Chi phí tiềm ẩn của việc phát triển động cơ đa nhà cung cấp
Việc chế tạo một động cơ tùy chỉnh cho robot, động cơ đẩy UAV hoặc tự động hóa công nghiệp không chỉ bao gồm việc chọn loại nam châm hoặc độ dày cán màng. Nó đòi hỏi phải phối hợp các vật liệu, dung sai và mục tiêu hiệu suất giữa nhiều nhà cung cấp - mỗi nhà cung cấp tối ưu hóa cho quy trình riêng của mình chứ không phải cho động cơ thành phẩm.
Khi nhà cung cấp thép silicon, nhà sản xuất nam châm, nhà dập cán và xưởng lắp ráp động cơ hoạt động độc lập, kết quả có thể dự đoán được: sự chênh lệch dung sai, chỉ trích khi nguyên mẫu hoạt động kém và độ trễ kiểm định khiến chương trình bị đẩy lên hàng tháng. Đối với các nhóm phát triển làm việc theo lịch trình chặt chẽ, chi phí điều phối của chuỗi cung ứng bị phân mảnh thường lớn hơn thách thức kỹ thuật.
HIMAGNETđược xây dựng dựa trên một tiền đề khác: sở hữu chuỗi kỹ thuật từ nguyên liệu thô đến động cơ thành phẩm, do đó khách hàng giao dịch với một đối tác kỹ thuật thay vì bốn đối tác.
Chuỗi công nghệ hoàn chỉnh
1. Lựa chọn thép silicon và dập cán
Mọi thiết kế động cơ đều bắt đầu từ vật liệu cốt lõi. Việc lựa chọn loại thép silicon và độ dày lớp phủ quyết định trực tiếp đến tổn hao sắt, mật độ từ thông bão hòa và cuối cùng là đường cong hiệu suất của động cơ.
HIMAGNET cung cấp và xử lý thép silicon trên phạm vi độ dày rộng - từLớp siêu mỏng 0,20 mmcho các ứng dụng tần số cao, tốc độ cao (điển hình trong động cơ máy bay không người lái hoạt động trên 20.000 vòng/phút) đếnCấp tiêu chuẩn 0,50 mmdành cho thiết kế servo công nghiệp và tốc độ thấp có mô-men xoắn dày đặc. Hàm lượng silicon và hướng hạt được chọn dựa trên yêu cầu về tần số hoạt động và mật độ từ thông của động cơ, chứ không dựa trên những gì có trong kho.
Dập cán được thực hiện theo bản vẽ của khách hàng. Các lớp mỏng stato và rôto được sản xuất dưới dạng bộ khớp nhau, đảm bảo rằng hình dạng khe hở không khí, hình dạng khe và kích thước túi nam châm phù hợp về mặt kích thước với thiết kế mạch từ - không được các nhà cung cấp riêng biệt cho phép độc lập.
2. Sản xuất nam châm NdFeB cho ứng dụng động cơ
Nam châm không phải là một bộ phận có sẵn trong chương trình động cơ tùy chỉnh. Hình dạng phân đoạn hồ quang, hướng từ hóa, cấp độ và hậu tố nhiệt độ đều cần được xác định theo thiết kế rôto thực tế.
HIMAGNET sản xuất nam châm NdFeB thiêu kết trên toàn bộ phạm vi cấp độ - từN35 đến N52cho các ứng dụng nhiệt độ môi trường xung quanh, và từN35H đến N42UHđối với động cơ có nhiệt độ rôto vượt quá 120 độ khi có tải. Đối với các ứng dụng servo và truyền động công nghiệp, chúng tôi thường khuyến nghị các cấp hậu tố SH hoặc UH với xác minh Hcj đo được ở nhiệt độ vận hành, không chỉ ở 20 độ.
Nam châm đoạn hồ quang được nối đất để đạt được dung sai so với kích thước túi cán rôto thực tế từ cùng một chương trình. Điều này giúp loại bỏ khoảng cách giữa "dung sai in nam châm" và "dung sai in cán màng" gây ra sự cản trở trong lắp ráp hoặc biến đổi khe hở không khí quá mức khi nam châm và cán mỏng đến từ các nhà cung cấp khác nhau.
3. Lắp ráp rôto và từ hóa
Việc lắp đặt nam châm vào lõi rôto yêu cầu sử dụng chất kết dính có kiểm soát, định vị góc chính xác và - đối với các cấu hình gắn trên bề mặt ở tốc độ cao - dải giữ. Mỗi bước trong số này đều ảnh hưởng đến tính đồng nhất của khe hở không khí cuối cùng, xác định trực tiếp độ gợn mô-men xoắn và chất lượng dạng sóng EMF ngược.
