Kućište mikromotora debljine stjenke od 0,3 mm i unutarnju toleranciju zaobljenosti 0,01 mm izravno smanjuje neravnotežu rotora i radnu buku. Upotrebom duboko izvučene ljuske od nehrđajućeg čelika 304 postiže se koaksijalnost sjedišta ležaja od 0,02 mm , koji smanjuje amplitudu vibracija za 30% u usporedbi sa standardnim CNC tokarenim aluminijskim školjkama, osiguravajući stabilan zračni raspor i produljeni vijek trajanja četkica u motorima bez jezgre i koračnim motorima.
Izbor materijala za Mikromotorne školjke
Materijal školjke upravlja magnetskom izvedbom, rasipanjem topline i otpornošću na koroziju. Donja tablica uspoređuje tri najčešća metala koja se koriste u kućištima minijaturnih motora.
| Materijal | Gustoća (g po kubnom cm) | Toplinska vodljivost (W po mK) | Magnetska propusnost |
|---|---|---|---|
| Nehrđajući čelik 304 | 7.9 | 16 | Zanemarivo (austenit) |
| Aluminij 6061 | 2.7 | 167 | Nemagnetski |
| Mjed C360 | 8.5 | 116 | Nemagnetski |
Nehrđajući čelik 304 preferira se kada su elektromagnetska zaštita i otpornost na koroziju kritični, jer njegova nemagnetska priroda ne iskrivljuje polje trajnog magneta. Aluminij 6061 nudi a 167 W po mK toplinske vodljivosti , koji je više od deset puta veći od nehrđajućeg čelika, što ga čini najboljim izborom za motore dronova s velikom strujom gdje porast temperature zavojnice mora ostati ispod 15 stupnjeva C iznad ambijenta.
Kritične tolerancije dimenzija i preciznost sjedišta ležaja
Školjka je primarni lokator za nosivi sustav. Svako odstupanje u sjedištu ležaja izravno se pretvara u otpuštanje osovine i akustičnu buku. Sljedeća dopuštena odstupanja obvezna su za mikromotor koji radi iznad 10 000 okretaja u minuti .
- Tolerancija unutarnjeg promjera sjedišta ležaja od plus 0,005 mm do plus 0,012 mm iznad vanjskog prstena ležaja, osiguravajući lagano prešanje bez deformacije klizne staze.
- Koaksijalnost provrta prednjeg i stražnjeg ležaja ne prelazi 0,015 mm TIR . Neusklađenost od 0,03 mm uzrokuje nagib osovine koji povećava zvučnu buku za 4 do 6 dB .
- Shell inner bore roundness of 0,008 mm ili bolje za održavanje ravnomjernog zračnog raspora. Pogreška okruglosti od 0,025 mm stvara valovitost zakretnog momenta zupčanja od 8% nazivnog momenta.
- Ukupna tolerancija duljine ljuske od plus minus 0,03 mm za sprječavanje varijacija aksijalnog prednaprezanja na ležajevima nakon stezanja završne kapice ili ugradnje uskočnog prstena.
Proizvodna serija od 20 000 školjki od nehrđajućeg čelika pomoću matrice za prijenos s više stanica održava Cpk od 1.67 na promjeru provrta ležaja, pokazujući da duboko izvlačenje može dosljedno nadmašiti CNC tokarenje u sposobnosti procesa za dijelove velikog volumena malog promjera.
Upravljanje toplinom kroz debljinu stijenke ljuske
Oklop djeluje kao primarni hladnjak za mikromotor. Smanjenje debljine stijenke poboljšava toplinsku vodljivost smanjenjem vodljive toplinske otpornosti. Kada se brušeni motor rasprši 2 vata kontinuirano, pad temperature preko ljuske od nehrđajućeg čelika od 0,5 mm iznosi približno 12 stupnjeva C , dok školjka od 0,3 mm smanjuje taj pad na 7 stupnjeva C , održavajući unutarnju temperaturu namota ispod granice izolacijske klase od 130 stupnjeva C .
