Un guscio del micromotore con uno spessore di parete di 0,3 mm e una tolleranza di rotondità all'interno 0,01 mm riduce direttamente lo squilibrio del rotore e il rumore operativo. Utilizzando un guscio in acciaio inossidabile 304 imbutito si ottiene una coassialità della sede del cuscinetto di 0,02 mm , che riduce l'ampiezza della vibrazione di 30% rispetto ai gusci standard in alluminio tornito a CNC, garantendo un traferro stabile e una durata prolungata delle spazzole nei motori coreless e passo-passo.
Selezione del materiale per Gusci di micromotore
Il materiale del guscio determina le prestazioni magnetiche, la dissipazione del calore e la resistenza alla corrosione. La tabella seguente mette a confronto i tre metalli più comuni utilizzati negli alloggiamenti dei motori in miniatura.
| Materiale | Densità (g per cm cubo) | Conducibilità termica (W per mK) | Permeabilità magnetica |
|---|---|---|---|
| Acciaio inossidabile 304 | 7.9 | 16 | Trascurabile (austenitico) |
| Alluminio 6061 | 2.7 | 167 | Non magnetico |
| Ottone C360 | 8.5 | 116 | Non magnetico |
L'acciaio inossidabile 304 è preferito quando la schermatura elettromagnetica e la resistenza alla corrosione sono fondamentali, poiché la sua natura non magnetica non distorce il campo magnetico permanente. L'alluminio 6061 offre a Conduttività termica 167 W per mK , che è oltre dieci volte superiore a quello dell'acciaio inossidabile, rendendolo la scelta migliore per i motori di droni ad alta corrente in cui l'aumento della temperatura della bobina deve rimanere al di sotto 15 gradi C sopra l'ambiente.
Tolleranze dimensionali critiche e precisione della sede del cuscinetto
Il guscio è il luogo di localizzazione principale del sistema di cuscinetti. Qualsiasi deviazione nella sede del cuscinetto si traduce direttamente in oscillazione dell'albero e rumore acustico. Le seguenti tolleranze sono obbligatorie per un micromotore che funziona sopra 10.000 giri al minuto .
- Tolleranza del diametro interno della sede del cuscinetto di da più 0,005 mm a più 0,012 mm sopra l'anello esterno del cuscinetto, garantendo un leggero accoppiamento a pressione senza deformazione della pista.
- Coassialità dei fori dei cuscinetti anteriore e posteriore non superiore 0,015 mmTIR . Una discrepanza di 0,03 mm provoca un'inclinazione dell'albero che aumenta il rumore udibile da 4 a 6dB .
- Rotondità del foro interno del guscio 0,008 mm o meglio mantenere un traferro uniforme. Un errore di rotondità di 0,025 mm crea un'ondulazione della coppia di cogging di 8% della coppia nominale.
- Tolleranza sulla lunghezza totale del guscio di più meno 0,03 mm per impedire la variazione del precarico assiale sui cuscinetti dopo la crimpatura del cappuccio terminale o l'installazione dell'anello elastico.
Una produzione di 20.000 gusci in acciaio inossidabile utilizzando una matrice di trasferimento multistazione è stato mantenuto un Cpk di 1.67 sul diametro del foro del cuscinetto, dimostrando che l’imbutitura profonda può costantemente battere la tornitura CNC nella capacità di processo per pezzi di piccolo diametro e volumi elevati.
Gestione termica attraverso lo spessore della parete del guscio
Il guscio funge da dissipatore di calore primario per un micromotore. La riduzione dello spessore della parete migliora la conduzione termica diminuendo la resistenza termica conduttiva. Quando un motore a spazzole si dissipa 2 Watt continuamente, la caduta di temperatura su un guscio di acciaio inossidabile da 0,5 mm è di circa 12 gradi C , mentre un guscio da 0,3 mm riduce tale caduta a 7 gradi C , mantenendo la temperatura interna dell'avvolgimento al di sotto del limite della classe di isolamento di 130 gradi C .