HIMAGNET thực hiện lắp ráp nam châm rôto ngay trong nhà, sử dụng công cụ cố định được chế tạo dựa trên hình dạng cán tương tự được sử dụng trong quá trình dập. Từ hóa được thực hiện sau khi lắp ráp bằng cách sử dụng các thiết bị từ hóa đa cực phù hợp với số cực rôto, tạo ra sự phân bố từ thông hình sin nhất quán trên toàn chu vi rôto.
4. Tích hợp và xác nhận động cơ
Động cơ hoàn thiện - cuộn dây stato tích hợp với cụm cán mỏng, lắp cụm rôto, lắp vòng bi và vỏ - được kiểm tra theo thông số hiệu suất của khách hàng trước khi giao hàng.
Xác nhận tiêu chuẩn bao gồm phép đo EMF ngược không tải (để xác minh chất lượng từ hóa và tính đồng nhất của khe hở không khí), đo mô-men xoắn (để xác nhận rằng tổ hợp cực khe và hình dạng nam châm đáp ứng thông số kỹ thuật), cũng như kiểm tra điện trở cuộn dây và cách điện. Đối với các ứng dụng servo và robot chính xác, các thử nghiệm bổ sung như xác minh hằng số mô-men xoắn và đo độ tăng nhiệt khi tải có sẵn theo yêu cầu.
Ba miền ứng dụng
5. Thiết bị truyền động chung Robotics
Các khớp nối robot hợp tác và bộ truyền động robot hình người đòi hỏi mật độ mô-men xoắn cao nhất trong gói nhỏ nhất. Thiết kế mạch từ cho các ứng dụng này ưu tiênmô-men xoắn cực đại trên một đơn vị thể tích- có nghĩa là cấp độ NdFeB năng lượng cao (N45SH đến N48SH đối với nhiệt độ vận hành chung thông thường), khe hở không khí tối thiểu đạt được thông qua kích thước nam châm và cán mỏng có dung sai chặt chẽ cũng như thiết kế rôto giúp tối đa hóa phần thể tích nam châm trong đường kính rôto cho phép.
Đối với các thiết kế động cơ khớp IPM (nam châm vĩnh cửu bên trong), hình dạng túi nam châm trong cán rôto và mặt cắt nam châm được đồng thiết kế. Khi cả quá trình dập lớp và mài nam châm được thực hiện trong cùng một cơ sở dựa trên cùng một tham chiếu CAD, dung sai độ khít được giữ ở mức ±0,03 mm - một tiêu chuẩn khó đạt được khi các lớp ép và nam châm được cung cấp độc lập.
6. Động cơ đẩy UAV
Động cơ máy bay không người lái và máy bay không người lái hoạt động ở tốc độ quay cao (10.000–40.000 vòng/phút cho các ứng dụng động cơ đẩy nhiều cánh quạt) và yêu cầu tối ưu hóa khác với động cơ servo có mô-men xoắn dày đặc. Ưu tiên làTỷ lệ công suất trên trọng lượng và hiệu suất ở công suất hành trình, nghĩa là các lớp mỏng (0,20–0,27 mm) để giảm thiểu tổn thất dòng điện xoáy ở tần số hoạt động, nam châm hồ quang gắn trên bề mặt cao cấp cho thông lượng khe hở không khí tối đa và kết cấu rôto nhẹ.
Ở những tốc độ này, việc giữ nam châm là một yêu cầu về kết cấu chứ không chỉ là vấn đề lắp ráp. Dải duy trì bằng sợi carbon, được áp dụng theo thông số kỹ thuật ứng suất trước chính xác, giữ cho các nam châm phân đoạn hồ quang trên bề mặt rôto chống lại tải trọng ly tâm trong khi vẫn duy trì khe hở không khí được thiết kế. HIMAGNET áp dụng dải giữ lại trong nhà như một phần của quy trình lắp ráp rôto.
7. Ứng dụng truyền động trực tiếp và servo công nghiệp
Động cơ servo công nghiệp dành cho máy công cụ CNC, thiết bị xử lý chất bán dẫn và tự động hóa nhà máy yêu cầu hiệu suất ổn định trong chu kỳ làm việc dài và phạm vi nhiệt độ rộng. Mạch từ phải duy trì biên độ khử từ thích hợp trên toàn bộ phạm vi hoạt động - bao gồm cả các tình trạng lỗi như hiện tượng dòng điện ngắn mạch.