Aluminijske ljuske s debljinom stjenke od 0,4 mm i crna anodizirana završna obrada zrače toplinom 22% učinkovitije od golog nehrđajućeg čelika, što je potvrđeno infracrvenim toplinskim snimanjem u stacionarnom stanju. Anodni sloj povećava površinsku emisivnost od približno 0,2 do 0,85 , omogućujući motoru da radi 9 stupnjeva C hladnije u zatvorenom kućištu.
Usporedba procesa proizvodnje
Duboko izvlačenje, CNC tokarenje i brizganje metala proizvode mikromotorne ljuske, ali se njihova točnost i troškovni profili znatno razlikuju. Tablica u nastavku prikazuje njihova praktična ograničenja.
| Proces | Minimalna debljina stijenke | Ostvariva zaobljenost | Prikladnost godišnje količine |
|---|---|---|---|
| Precizno duboko crtanje | 0,15 mm | 0,005 mm do 0,010 mm | Iznad 50.000 jedinica |
| CNC švicarsko tokarenje | 0,25 mm | 0,003 mm do 0,008 mm | Prototip do 5000 jedinica |
| Brizganje metala | 0,35 mm | 0,010 mm do 0,025 mm | 20 000 do 100 000 jedinica |
Duboko izvlačenje daje najtanje ljuske po najnižoj cijeni po komadu nakon što se progresivni alat amortizira, dok švicarsko tokarenje ostaje ključno za prototipove visoke preciznosti ili specijalne motore male količine koji zahtijevaju zaobljenost ispod 0,005 mm .
Površinska obrada i zaštita od korozije
Kućišta mikromotora često rade u okruženjima s visokom vlagom ili raspršenim solju. Ispravna završna obrada površine sprječava pojavu rupa i održava čistu estetiku koju zahtijevaju medicinski i potrošački uređaji.
Elektropoliranje nehrđajućeg čelika
Elektropoliranjem se skida površinski sloj 0,005 mm to 0.010 mm i ostavlja pasivni film krom oksida. Ovako tretirana školjka izdrži 500 sati slanog spreja prema ASTM B117 bez crvene hrđe, u usporedbi s 120 sati za onako nacrtanu školjku.
Anodiziranje aluminija
Sumporna anodizacija tipa II gradi a 5 do 15 mikrometara debeli oksidni sloj koji otvrdnjava površinu na približno 300 HV . Ovaj sloj također djeluje kao električni izolator, s dielektričnim probojnim naponom iznad 500 V , sprječavajući kratke spojeve ako unutarnja žica namota dođe u kontakt s kućištem.
Integracija sklopa i zadržavanje ležaja
Konačna funkcija školjke je držati sklop motora zajedno. Dvije glavne metode osiguravaju ležaj i završnu kapu, a svaka različito utječe na stanje naprezanja kućišta.
- Termoskupljajući spoj zagrijava ljusku do 120 stupnjeva C , dopuštajući ležaju da upadne bez sile. Kada se ljuska ohladi, skuplja se i vrši jednoliku radijalnu kompresiju 15 do 25 MPa na vanjski prsten ležaja, blokirajući ga bez uskočnog prstena.
- Krimpovanje ili valjanje usnica na otvorenom kraju zadržava krajnju ploču. Sila savijanja ne smije premašiti granicu tečenja ljuske od 205 MPa za nehrđajući čelik 304, inače će se školjka saviti prema unutra i priklještiti rotor.
Nepravilno skupljanje na mjestu gdje je školjka pregrijana 200 stupnjeva C uzrokuje trajno omekšavanje zrnate strukture mesinga ili aluminija, smanjujući čvrstoću ljuske za 18% i dovodi do izlaska iz ležaja nakon 1000 toplinskih ciklusa .
