Vỏ động cơ siêu nhỏ có độ dày thành khoảng 0,3 mm và dung sai độ tròn trong 0,01mm trực tiếp làm giảm sự mất cân bằng rôto và tiếng ồn vận hành. Sử dụng vỏ inox 304 kéo sâu đạt được độ đồng trục của ghế chịu lực 0,02 mm , làm giảm biên độ dao động bằng 30% so với vỏ nhôm được gia công CNC tiêu chuẩn, đảm bảo khe hở không khí ổn định và kéo dài tuổi thọ chổi than trong động cơ bước và động cơ không lõi.
Lựa chọn vật liệu cho Vỏ động cơ siêu nhỏ
Chất liệu vỏ chi phối hiệu suất từ tính, khả năng tản nhiệt và khả năng chống ăn mòn. Bảng dưới đây so sánh ba kim loại phổ biến nhất được sử dụng trong vỏ động cơ cỡ nhỏ.
| Chất liệu | Mật độ (g trên cm khối) | Độ dẫn nhiệt (W trên mK) | Độ thấm từ |
|---|---|---|---|
| Thép không gỉ 304 | 7.9 | 16 | Không đáng kể (austenit) |
| Nhôm 6061 | 2.7 | 167 | Không có từ tính |
| Đồng thau C360 | 8.5 | 116 | Không có từ tính |
Thép không gỉ 304 được ưu tiên sử dụng khi khả năng che chắn điện từ và chống ăn mòn là rất quan trọng vì bản chất không từ tính của nó không làm biến dạng trường nam châm vĩnh cửu. Nhôm 6061 cung cấp một Độ dẫn nhiệt 167 W/mK , gấp hơn mười lần so với thép không gỉ, khiến nó trở thành lựa chọn tốt nhất cho động cơ máy bay không người lái dòng điện cao, nơi mức tăng nhiệt độ cuộn dây phải ở mức dưới 15 độ C phía trên môi trường xung quanh.
Dung sai kích thước tới hạn và độ chính xác của ổ trục
Vỏ là bộ định vị chính cho hệ thống ổ trục. Bất kỳ sai lệch nào trên ổ trục sẽ trực tiếp chuyển thành độ đảo trục và tiếng ồn âm thanh. Các dung sai sau đây là bắt buộc đối với động cơ vi mô chạy trên 10.000 vòng/phút .
- Dung sai đường kính trong của ghế chịu lực cộng 0,005 mm đến cộng 0,012 mm phía trên vòng ngoài ổ trục, đảm bảo vừa khít với lực ép nhẹ mà không bị biến dạng mương.
- Độ đồng trục của lỗ ổ trục trước và sau không vượt quá TIR 0,015 mm . Sự không khớp 0,03 mm gây ra độ nghiêng của trục làm tăng tiếng ồn có thể nghe được bằng 4 đến 6dB .
- Độ tròn lỗ khoan bên trong của vỏ 0,008mm hoặc tốt hơn là duy trì khe hở không khí đồng đều. Sai số độ tròn 0,025 mm tạo ra gợn sóng mô-men xoắn răng cưa 8% của mô-men xoắn định mức.
- Tổng dung sai chiều dài vỏ của cộng trừ 0,03 mm để ngăn ngừa sự thay đổi tải trọng trước dọc trục trên các ổ trục sau khi gấp nắp đầu hoặc lắp vòng chặn.
Một đợt sản xuất của 20.000 vỏ thép không gỉ sử dụng khuôn chuyển đa trạm đã duy trì Cpk là 1.67 về đường kính lỗ ổ trục, chứng minh rằng việc vẽ sâu có thể đánh bại khả năng gia công tiện CNC một cách nhất quán đối với các bộ phận có khối lượng lớn, đường kính nhỏ.
Quản lý nhiệt thông qua độ dày thành vỏ
Vỏ đóng vai trò là bộ tản nhiệt chính cho động cơ siêu nhỏ. Giảm độ dày thành ống giúp cải thiện khả năng dẫn nhiệt bằng cách giảm điện trở nhiệt dẫn điện. Khi một động cơ chải tiêu tan 2 Watt liên tục, nhiệt độ giảm trên vỏ thép không gỉ 0,5 mm xấp xỉ 12 độ C , trong khi lớp vỏ 0,3 mm làm giảm độ rơi đó xuống 7 độ C , giữ nhiệt độ cuộn dây bên trong dưới giới hạn cấp cách điện của 130 độ C .