Gusci in alluminio con uno spessore di parete di 0,4 mm e una finitura anodizzata nera irradia calore 22% in modo più efficiente rispetto all'acciaio inossidabile nudo, come verificato mediante imaging termico a infrarossi in condizioni stazionarie. Lo strato anodico aumenta l'emissività superficiale da circa da 0,2 a 0,85 , consentendo al motore di funzionare 9 gradi C più fresco in un alloggiamento sigillato.
Confronto del processo di produzione
L'imbutitura profonda, la tornitura CNC e lo stampaggio a iniezione di metalli producono ciascuno gusci di micromotori, ma la loro precisione e i profili di costo differiscono notevolmente. La tabella seguente ne delinea i limiti pratici.
| Processo | Spessore minimo della parete | Rotondità ottenibile | Idoneità del volume annuale |
|---|---|---|---|
| Imbutitura profonda di precisione | 0,15 mm | da 0,005 mm a 0,010 mm | Oltre 50.000 unità |
| Tornitura svizzera CNC | 0,25 mm | da 0,003 mm a 0,008 mm | Prototipo fino a 5.000 unità |
| Stampaggio ad iniezione di metalli | 0,35 mm | da 0,010 mm a 0,025 mm | Da 20.000 a 100.000 unità |
L'imbutitura profonda fornisce i gusci più sottili al costo per pezzo più basso una volta ammortizzato l'utensileria progressiva, mentre la tornitura svizzera rimane essenziale per prototipi di alta precisione o motori speciali a basso volume che richiedono una rotondità inferiore 0,005 mm .
Trattamenti superficiali e protezione dalla corrosione
I gusci dei micromotori funzionano spesso in ambienti con elevata umidità o nebbia salina. La corretta finitura superficiale previene la vaiolatura e mantiene l'estetica pulita richiesta dai dispositivi medici e di consumo.
Elettrolucidatura per Acciaio Inossidabile
L'elettrolucidatura rimuove uno strato superficiale di 0,005 mm to 0.010 mm e lascia una pellicola passiva di ossido di cromo. Un guscio trattato in questo modo resiste 500 ore di nebbia salina secondo ASTM B117 senza ruggine rossa, rispetto a 120 ore per un guscio come disegnato.
Anodizzazione per alluminio
L'anodizzazione solforica di tipo II costruisce a Da 5 a 15 micrometri spesso strato di ossido che indurisce la superficie fino a circa 300 alta tensione . Questo strato funge anche da isolante elettrico, con una tensione di rottura dielettrica superiore 500 V , prevenendo cortocircuiti se un filo di avvolgimento interno entra in contatto con il guscio.
Integrazione dell'assieme e mantenimento dei cuscinetti
La funzione finale del guscio è tenere insieme il gruppo motore. Due metodi principali fissano il cuscinetto e il cappuccio terminale e ciascuno influisce in modo diverso sullo stato di sollecitazione del guscio.
- Raccordo termoretraibile riscalda il guscio 120 gradi C , consentendo al cuscinetto di cadere senza forza. Quando il guscio si raffredda, si contrae ed esercita una compressione radiale uniforme Da 15 a 25 MPa sull'anello esterno del cuscinetto, bloccandolo senza anello elastico.
- Crimpatura o arrotolamento un labbro all'estremità aperta trattiene la piastra terminale. La forza di crimpatura non deve superare la resistenza allo snervamento del guscio 205MPa per l'acciaio inossidabile 304, altrimenti il guscio si piegherà verso l'interno e pizzicherà il rotore.
Adattamento termoretraibile improprio nel punto in cui il guscio è surriscaldato 200 gradi C fa sì che la struttura a grana dell'ottone o dell'alluminio si ammorbidisca in modo permanente, riducendo la resistenza del telaio del guscio 18% e portando successivamente all'abbandono dei cuscinetti 1.000 cicli termici .
