Prove sui motori elettrici
Con l’avanzamento dell’elettrificazione e degli sviluppi tecnologici ad essa associati, anche l’efficienza e le prestazioni dei motori elettrici sono in costante miglioramento. Nuovi approcci tecnologici comportano anche nuovi requisiti nel campo delle prove sui motori elettrici. ZwickRoell offre una vasta gamma di soluzioni per garantire che i motori elettrici soddisfino gli standard più elevati in termini di prestazioni ed efficienza. L’attenzione è incentrata sulle tecnologie innovative, come la tecnologia hairpin o di avvolgimento (fili di rame rettangolari isolati con un rivestimento polimerico) e le prove su lamiera in acciaio elettrico, poiché entrambe forniscono un contributo decisivo all’efficienza e alle prestazioni dei motori elettrici.
Con le soluzioni di prova innovative per la caratterizzazione precisa dei materiali e il monitoraggio dell’intero processo di produzione, ZwickRoell è in grado di fornire un contributo decisivo all’ottimizzazione dei motori elettrici.
Prove su hairpin Prove su lamiera in acciaio elettrico Richiedi una consulenza
Che cos’è la tecnologia hairpin?
La tecnologia hairpin è una tecnologia di avvolgimento moderna che utilizza fili di rame rettangolari isolati, chiamati anche “forcelle” per via della caratteristica forma. Questa tecnologia sostituisce i tradizionali avvolgimenti in rame e aiuta ad aumentare notevolmente l’efficienza dei motori elettrici, allo stesso tempo riducendo lo spazio di installazione e il volume occupato. A tale scopo, le forcelle vengono lavorate in processi di avvolgimento e piegatura molto complessi. Affinché i processi di produzione si svolgano in modo corretto e forniscano ottimi risultati, sia il comportamento del materiale che l’influenza dei parametri di processo devono essere pienamente compresi. Proprio per questo motivo sono necessarie soluzioni di prova adeguate.
Prove hairpin - Nuovi requisiti di prova
Per garantire un processo di produzione stabile dello statore, è fondamentale avere una comprensione accurata delle proprietà meccaniche, non solo per ottenere una qualità costante, ma ancora più importante, per prevenire l’arresto dei processi di produzione per via di un comportamento incostante del materiale. Oltre alle caratteristiche del materiale, è necessario anche analizzare e comprendere l’influenza dei parametri di produzione.
ZwickRoell offre una vasta gamma di prove appositamente studiate per la caratterizzazione di fili in rame rettangolari rivestiti per una comprensione completa dei materiali e dei processi e quindi fornire un contributo decisivo all’ulteriore sviluppo della tecnologia hairpin e ai processi di produzione dello statore hairpin. Tra cui:
- Determinazione ad alta precisione del comportamento elastico del materiale, che può deviare dal materiale di base per via del rivestimento ed è molto importante per il processo di produzione per via del ritorno elastico
- Comportamento della plastica degli hairpin fino alla rottura durante la prova di trazione
- Comportamento alla piegatura per controllare il modulo di flessione e il ritorno elastico
- Simulazione del processo di produzione mediante prove di torsione
- Analisi precisa del coefficiente di frizione del rivestimento
Prova di trazione su hairpin
Il sottile isolamento in polimero influisce direttamente sulla lavorabilità del filo di rame, anche in considerazione del ritorno elastico dopo il processo di piegatura, che a sua volta influisce sull’accuratezza dimensionale e può causare problemi durante la produzione. Inoltre, l’isolamento deve rispondere a determinati requisiti: non deve mostrare alcuna cricca anche con grandi deformazioni. Deve essere lavorabile e deve essere il più sottile possibile.
- Ecco perché è importante capirne l’elasticità. Al fine di determinare con precisione il range elastico del filo isolato nella prova di trazione, ZwickRoell dispone di un estensimetro bilaterale ad altissima risoluzione che è in grado di misurare il modulo di elasticità separatamente su entrambi i lati del provino. Questo garantisce risultati di prova ad alta precisione.
- Per determinare la deformazione plastica alla rottura, la deformazione del provino viene registrata con un estensimetro macroXtens.
Prova di flessione su hairpin
In una tradizionale prova di flessione a 3 punti con estensimetro è possibile caratterizzare il comportamento di piegatura, da un lato per determinare un modulo di flessione, dall’altro per controllare il ritorno elastico. Questa prova può essere utilizzata per il controllo di qualità nonché per la validazione dei modelli di simulazione.
Prove di torsione per simulare il processo di produzione degli hairpin
Per simulare il processo di produzione, ZwickRoell dispone di un sistema di prova di torsione con cui è possibile simulare la torsione degli hairpin a una velocità di produzione reale mediante uno strumento di piegatura/torsione modulare regolabile.
- Lo strumento di prova consente un adattamento flessibile alla geometria dell’hairpin, nonché l’impostazione di diversi raggi di piegatura e consente l’impostazione di velocità di piegatura diverse e persino la misurazione dell’angolo di ritorno elastico grazie al collegamento del software di prova testXpert alla macchina.
- Questo consente la visualizzazione e l’analisi separate di diversi parametri del processo. La combinazione con la caratterizzazione meccanica consente di effettuare correlazioni, mediante le quali è possibile comprendere meglio i processi e di conseguenza migliorare ulteriormente la qualità.
