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L'approccio innovativo alla produzione riduce i costi e ottimizza i tempi di elettrificazione sul mercato (di Comau)

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I produttori che cercano di entrare o espandere la loro attività di elettrificazione si trovano spesso a dover bilanciare i requisiti chiave della produzione con l'imprevedibilità di un mercato emergente in cui gli standard delle migliori pratiche sono ancora in evoluzione.

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Per rispondere a queste sfide, Comau sta ripensando l'assemblaggio di motori elettrici e trasmissioni integrando completamente la convalida del progetto, la verifica della resina, la preparazione/avvolgimento del rotore e la flessibilità della produzione di multi-modelli come parte di una filosofia operativa funzionale, efficiente e versatile

di Ermanno Faccin, Responsabile dell'unità di propulsione e azionamento elettrico - Assemblaggio e test, Comau

Sostenuto da competenze pionieristiche nell'elettrificazione e da una comprensione a 360° della produzione automobilistica, il leader italiano dell'automazione ha sviluppato un approccio strategico e diretto all'assemblaggio di rotori e statori che ottimizza i tempi di ciclo, elimina i problemi di compatibilità delle resine e può essere facilmente integrato in linee di produzione preesistenti.

Il metodo inizia con una fase di progettazione completamente integrata. Spesso effettuata in simultaneous engineering con il cliente, il team analizza le prestazioni e le considerazioni sul prodotto prima di individuare la combinazione ottimale di processi e tecnologie per la natura specifica del progetto.

Rotori feriti

Guardando all'evoluzione dell'architettura dei motori elettrici, negli ultimi anni molte case automobilistiche hanno investito in rotori a magneti permanenti e statori a forcella. Allo stesso tempo, i rotori avvolti continuano a detenere una quota di mercato importante sia per le loro prestazioni, sia perché il costo di riattrezzamento di una linea esistente è spesso notevolmente inferiore rispetto all'investimento in una nuova linea. Un altro vantaggio del rotore avvolto è la sua efficienza. I rotori avvolti consentono una migliore gestione dell'energia grazie al fatto che il campo magnetico può essere modulato dalla gestione elettronica, mentre il rotore a magneti permanenti (PM/IPM) ha un campo magnetico fisso.

Avvolgimento del mandrino contro l'avvolgimento ad ago

Quando si costruisce un rotore ad anello scorrevole ci sono diverse considerazioni di processo che devono essere valutate attentamente sulla base di fattori quali la progettazione del motore e i volumi di produzione previsti. Uno dei punti chiave della decisione riguarda le fasi di avvolgimento elettrico e di impregnazione, che influenzano direttamente le prestazioni e il ciclo di vita del motore elettrico assemblato. In questo caso, la scelta dell'avvolgimento del mandrino, dell'ago o del volantino dipende in gran parte dal confronto tra il processo di gestione del filo, la qualità dell'avvolgimento e l'altezza e la larghezza dei denti del rotore.

01. Processo di gestione del filo

La prima differenza sta nel processo di gestione del filo. Con l'avvolgimento a mandrino il filo passa direttamente attraverso un tubo guida nella camera di avvolgimento e sulle flange esterne, che proteggono il filo dai denti laterali, prima di raggiungere le flange di stratificazione. La natura diretta di questo processo fa sì che il tenditore del filo possa gestire fino al 90% della tensione del filo.

L'avvolgimento dell'ago, invece, richiede che il filo passi prima attraverso la testa dell'ago, dove viene piegato a 90°. Poi entra nel tubo guida filo, dove dopo un'altra piegatura di 90° passa nella camera di avvolgimento. Poiché il controllo della tensione è compensato dalla testa dell'ago, il tenditore gestisce solo circa il 60% della tensione finale del filo

02. Qualità dell'avvolgimento

Infatti, la tensione del filo, l'angolo del filo e il rapporto tra l'altezza e la larghezza dei denti sono tre fattori che possono determinare l'uniformità di ogni strato di bobina. Quando si confrontano le tecnologie di avvolgimento, l'avvolgimento del mandrino tende a produrre una distribuzione del filo più uniforme rispetto all'avvolgimento ad aghi, grazie al suo processo di avanzamento in linea retta. Ciò è ulteriormente favorito dalla buona gestione della tensione e dall'elevata reattività del tenditore. Poiché il filo avvolto ad ago esce dal guidafilo a 90° ed è già soggetto a sollecitazioni, vi è una maggiore possibilità che l'avvolgimento diventi concavo. Allo stesso tempo, il tenditore non è completamente in grado di controllare la tensione finale del filo e c'è una limitata possibilità di tirare rapidamente il filo durante le diverse fasi di avvolgimento. Questi fattori contribuiscono al rischio di un avvolgimento convesso. Aumentando la tensione del filo si può ridurre la distorsione, ma si può anche aumentare il valore ohmico finale

03. Denti del rotore

Un'altra considerazione è il design meccanico del rotore. Le tecnologie del mandrino e dell'ago richiedono parametri di spaziatura leggermente diversi, che in alcuni casi possono favorire o eliminare una delle due opzioni. Nell'avvolgimento del mandrino, lo spazio tra i denti deve accogliere sia la flangia di stratificazione che il filo stesso (circa 2,5 mm). Lo spazio necessario per l'avvolgimento dell'ago è determinato dallo spessore del tubo guida filo. In generale, ciò significa che ci sarà tra 1,4 mm e 3,6 mm di spazio tra i denti

L'esperienza di Comau nell'elettrificazione ci offre una capacità unica di progettare linee di assemblaggio automatizzate, efficienti e ad alto volume, per l'intero processo di assemblaggio di motori elettrici. Lo facciamo confrontando diverse tecniche, analizzando i requisiti di prestazione e integrando diverse piattaforme tecnologiche proprietarie all'interno di un processo di produzione completamente automatizzato. Inoltre, in qualità di fornitore unico, armonizziamo la collaborazione tra specialisti, aziende tecnologiche e integratori di sistemi per ottimizzare l'intero rollout del programma. Il risultato finale della nostra offerta di progettazione chiavi in mano è la garanzia che la produzione può essere effettuata nel modo più efficace possibile, con costi ridotti, massima produttività e time-to-market più rapido.