Đối với các ứng dụng này, HIMAGNET cung cấp dữ liệu đường cong BH ở nhiều nhiệt độ (thường là 20 độ, 100 độ và 150 độ) với mỗi lô sản xuất, cho phép hệ thống truyền động và điều khiển thực hiện bảo vệ chống suy yếu và khử từ bù nhiệt độ. Dữ liệu này được tạo từ vật liệu sản xuất thực tế, không phải từ bảng dữ liệu cấp.
Từ nguyên mẫu đến sản xuất
8. Chương trình tùy chỉnh hoạt động như thế nào
Các chương trình động cơ tùy chỉnh tại HIMAGNET tuân theo lộ trình phát triển có cấu trúc được thiết kế để nén dòng thời gian giữa mục đích thiết kế đầu tiên và các bộ phận sản xuất đã được xác thực:
- Đánh giá thiết kế: Khách hàng chia sẻ thông số kỹ thuật của động cơ (mô-men xoắn, tốc độ, đường bao, nhiệt độ, chu kỳ làm việc). HIMAGNET xem xét thiết kế mạch từ và xác định cấp độ cán, cấp nam châm, mục tiêu khe hở không khí và các rủi ro khử từ tiềm ẩn.
- Xây dựng nguyên mẫu: Các sản phẩm cán mỏng và nam châm đầu tiên được sản xuất theo bản vẽ của khách hàng. Các cụm rôto và stato được chế tạo và đo lường trước khi lắp ráp động cơ - xác minh kích thước trước khi thử nghiệm điện.
- Xác thực hiệu suất: Back-EMF, bánh răng, hằng số mô-men xoắn và đặc tính nhiệt được hoàn thành và báo cáo theo thông số kỹ thuật. Những thay đổi về thiết kế - về hình dạng khe cán, kích thước nam châm hoặc cấp độ - được lặp lại trong cùng một chuỗi cung ứng mà không cần xác nhận lại khả năng của nhà cung cấp mới.
- Trình độ sản xuất: Công cụ sản xuất và kiểm soát quy trình được thiết lập từ nguyên mẫu đã được xác nhận. Lô sản xuất đầu tiên bao gồm kiểm tra toàn bộ chiều và đặc tính từ tính cùng với tài liệu truy xuất nguồn gốc.
Trường hợp hoàn thiện: Động cơ tùy chỉnh khung nhỏ cho ứng dụng công nghiệp
Trong một chương trình gần đây dành cho một khách hàng công nghiệp (danh tính được NDA giữ lại), HIMAGNET đã cung cấp một động cơ tùy chỉnh hoàn chỉnh tích hợp các lớp thép silicon không định hướng, nam châm phân đoạn hồ quang NdFeB nối đất ở cấp độ N42SH, cụm rôto trong nhà với liên kết và giữ epoxy cũng như lắp ráp động cơ đầy đủ với xác nhận hiệu suất. Chương trình đi từ khâu đánh giá thiết kế đến các bài viết đầu tiên được xác nhận trongtám tuần- mốc thời gian mà cách tiếp cận đa nhà cung cấp trước đó của khách hàng không thể đạt được trong hai chu kỳ phát triển trước đó.
Động cơ đáp ứng thông số kỹ thuật về mô-men xoắn không đổi trong phạm vi 2% và mô-men xoắn trong phạm vi dung sai 5% của khách hàng trong lần chế tạo nguyên mẫu đầu tiên - một kết quả khó đạt được nếu không có sự kiểm soát phối hợp hình học cán mỏng và hình học nam châm trong cùng một cơ sở.
Làm việc với HIMAGNET
Nếu chương trình phát triển động cơ của bạn liên quan đến hình học cán tùy chỉnh, kích thước nam châm tùy chỉnh hoặc cả hai - và nếu việc phối hợp chuỗi cung ứng từng là điểm nghẽn trong các chương trình trước đó - thì chúng tôi sẵn sàng đảm nhận toàn bộ phạm vi.
Chia sẻ thông số kỹ thuật động cơ của bạn: mô-men xoắn và tốc độ mục tiêu, đường kính rôto, phạm vi nhiệt độ vận hành, môi trường ứng dụng và khối lượng hàng năm. Chúng tôi sẽ xem xét các yêu cầu về mạch từ và phản hồi bằng lịch trình phát triển và đánh giá kỹ thuật trong vòng hai ngày làm việc.