Prove di carico dinamico su lamiere in acciaio elettrico per motori elettrici
Le lamiere in acciaio elettrico sono lamiere in acciaio altamente specializzato che vengono utilizzate nella produzione di motori elettrici per condurre il flusso magnetico e quindi aumentare l’efficienza del motore. Le loro caratteristiche meccaniche e magnetiche sono fondamentali per le prestazioni del motore, in particolare a velocità elevate e con carichi dinamici, esattamente le condizioni che si trovano nei veicoli elettrici.
Nell’industria dell’acciaio, lo sviluppo di lamiere in acciaio elettrico innovative è attualmente uno dei principali argomenti di tendenza. I nuovi materiali comportano sempre nuovi fenomeni di formazione e lavorazione che devono essere compresi e caratterizzati in modo preciso.
Le prove sulle lamiere in acciaio elettrico sono fondamentali per caratterizzare non solo le proprietà meccaniche generali, ma anche il loro comportamento magnetico e la resistenza a fatica. Proprietà magnetiche scarse possono diminuire significativamente l’efficienza del motore e comportare una perdita di energia non necessaria. Di regola, le lamiere in acciaio elettrico sono prodotte con un processo di stampaggio e il bordo indurito che ne risulta può comportare cricche, ovvero il cedimento prematuro, e influenzare anche il flusso magnetico. È pertanto necessaria una buona caratterizzazione delle lamiere.
Prove di carico dinamiche: Le lamiere in acciaio elettrico sono soggette a carichi dinamici per testare la loro resistenza a fatica e la risposta in condizioni operative reali. A questo scopo, ZwickRoell offre sistemi di prova servo-idraulici compatti, che, grazie agli attuatori di prova montati sulla trasversa inferiore, sono particolarmente adatti per l’utilizzo a temperature elevate.
Prove materiali statiche sulle lamiere in acciaio elettrico per motori elettrici
Per garantire la funzionalità meccanica delle lamiere in acciaio elettrico nei motori elettrici durante la lavorazione e il funzionamento, i metodi di prova statici tradizionali, come la prova di trazione secondo la norma ISO 6892-1 e la norma ASTM E8, giocano un ruolo importante nel determinare i parametri dei materiali, fra cui il modulo di elasticità, lo snervamento, la forza di trazione e la deformazione a rottura. Forniscono informazioni fondamentali sul comportamento meccanico del materiale con carico quasi statico e sono fondamentali per la selezione dei materiali e la garanzia della qualità, ad esempio per statori e rotori nei motori elettrici.
Le lamiere di acciaio elettrico sono spesso molto sottili (solitamente tra 50 e 100 micrometri) e presentano una grana molto grossa. Questo può comportare un comportamento a deformazione e rottura molto complesso.
- La norma DIN 50154, che descrive la prova di trazione su provini fini con uno spessore nominale inferiore a 200 µm, è pertanto adatta come metodo di prova alternativo alla norma ISO 6892. I valori di prova statici da soli non sono spesso sufficienti a prevedere il comportamento di rottura a livello locale nei processi di stampaggio. Entrambi i metodi di prova sono già presenti come programmi di prova nel software di prova testXpert di ZwickRoell, in modo che tutti i principali parametri di prova siano già preimpostati.
- Le prove sulla lamiera di metallo aiutano a investigare il comportamento a frattura nei processi di stampaggio realistici (ad es. l’imbutitura profonda) e forniscono informazioni sulla lavorabilità e la tendenza alla formazione di cricche.
- In una prova di espansione del foro, è possibile analizzare la sensibilità alla cricca del bordo delle lamiere in acciaio elettrico. RRR offre un rilevamento ottico della rottura supportato dall’AI garantendo così risultati riproducibili e indipendenti dall’utente.
Studio scientifico su lamiere in acciaio elettrico
Analisi multifunzionale delle proprietà meccaniche e magnetiche delle lamiere in acciaio elettrico
La Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fondazione Tedesca per la Ricerca) ha fondato un progetto di ricerca che ha coinvolto diverse università, i cui studi sono stati realizzati con i sistemi di prova ZwickRoell. La ricerca ha dimostrato che un processo di stampaggio può essere utilizzato per introdurre intenzionalmente sollecitazioni residue nella lamiera in acciaio elettrico. Queste sollecitazioni residue influiscono sul flusso magnetico nella lamiera e possono quindi aumentarne l’efficienza. Utilizzando uno strumento sviluppato nell’ambito del progetto di ricerca, è stato possibile misurare il comportamento del materiale magnetico in sito durante una prova di trazione.
Vedere immagine; confronta con Rapporto di ricerca di DFG “Maggiore efficienza della lamiera in acciaio elettrico con sollecitazione residua mirata” pagina 206, sezione 12.4
SULL’AUTORE:
Responsabile di Global Industry Management
- Responsabile per lo sviluppo strategico di soluzioni di prova nel settore della mobilità e delle batterie presso ZwickRoell
- Specialista per prove meccaniche sui materiali e i componenti nel settore dell’industria automobilistica
- Esperienza pluriennale nella ricerca alla Cattedra in tecnologia di formatura e ingegneria di fonderia (utg) presso l’Università tecnica di Monaco
- Ha diretto numerosi progetti di ricerca bilaterali con produttori leader nel settore dell’automotive
- Focus scientifico: Caratterizzazione di lamiere di metallo ed esperimenti di diffrazione in sito
- Nel 2023 tesi di dottorato di ricerca sull’argomento: Caratterizzazione di elastoplasticità degli acciai ad alta resistenza