con exactitud las propiedades mecánicas, tanto para asegurar una calidad constante como para evitar que irregularidades en el material detengan el proceso de fabricación. Además de los valores característicos del material, también deben analizarse y comprenderse los efectos de los parámetros de proceso.
ZwickRoell ofrece un amplio catálogo de ensayos específicos para la caracterización de conductores de cobre rectangulares con revestimiento, que permite adquirir un conocimiento exhaustivo tanto del material como del proceso, y contribuye así significativamente al desarrollo de la tecnología hairpin y de los procesos de producción de estátores hairpin. Entre ellos, se incluyen:
- La determinación de alta precisión del comportamiento elástico del material, que puede diferir del material base debido al revestimiento y resulta especialmente relevante para el proceso de producción debido a la recuperación elástica
- La caracterización del comportamiento plástico de los hairpins hasta la rotura en el ensayo de tracción
- El ensayo de flexión para determinar el módulo de flexión y analizar la recuperación elástica
- Los ensayos de torsión para simular el proceso de producción
- El análisis preciso del coeficiente de fricción del recubrimiento
Ensayo de tracción en hairpins
El fino aislamiento polimérico influye directamente en la capacidad de deformación del conductor de cobre, especialmente en la recuperación elástica tras el proceso de doblado, lo que afecta a la estabilidad dimensional y puede causar problemas en la producción. Además, este recubrimiento impone unas exigencias adicionales: debe resistir fuertes deformaciones sin agrietarse, ser procesable y, todo ello, con el menor espesor posible.
- Por ello, comprender la elasticidad del material es fundamental. Para determinar la zona elástica del conductor aislado en el ensayo de tracción, ZwickRoell dispone de un extensómetro de alta resolución con medición bilateral, que permite determinar el módulo de elasticidad de forma diferenciada en ambos lados de la probeta, que permite garantizar resultados de alta precisión.
- Para determinar la deformación plástica hasta la rotura, se utiliza un extensómetro con brazos sensores makroXtens que mide el alargamiento de la probeta.
Ensayo de flexión en hairpins
Mediante el clásico ensayo de flexión en 3 puntos con extensómetro, puede caracterizarse el comportamiento a flexión. Por un lado, permite la determinación del módulo de flexión y, por otro, la evaluación de la recuperación elástica. Este ensayo se puede utilizar tanto en el control de calidad como en la validación de modelos de simulación.
Ensayos de torsión para simular el proceso de producción de Hairpins
Para simular el proceso de producción, ZwickRoell dispone de un sistema de ensayos de torsión con un útil modular de flexión/torsión que permite simular la torsión en hairpins a la misma velocidad que en la línea de producción.
- Este útil de ensayo permite ajustar de forma flexible la geometría de los hairpins, establecer radios de flexión variables, configurar distintas velocidades de flexión, y medir incluso el ángulo de recuperación elástica, a través de la conexión con el software de ensayo testXpert.
- De esta forma, pueden analizarse numerosos parámetros del proceso por separado. La combinación de esta simulación con la caracterización mecánica permite establecer correlaciones clave para comprender mejor los procesos y mejorar, así, la calidad de producción.
Ensayos de carga dinámica en chapas eléctricas para motores eléctricos
Las chapas eléctricas son láminas de acero altamente especializadas, que se utilizan en la producción de motores eléctricos para conducir el flujo magnético y aumentar así la eficiencia del motor. Sus propiedades mecánicas y magnéticas son decisivas para el rendimiento del motor, especialmente a altas velocidades y bajo cargas dinámicas, como las que se alcanzan en vehículos eléctricos.
En la industria siderúrgica, el desarrollo de chapas eléctricas de acero nuevas e innovadoras es actualmente tendencia. Los nuevos materiales siempre implican nuevos procesos de conformado y transformación que es necesario comprender y caracterizar con precisión.
El ensayo de chapas eléctricas es fundamental para caracterizar no solo sus propiedades mecánicas generales, sino también su comportamiento magnético y su resistencia a la fatiga. Las propiedades magnéticas defectuosas o deficientes pueden afectar significativamente a la eficiencia del motor y provocar pérdidas de energía innecesarias. Las chapas magnéticas suelen fabricarse mediante un proceso de estampación, y el borde de la chapa, que queda reforzado, puede provocar, por un lado, grietas en los bordes, es decir, fallos prematuros y , por otro, influir en el flujo magnético. Por ello es necesaria una buena caracterización de las chapas.
