Ensaio de E-motor
No âmbito da crescente eletrificação e dos avanços tecnológicos relacionados, os motores elétricos também estão sendo continuamente aprimorados em sua eficiência e desempenho. Novas abordagens tecnológicas também levam a novos requisitos na área de ensaio de E-motors. A ZwickRoell oferece uma série de soluções para garantir que os motores elétricos atendam aos mais altos padrões de desempenho e eficiência. O foco está em tecnologias inovadoras, como a tecnologia Hairpin ou Winding (fios de cobre retangulares isolados com revestimento polimérico) e o ensaio de chapas elétricas, que contribuem decisivamente para a eficiência e o desempenho dos motores elétricos.
Por meio de soluções inovadoras de ensaio para caracterização precisa de materiais, assim como para o monitoramento de todo o processo produtivo, a ZwickRoell pode contribuir decisivamente para a otimização dos motores elétricos.
Ensaio-Hairpin Ensaio de chapas elétricas Solicitar orientação
O que se entende por tecnologia Hairpin?
A tecnologia Hairpin é uma técnica moderna de enrolamento, na qual são utilizados fios de cobre isolados e retangulares, que devido à sua forma também são chamados de 'hairpins' (grampos de cabelo). Essa tecnologia substitui as bobinas tradicionais de cobre e, graças a uma utilização muito melhor do volume, contribui para aumentar significativamente a eficiência dos motores elétricos, ao mesmo tempo em que reduz o espaço necessário para instalação. Os hairpins passam por processos complexos de enrolamento e dobra para sua fabricação. Para que os processos de produção sejam robustos e resultem em um bom desempenho, é necessário compreender detalhadamente tanto o comportamento do material quanto a influência dos parâmetros do processo. Para isso, são necessárias soluções de ensaio adequadas.
Ensaio de hairpin – novos requisitos de ensaio
Para garantir um processo de produção estável do estator, é necessário conhecer com precisão as propriedades mecânicas, tanto para assegurar uma qualidade constante quanto, principalmente, para evitar que imprecisões no material parem o processo produtivo. Além das propriedades do material, também é necessário analisar e compreender os efeitos dos parâmetros de produção.
A ZwickRoell oferece um amplo portfólio de ensaios específicos para a caracterização de fios de cobre retangulares revestidos, visando um entendimento abrangente dos materiais e processos, contribuindo assim de forma decisiva para o avanço da tecnologia hairpin e dos processos de produção de estatores Hairpin. Isso inclui
- a determinação de alta precisão do comportamento elástico do material, que pode diferir do material base devido ao revestimento e que, por causa da recuperação elástica, tem grande importância para o processo de produção
- o comportamento plástico dos Hairpins até a fratura no ensaio de tração
- o comportamento à flexão para verificação do módulo de flexão e da recuperação elástica
- a simulação do processo de produção por meio de ensaios de torção
- a análise precisa do coeficiente de atrito do revestimento
Ensaio de tração em Hairpins
O revestimento fino de polímero exerce uma influência direta na deformabilidade do fio de cobre, especialmente em relação à recuperação elástica após o processo de dobra, o que por sua vez afeta a precisão dimensional e pode causar problemas na produção. Além disso, o isolamento também impõe requisitos, pois não deve apresentar fissuras mesmo sob grandes deformações, deve ser processável e possuir a menor espessura possível.
- Por isso, a compreensão da elasticidade é de fundamental importância. Para determinar com precisão a região elástica do fio isolado no ensaio de tração, a ZwickRoell dispõe de um extensômetro de medição bilateral com resolução muito alta, capaz de medir separadamente o módulo de elasticidade em ambos os lados da amostra. Dessa forma, resultados de ensaio de alta precisão podem ser garantidos.
- Para determinar a deformação plástica até à ruptura, o alongamento da amostra é registado com um sensor macroXtens.
Ensaio de flexão em Hairpins
Em um ensaio clássico de flexão em 3 pontos com extensômetro, é possível caracterizar o comportamento de flexão. Por um lado, para determinar um módulo de flexão, mas, por outro lado, também para verificar a recuperação elástica. Esta experiência pode ser utilizada na área do controle de qualidade, bem como para a validação de modelos de simulação.
Ensaios de torção para simular o processo de produção de ganchos de cabelo
Para simular o processo de produção, a ZwickRoell dispõe de um sistema de ensaios de torção com uma ferramenta de flexão/torção ajustável modular, que permite simular a torção do gancho de cabelo na velocidade real de produção.
- A ferramenta de ensaio permite ajustes flexíveis à geometria do hairpin, bem como a configuração de diferentes raios de curvatura, e permite, através do software de ensaio testXpert conectado à máquina, a configuração de diferentes velocidades de curvatura e até mesmo a medição do ângulo de retorno elástico.
- Dessa forma, muitos parâmetros do processo podem ser considerados e analisados separadamente. A combinação com a caracterização mecânica permite correlações que ajudam a compreender melhor os processos e, assim, melhorar ainda mais a qualidade.
