Badanie silników elektrycznych
W miarę postępu elektryfikacji i związanego z nią rozwoju technologicznego silniki elektryczne są coraz bardziej wydajne i osiągi. Nowe podejścia technologiczne stawiają również nowe wymagania w dziedzinie badania silników elektrycznych. ZwickRoell oferuje szereg rozwiązań mających na celu zapewnienie, że silniki elektryczne spełniają najwyższe standardy wydajności i efektywności. Nacisk położony jest na innowacyjne technologie, takie jak technologia hairpina czy technologia uzwojenia (prostokątne przewody miedziane izolowane powłoką polimerową) oraz badanie blach elektrotechnicznych, które w decydujący sposób przyczyniają się do wydajności i osiągów silników elektrycznych.
Dzięki innowacyjnym rozwiązaniom badawczym umożliwiającym precyzyjną charakterystykę materiałów i monitorowanie całego procesu produkcyjnego, firma ZwickRoell może wnieść decydujący wkład w optymalizację silników elektrycznych.
Badania hairpinów Badanie blach elektrotechnicznych Proszę o poradę
Czym jest technologia hairpin?
Technologia Hairpin to nowoczesna technika nawijania, w której wykorzystuje się prostokątne, izolowane przewody miedziane, zwane także „hairpinami” ze względu na ich kształt. Technologia ta zastępuje tradycyjne cewki miedziane i dzięki znacznie lepszemu wykorzystaniu objętości przyczynia się do wyraźnego zwiększenia sprawności silników elektrycznych, jednocześnie zmniejszając przestrzeń montażową. W tym celu Hairpiny poddawane są bardzo złożonym procesom nawijania i zginania . Aby procesy produkcyjne przebiegały sprawnie i przynosiły dobre rezultaty, konieczne jest dokładne zrozumienie zachowania się materiałów oraz wpływu parametrów procesu. Właśnie dlatego konieczne są odpowiednie rozwiązania badawcze .
Badanie Hairpin - nowe wymagania badawcze
Aby zapewnić stabilny proces produkcji stojanów, konieczna jest dokładna znajomość właściwości mechanicznych. Pozwala to z jednej strony zagwarantować stałą jakość, a z drugiej, co ważniejsze, zapobiega niedokładnościom materiału, które mogą doprowadzić do zatrzymania procesu produkcyjnego. Oprócz charakterystyki materiału, należy również przeanalizować i zrozumieć wpływ parametrów produkcji.
ZwickRoell oferuje szerokie portfolio badawcze specyficzne dla charakteryzacji prostokątnych przewodów miedzianych w osłonie co pozwala na kompleksowe zrozumienie materiałów i procesów, przyczyniając się w ten sposób do dalszego rozwoju technologii Hairpin oraz procesów produkcji stojanów Hairpin. Należą do nich
- wysoce precyzyjne określenie sprężystego zachowania materiału, które może różnić się od materiału bazowego ze względu na powłokę i ma duże znaczenie dla procesu produkcji ze względu na sprężystość ma
- plastyczne zachowanie materiału Hairspinów aż do pęknięcia w próbie na rozciąganie
- właściwości zginające w celu sprawdzenia modułu zginania i sprężystości
- symulacja procesu produkcji za pomocą badania skręcania
- precyzyjna analiza współczynnika tarcia powłoki
Próba rozciągania Hairpina
Cienka izolacja polimerowa ma bezpośredni wpływ na podatność miedzianego drutu na odkształcanie, a także na sprężystość po procesie gięcia, co z kolei wpływa na dokładność wymiarową i może prowadzić do problemów w produkcji. Ponadto izolacja ma także pewne wymagania: nie może mieć pęknięć nawet po znacznym odkształceniu, musi nadawać się do obróbki, a jej grubość musi być jak najmniejsza.
- Dlatego zrozumienie elastyczności jest kwestią kluczową. Aby precyzyjnie określić zakres sprężystości izolowanego drutu w próbie rozciągania firma ZwickRoell dysponuje dwustronnym ekstensometrem o bardzo wysokiej rozdzielczości, który jest w stanie zmierzyć moduł sprężystości po obu stronach próbki osobno. Dzięki temu można uzyskać niezwykle precyzyjne wyniki badawcze.
- Aby określić odkształcenie plastyczne do momentu pęknięcia wydłużenie próbki rejestruje się za pomocą ekstensometru makroXtens .
Próba zginania na Hairpinie
W klasycznej 3-punktowej próbie zginania z ekstensometrem, mogą zostać scharakteryzowane właściwości zginające. Z jednej strony, aby określić moduł zginający, ale z drugiej strony również, aby sprawdzić sprężystość. Próbę tę można stosować do kontroli jakości oraz do walidacji modeli symulacyjnych.
Badania skręcania symulujące proces produkcji Hairpinów
Do symulacji procesu prodykcyjnego firma ZwickRoell udostępnia poprzez skręcający system badawczy przez modułowo ustawiane narzędzie zginająco / skręcające za pomocą którego można symulować skręcanie Hairpina przy rzeczywistej prędkości produkcji.
- Narzędzie badawcze pozwala na elastyczną regulację geometrii Hairpina oraz ustawienie różnych promieni gięcia i dzięki połączeniu oprogramowania badawczego testXpert z maszyną możliwe jest ustawienie różnych prędkości gięcia, a nawet pomiar kąta sprężystości.
- Umożliwia to osobne przeglądanie i analizowanie wielu parametrów procesu. Połączenie z charakterystyką mechaniczną umożliwia korelacje, które można wykorzystać do lepszego zrozumienia procesów, a tym samym dalszej poprawy jakości.