Ensayos de carga dinámica: Las chapas eléctricas se someten a cargas dinámicas para evaluar su resistencia a la fatiga y su comportamiento en condiciones reales de funcionamiento. Para ello, ZwickRoell dispone de sistemas de ensayos servohidráulicos compactos que, al llevar al actuador de ensayo montado en el travesaño inferior, son ideales para el uso a temperaturas elevadas.
Ensayo estático de chapas eléctricas para motores eléctricos
Para garantizar la funcionalidad mecánica de las chapas eléctricas durante su procesamiento y funcionamiento en motores eléctricos, desempeñan un papel importante los métodos de ensayos estáticos clásicos, como el ensayo de tracción conforme a ISO 6892-1 y ASTM E8 que permite determinar propiedades como el módulo de elasticidad, el límite elástico, la resistencia a tracción y el alargamiento de rotura. Estos ensayos proporcionan información básica sobre el comportamiento del material ante cargas cuasiestáticas y son fundamentales para la selección de materiales y el aseguramiento de calidad de componentes como estátores y rotores de motores eléctricos.
Las láminas de chapas eléctricas suelen ser muy delgadas (normalmente entre 50 y 100 micrómetros) y de grano grueso. Esto puede dar lugar a comportamientos de conformado y fallo muy complejos.
- La norma DIN 50154, que regula el ensayo de tracción en probetas finas con un espesor nominal inferior a 200 µm, resulta muy adecuada como método alternativo a la ISO 6892. Los valores estáticos por sí solos no bastan, a menudo, para predecir el comportamiento local de fallo en procesos de conformado. Ambos métodos de ensayo normalizados están disponibles en el software de ensayo testXpert de ZwickRoell como programas predefinidos, que tienen todos los parámetros de ensayo relevantes preconfigurados.
- El ensayo de conformabilidad de chapas permite estudiar el comportamiento frente a rotura en procesos de conformado realistas (p. ej. embutición profunda) y da información sobre la ductilidad del material y su propensión a la formación de grietas.
- En un ensayo de expansión de orificios puede analizarse la sensibilidad a la fisuración de los bordes de las chapas eléctricas. ZwickRoell ofrece aquí una detección óptica del fallo asistida por IA y garantiza así resultados totalmente independientes del usuario y reproducibles.
Investigación científica sobre chapas eléctricas
Análisis multifuncional de propiedades mecánicas y magnéticas de chapas eléctricas
En un proyecto de investigación financiado por la Fundación alemana para la investigación científica (DFG), en el que participaron numerosas universidades, se utilizaron sistemas ZwickRoell en varios estudios. Se demostró que, a través del proceso de estampado, pueden inducirse tensiones residuales específicas en las chapas eléctricas. Dichas tensiones influyen en el flujo magnético en la chapa, lo que permite mejorar su eficiencia. Gracias a una herramienta desarrollada en el marco del proyecto, fue posible medir in situ el comportamiento magnético del material durante un ensayo de tracción.
Imagen Informe de investigación de la DFG «Increased Efficiency of Electrical Steel by Targeted Residual Stress» Página 206, apartado 12.4
Más información sobre el proyecto de investigación de la DFG
SOBRE EL AUTOR:
Head of Global Industry Management
- Responsable en ZwickRoell del desarrollo estratégico de soluciones para el ensayo en los ámbitos de movilidad y baterías
- Especialista en ensayos mecánicos de materiales y componentes en el sector de automoción
- Amplia experiencia en investigación en la Cátedra de tecnología de conformado y fundición (utg) de la Universidad Técnica de Múnich, TU München
- Director de múltiples proyectos de investigación bilaterales con fabricantes líderes del sector de automoción
- Línea de investigación científica: Caracterización de chapas metálicas y experimentos de difracción in situ
- Doctorado en 2023 con una tesis sobre el tema: Caracterización elasto-plástica de aceros de alta resistencia