Ensaios dinâmicos de carga em chapas magnéticas para motores elétricos
As chapas magnéticas são chapas de aço altamente especializadas, utilizadas na fabricação de motores elétricos para conduzir o fluxo magnético e, assim, aumentar a eficiência do motor. Suas propriedades mecânicas e magnéticas são decisivas para o desempenho do motor, especialmente em altas rotações e cargas dinâmicas, como as que ocorrem em veículos elétricos.
Na indústria siderúrgica, o desenvolvimento de novas chapas magnéticas inovadoras é atualmente um tema em alta. Novos materiais sempre trazem consigo novos fenômenos de conformação e processamento, que precisam ser compreendidos e caracterizados com precisão.
O ensaio de chapas magnéticas é essencial para caracterizar, além de suas propriedades mecânicas gerais, também seu comportamento magnético e resistência à fadiga. Defeitos ou propriedades magnéticas inadequadas podem prejudicar significativamente a eficiência do motor e causar perdas desnecessárias de energia. Normalmente, as chapas magnéticas são fabricadas em um processo de estampagem e a borda da chapa, que fica reforçada com esse processo, pode, por um lado, causar rachaduras nas bordas, ou seja, falhas prematuras, e, por outro lado, influenciar o fluxo magnético. É, portanto, necessária uma boa caracterização das chapas.
Ensaios dinâmicos de carga: As chapas magnéticas são submetidas a cargas dinâmicas para ensaiar sua resistência à fadiga e sua reação em condições reais de operação. Para isso, estão disponíveis os sistemas de ensaio servo-hidráulicos compactos da ZwickRoell, que, graças aos cilindros de ensaio montados na travessa inferior, são especialmente adequados para utilização em temperaturas elevadas.
Ensaio estático de materiais em chapas magnéticas para motores elétricos
Para garantir o bom funcionamento mecânico das chapas magnéticas em motores elétricos durante o processamento e a operação, os métodos clássicos de ensaios estático, como o ensaio de tração de conforme a ISO 6892-1 e ASTM E8, desempenham um papel importante na determinação de parâmetros de material, como módulo de elasticidade, limite de escoamento, resistência à tração e deformação na ruptura. Eles fornecem informações básicas sobre o comportamento mecânico do material sob carga quase estática e são essenciais para a seleção de materiais e o controle de qualidade de materiais, como os usados em estatores e rotores de motores elétricos.
As chapas elétricas costumam ter espessura reduzida (normalmente entre 50 e 100 micrômetros) e apresentam uma estrutura de grãos grosseira. Com isso, pode ocorrer um comportamento de deformação e falha muito complexo.
- A norma DIN 50154, que estabelece o ensaio de tração em amostras finas com espessura nominal inferior a 200 µm, é, portanto, adequada como um método de ensaio alternativo à ISO 6892. Os valores de ensaios estáticos sozinhos muitas vezes não são suficientes para prever o comportamento local de falha em processos de conformação. Ambos os métodos de ensaio normativos já são oferecidos como procedimentos no software de ensaio testXpert da ZwickRoell, de modo que todos os parâmetros importantes do ensaio já vêm pré-configurados.
- O ensaio de conformação de chapas metálicas auxilia na análise do comportamento de fratura em processos de conformação realistas (por exemplo, embutir) e fornece informações sobre a conformabilidade e a tendência à formação de trincas.
- A sensibilidade à formação de trincas nas bordas das chapas elétricas pode ser analisada por meio de um ensaio de expansão de furo. A ZwickRoell oferece aqui um reconhecimento óptico da falha assistido por IA, garantindo assim resultados altamente reprodutíveis e independentes do operador.
Investigação científica sobre o tema chapas elétricas
Análise multifuncional das propriedades mecânicas e magnéticas de chapas elétricas
Em um projeto de pesquisa da Sociedade Alemã de Pesquisa (DFG), no qual muitas universidades participaram, foram utilizadas instalações da ZwickRoell em várias investigações. Pôde-se demonstrar que, por meio de um processo de estampagem, tensões residuais podem ser introduzidas de forma direcionada na chapa elétrica. Essas tensões residuais influenciam o fluxo magnético na chapa e, com isso, é possível aumentar a eficiência. Com a ajuda de uma ferramenta desenvolvida no âmbito do projeto de pesquisa, foi possível medir o comportamento magnético do material in situ durante um ensaio de tração.
Compare com a figura Relatório de Pesquisa da DFG: ‘Aumento da Eficiência do Aço Elétrico por Tensões Residuais Direcionadas’ Página 206, Seção 12.4
SOBRE O AUTOR:
Head of Global Industry Management
- Responsável pelo desenvolvimento estratégico de soluções de ensaio na área de mobilidade e baterias na ZwickRoell
- Especialista em ensaios mecânicos de materiais e componentes na indústria automotiva
- Longa experiência em pesquisa na Cátedra de Tecnologia de Conformação e Fundição (utg) da Universidade Técnica de Munique
- Coordenação de vários projetos de pesquisa bilaterais com fabricantes automotivos líderes
- Foco científico: Caracterização de materiais laminados e experimentos de difração in-situ
- Promoção 2023 sobre o tema: Caracterização elástico-plástica de aços de alta resistência