Dynamiczne testy obciążeniowe blach elektrotechnicznych silników elektrycznych
Blachy elektrotechniczne to wysoce wyspecjalizowane blachy stalowe, wykorzystywane do produkcji silników elektrycznych w celu przewodzenia strumienia magnetycznego, a tym samym zwiększenia sprawności silnika. Ich właściwości mechaniczne i magnetyczne mają kluczowe znaczenie dla wydajności silnika, zwłaszcza przy dużych prędkościach i obciążeniach dynamicznych, jakie występują w pojazdach elektrycznych.
W przemyśle stalowym głównym trendemjest obecnie rozwój nowych, innowacyjnych blach elektrotechnicznych. Nowe materiały zawsze niosą ze sobą nowe zjawiska formowania i przetwarzania , które wymagają dokładnego zrozumienia i scharakteryzowania.
Badanie blach elektrotechnicznych jest niezbędne nie tylko w celu scharakteryzowania ich ogólnych właściwości mechanicznych, ale także ich właściwości magnetycznych i wytrzymałości zmęczeniowej . Wady lub słabe właściwości magnetyczne mogą znacznie obniżyć sprawność silnika i prowadzić do niepotrzebnych strat energii. Arkusze blachy elektrotechnicznej są zwykle produkowane w procesie tłoczenia, a powstające w wyniku tego utwardzenie krawędzi arkusza może prowadzić do pęknięć krawędzi, czyli przedwczesnego uszkodzenia, a także może mieć wpływ na strumień magnetyczny. Dlatego konieczna jest dobra charakterystyka blachy.
Dynamiczne testy obciążeniowe: Blachy ze stali elektrotechnicznej poddawane są obciążeniom dynamicznym w celu sprawdzenia ich wytrzymałości zmęczeniowej i reakcji w rzeczywistych warunkach eksploatacji. W tym celu dostępne są serwohydrauliczne kompaktowe systemy badawcze firmy ZwickRoell, które dzięki cylindrom badawczym zamontowanym w belce poprzecznej są szczególnie przydatne do stosowania w podwyższonych temperaturach.
Statyczne badanie materiałów na arkuszach elektrycznych silników elektrycznych
Aby zagwarantować funkcjonalność mechaniczną blach elektrotechnicznych w silnikach elektrycznych podczas przetwarzania i pracy klasyczne statyczne metody badawcze jak próba rozciągania zgodnie z ISO 6892-1 i ASTM E8 odgrywają ważną rolę w określaniu właściwości materiału, takich jak moduł sprężystości, granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy zerwaniu . Dostarczają podstawowych informacji o zachowaniu mechanicznym materiału pod obciążeniem quasi-statycznym i są niezwykle istotne przy doborze materiałów i zapewnieniu ich jakości, na przykład na stojany i wirniki w silnikach elektrycznych.
Blachy elektrotechniczne są często bardzo cienkie (zwykle od 50 do 100 mikrometrów) i przy tym bardzo gruboziarniste. Może to prowadzić do bardzo złożonych zachowań transformacyjnych i awarii.
- DIN 50154, która określa metodę rozciągania cienkich próbek o grubości nominalnej mniejszej niż 200 µm doskonale nadaje się jako alternatywna metoda badawcza dla normy ISO 6892. Same statyczne wartości badawcze często nie wystarczają do przewidzenia lokalnego zachowania się w przypadku uszkodzenia podczas procesów formowania . Obie standardowe metody badawcze są już dostępne jako programy badawcze w oprogramowaniu badawczym testXpert firmy ZwickRoell, dzięki czemu wszystkie ważne parametry badawcze są już wstępnie ustawione.
- Badanie formowania blach pozwala na zbadanie zachowania pęknięć w realistycznych procesach formowania (np. głębokiego tłoczenia) oraz dostarcza informacji o podatności na formowanie i tendencji do powstawania pęknięć.
- Wrażliwość blach elektrotechnicznych na pęknięcia krawędziowe można analizować za pomocą badania rozszerzalności otworów . ZwickRoell oferuje wspomagane sztuczną inteligencją optyczne wykrywanie usterek zapewniając w ten sposób niezależne od użytkownika i powtarzalne wyniki.
Badania naukowe, dotyczące blach elektrotechnicznych
Wielofunkcyjna analiza właściwości mechanicznych i magnetycznych blach elektrotechnicznych
W ramach projektu badawczego Niemieckiej Fundacji Badań Naukowych (DFG), w którym brało udział wiele uniwersytetów, w kilku badaniach wykorzystano systemy ZwickRoell. Wykazano, że naprężenia szczątkowe można celowo wprowadzić do blachy elektrotechnicznej za pomocą procesu tłoczenia. Naprężenia szczątkowe wpływają na strumień magnetyczny w arkuszu, co pozwala na zwiększenie wydajności. Wykorzystując narzędzie opracowane w ramach projektu badawczego, można zmierzyć zachowanie materiału magnetycznego in-situ podczas próby rozciągania .
Obraz por. Raport badawczy DFG “Increased Efficiency of Electrical Steel by Targeted Residual Stress” Strona 206 Ustęp 12.4
DO AUTORA:
Head of Global Industry Management
- Odpowiedzialny za strategiczny rozwój rozwiązań badawczych w sektorze mobilności i baterii w ZwickRoell
- Specjalista do spraw mechanicznych badań materiałów i komponentów w przemyśle motoryzacyjnym
- Wieloletnie doświadczenie naukowe w Katedrze Technologii Kształtowania i Inżynierii Odlewniczej (utg) na na Uniwersytecie Technicznym w Monachium
- Zarządzanie wieloma dwustronnymi projektami badawczymi z wiodącymi producentami samochodów
- Tematyka naukowa: Charakterystyka materiałów blaszanych i eksperymenty dyfrakcyjne in-situ
- Promocja 2023 na temat: Charakterystyka sprężysto-plastyczna stali o wysokiej wytrzymałości