Vỏ nhôm có độ dày thành 0,4 mm và lớp hoàn thiện anodized màu đen tỏa nhiệt Hiệu quả hơn 22% hơn thép không gỉ trần, được xác minh bằng hình ảnh nhiệt hồng ngoại ở điều kiện ổn định. Lớp anod làm tăng độ phát xạ bề mặt từ khoảng 0,2 đến 0,85 , cho động cơ chạy mát hơn 9 độ C trong một nhà ở kín.
So sánh quy trình sản xuất
Vẽ sâu, tiện CNC và ép phun kim loại đều tạo ra vỏ động cơ vi mô, nhưng độ chính xác và chi phí của chúng rất khác nhau. Bảng dưới đây phác thảo các giới hạn thực tế của chúng.
| Quy trình | Độ dày tường tối thiểu | Độ tròn có thể đạt được | Sự phù hợp về khối lượng hàng năm |
|---|---|---|---|
| Bản vẽ sâu chính xác | 0,15 mm | 0,005 mm đến 0,010 mm | Trên 50.000 chiếc |
| Máy tiện CNC Thụy Sĩ | 0,25 mm | 0,003 mm đến 0,008 mm | Nguyên mẫu tới 5.000 chiếc |
| ép phun kim loại | 0,35 mm | 0,010 mm đến 0,025 mm | 20.000 đến 100.000 chiếc |
Vẽ sâu mang lại lớp vỏ mỏng nhất với chi phí mỗi sản phẩm thấp nhất sau khi công cụ tiến bộ được khấu hao, trong khi tiện Thụy Sĩ vẫn cần thiết cho các nguyên mẫu có độ chính xác cao hoặc động cơ đặc biệt có khối lượng thấp yêu cầu độ tròn dưới đây 0,005 mm .
Xử lý bề mặt và chống ăn mòn
Vỏ động cơ vi mô thường xuyên hoạt động trong môi trường có độ ẩm cao hoặc phun muối. Bề mặt hoàn thiện chính xác sẽ ngăn ngừa rỗ và duy trì tính thẩm mỹ sạch sẽ theo yêu cầu của các thiết bị y tế và tiêu dùng.
Đánh bóng điện cho thép không gỉ
Đánh bóng bằng điện loại bỏ một lớp bề mặt 0,005 mm to 0.010 mm và để lại một màng oxit crom thụ động. Vỏ được xử lý theo cách này có thể chịu được 500 giờ phun muối theo tiêu chuẩn ASTM B117 không có rỉ đỏ, so với 120 giờ cho một vỏ như được vẽ.
Anodizing cho nhôm
Anodizing lưu huỳnh loại II xây dựng một 5 đến 15 micromet lớp oxit dày làm cứng bề mặt đến khoảng 300 HV . Lớp này cũng hoạt động như một chất cách điện, với điện áp đánh thủng điện môi ở trên 500 V , ngăn ngừa đoản mạch nếu dây quấn bên trong tiếp xúc với vỏ.
Tích hợp lắp ráp và duy trì vòng bi
Chức năng cuối cùng của vỏ là giữ cụm động cơ lại với nhau. Hai phương pháp chính cố định ổ trục và nắp đầu, và mỗi phương pháp ảnh hưởng đến trạng thái ứng suất của vỏ một cách khác nhau.
- Khớp nối co nhiệt làm nóng vỏ để 120 độ C , cho phép ổ trục rơi vào với lực bằng không. Khi vỏ nguội đi, nó co lại và tạo ra một lực nén xuyên tâm đồng đều 15 đến 25 MPa trên vòng ngoài ổ trục, khóa nó mà không cần vòng khóa.
- Uốn hoặc lăn một môi ở đầu mở giữ lại tấm cuối. Lực uốn không được vượt quá giới hạn chảy của vỏ 205 MPa đối với thép không gỉ 304, nếu không vỏ sẽ khóa vào trong và kẹp rôto.
Khớp co rút không đúng cách ở chỗ vỏ quá nóng 200 độ C làm cho cấu trúc thớ của đồng thau hoặc nhôm mềm đi vĩnh viễn, làm giảm độ bền vòng của vỏ bằng cách 18% và dẫn tới hiện tượng vòng bi bị bong ra sau 1.000 chu kỳ nhiệt .
