O carcasă de micromotor cu o grosime de perete de 0,3 mm și o toleranță la rotunjime în interior 0,01 mm reduce direct dezechilibrul rotorului și zgomotul de funcționare. Folosind o carcasă adâncă din oțel inoxidabil 304, se realizează o coaxialitate a scaunului rulmentului de 0,02 mm , care reduce amplitudinea vibrației cu 30% în comparație cu carcasele standard din aluminiu turnate CNC, asigurând un spațiu de aer stabil și o durată de viață prelungită a periei în motoarele fără miez și pas cu pas.
Selectia materialelor pentru Micro carcase de motoare
Materialul carcasei guvernează performanța magnetică, disiparea căldurii și rezistența la coroziune. Tabelul de mai jos compară cele mai comune trei metale utilizate în carcasele motoarelor în miniatură.
| Material | Densitate (g per cmc) | Conductivitate termică (W per mK) | Permeabilitatea magnetică |
|---|---|---|---|
| Oțel inoxidabil 304 | 7.9 | 16 | neglijabil (austenitic) |
| Aluminiu 6061 | 2.7 | 167 | Nemagnetice |
| Alama C360 | 8.5 | 116 | Nemagnetice |
Oțelul inoxidabil 304 este preferat atunci când ecranarea electromagnetică și rezistența la coroziune sunt critice, deoarece natura sa nemagnetică nu distorsionează câmpul magnetic permanent. Aluminiu 6061 oferă a 167 W per mK conductivitate termică , care este de peste zece ori mai mare decât oțelul inoxidabil, ceea ce îl face cea mai bună alegere pentru motoarele de drone cu curent ridicat, unde creșterea temperaturii bobinei trebuie să rămână sub 15 grade C deasupra mediului ambiant.
Toleranțe dimensionale critice și precizie a scaunului rulmentului
Carcasa este localizatorul principal pentru sistemul de rulmenți. Orice abatere a locașului rulmentului se traduce direct în rularea arborelui și zgomot acustic. Următoarele toleranțe sunt obligatorii pentru un micromotor care funcționează deasupra 10.000 RPM .
- Toleranța diametrului interior al scaunului rulmentului de plus 0,005 mm până la plus 0,012 mm deasupra inelului exterior al rulmentului, asigurând o fixare ușoară prin presare fără deformarea canalului de rulare.
- Coaxialitatea orificiilor lagărelor din față și din spate nu depășește 0,015 mm TIR . O nepotrivire de 0,03 mm determină înclinarea arborelui care crește zgomotul audibil cu 4 până la 6 dB .
- Rotunjimea alezajului interior al carcasei 0,008 mm sau mai bine pentru a menține un spațiu de aer uniform. O eroare de rotunjime de 0,025 mm creează o ondulare a cuplului de cogging de 8% a cuplului nominal.
- Toleranță de lungime totală a carcasei de plus minus 0,03 mm pentru a preveni variația axială a preîncărcării lagărelor după sertizarea capacului de capăt sau instalarea inelului elastic.
O serie de producție de 20.000 de carcase din oțel inoxidabil folosind o matriță de transfer cu mai multe stații a menținut un Cpk de 1.67 pe diametrul alezajului rulmentului, demonstrând că ambutisarea adâncă poate învinge în mod constant strunjirea CNC în capacitatea de proces pentru piese de volum mare, cu diametru mic.
Managementul termic prin grosimea peretelui carcasei
Carcasa acţionează ca radiator principal pentru un micromotor. Reducerea grosimii peretelui îmbunătățește conducția termică prin scăderea rezistenței termice conductoare. Când un motor periat se risipește 2 wați în mod continuu, scăderea temperaturii pe o carcasă din oțel inoxidabil de 0,5 mm este de aproximativ 12 grade C , în timp ce o carcasă de 0,3 mm reduce această cădere la 7 grade C , menținând temperatura înfășurării interioare sub limita clasei de izolare a 130 grade C .
Carcase din aluminiu cu o grosime de perete de 0,4 mm iar un finisaj anodizat negru radiază căldură cu 22% mai eficient decât oțelul inoxidabil, așa cum s-a verificat prin imagistica termică în infraroșu la starea de echilibru. Stratul anodic crește emisivitatea suprafeței de la aproximativ 0,2 până la 0,85 , permițând motorului să funcționeze 9 grade C mai rece într-o carcasă etanșată.
Comparația proceselor de producție
Ambutisarea adâncă, strunjirea CNC și turnarea prin injecție de metal produc fiecare carcasă de micromotor, dar precizia și profilele lor de cost diferă foarte mult. Tabelul de mai jos prezintă limitele lor practice.
| Proces | Grosimea minima a peretelui | Rotunzime realizabilă | Adecvarea volumului anual |
|---|---|---|---|
| Precizie Deep Drawing | 0,15 mm | 0,005 mm până la 0,010 mm | Peste 50.000 de unități |
| Strunjire elvețiană CNC | 0,25 mm | 0,003 mm până la 0,008 mm | Prototip la 5.000 de unități |
| Turnare prin injecție a metalelor | 0,35 mm | 0,010 mm până la 0,025 mm | 20.000 până la 100.000 de unități |
Ambutisarea adâncă oferă cele mai subțiri carcase la cel mai mic cost pe bucată odată ce sculele progresive sunt amortizate, în timp ce strunjirea elvețiană rămâne esențială pentru prototipuri de înaltă precizie sau motoare de specialitate cu volum redus care necesită o rotunjime mai mică. 0,005 mm .
Tratamente de suprafață și protecție împotriva coroziunii
Carcasa micromotoarelor funcționează frecvent în medii cu umiditate ridicată sau cu pulverizare de sare. Finisajul corect al suprafeței previne sâmburele și menține estetica curată cerută de dispozitivele medicale și de consum.
Electrolustruire pentru oțel inoxidabil
Electrolustruirea îndepărtează un strat de suprafață de 0,005 mm to 0.010 mm și lasă o peliculă pasivă de oxid de crom. O coajă tratată astfel rezistă 500 de ore de pulverizare cu sare conform ASTM B117 fără rugină roșie, în comparație cu 120 de ore pentru o coajă ca trasă.
Anodizare pentru aluminiu
Anodizarea sulfurică de tip II formează a 5 până la 15 micrometri strat gros de oxid care întărește suprafața la aproximativ 300 HV . Acest strat acționează și ca un izolator electric, cu o tensiune de rupere dielectrică deasupra 500 V , prevenind scurtcircuitele în cazul în care un fir de înfășurare intern contactează carcasa.
Integrarea ansamblului și reținerea rulmenților
Funcția finală a carcasei este de a ține împreună ansamblul motor. Două metode principale asigură lagărul și capacul de capăt și fiecare afectează starea de tensiune a carcasei în mod diferit.
- Termocontractabil incalzeste coaja la 120 grade C , permițând rulmentului să cadă cu forță zero. Când carcasa se răcește, se contractă și exercită o compresie radială uniformă de 15 până la 25 MPa pe inelul exterior al rulmentului, blocându-l fără un inel elastic.
- Sertizarea sau rularea o buză la capătul deschis reține placa de capăt. Forța de sertizare nu trebuie să depășească limita de curgere a carcasei de 205 MPa pentru oțel inoxidabil 304, altfel carcasa se va prinde spre interior și va prinde rotorul.
Racord de contracție necorespunzător acolo unde carcasa este supraîncălzită 200 de grade C determină înmuierea permanentă a structurii granulare a alamei sau aluminiului, reducând rezistența inelului carcasei prin 18% și ducând la plecarea lagărului după 1.000 de cicluri termice .
