Cet article propose une analyse approfondie de facteur de remplissage réel des emplacements dans les produits automobiles. Il est important de noter qu'il existe un facteur de remplissage des fentes réduit en raison de contraintes de fabrication, principalement observées dans les moteurs utilisant bobineuses à aiguilles, car ceux-ci nécessitent un espace supplémentaire pour le fonctionnement de l'aiguille.
Un facteur de remplissage des fentes plus élevé est naturellement recherché dans la conception car il affecte directement l'efficacité du moteur. Cependant, moteurs électriques nécessitent également traitement d'isolation pour garantir les performances et la sécurité, qui occupe un espace supplémentaire. L'épaisseur des matériaux isolants peut varier de 0,18 mm à 1,2 mm, selon le type, une isolation plus épaisse réduisant l'espace d'enroulement disponible.
Dans la pratique du bobinage, la couche de vernis isolant sur le fil émaillé doit également être prise en compte, car elle affecte le diamètre extérieur final de la bobine. Par exemple :
Un 1mm fil de cuivre nu peut devenir 1,1 mm après isolation, ce qui entraîne une augmentation d'environ 10 % du diamètre.
Par conséquent, les plans de bobinage doivent être basés sur diamètre extérieur fini du fil émaillé, pas seulement le diamètre effectif du conducteur.
Dans les applications pratiques de slot, un certain espace doit être maintenu entre les bobines, appelé "passage".
Sans cet espace, les enroulements ultérieurs peuvent interférer avec les précédents, provoquant potentiellement des dommages à la bobine ou même des courts-circuits.
Idéalement, la largeur du passage doit être égale à 1,6 fois le diamètre du fil fini, avec au moins au moins un diamètre de fil complet.
Le facteur de remplissage réel des emplacements doit rendre compte épaisseur d'isolation et espace de passage. Par exemple :
L'isolation occupe 28,5 % de l'espace des emplacements.
Les autorisations de passage représentent 7,6 % supplémentaires, soit une réduction totale de 36,1 %.
De plus, la couche isolante sur le fil émaillé réduit encore davantage la surface effective du conducteur.
Fil émaillé : Diamètre fini = 1 mm, diamètre conducteur = 0,95 mm.
Si 50 tours rentrent dans une fente, la perte effective de surface du conducteur due à l'isolation est de 9,7 %.
Ainsi, le véritable facteur de remplissage des fentes (par rapport à l’espace effectif du conducteur) n’est que de 42,68 %.
En réalité, les facteurs pratiques de remplissage des emplacements se situent généralement entre 30 % et 50 %, souvent inférieurs aux attentes de conception.
Pour augmenter efficacement le facteur de remplissage des emplacements, les conditions suivantes doivent être remplies :
1. Isolation plus fine sur les tôles d'acier au silicium (minimum possible).
2. Isolation en émail plus fine sur le fil de bobinage.
3. Diamètre de fil plus fin (réduit l'espace de passage requis).
4. Moins de tours de bobine (augmente le rapport de conducteur effectif).
Cependant :
Les points 1 et 2 sont limités par les règles de sécurité et ne peuvent être modifiés arbitrairement.
Le point 4 dépend des exigences opérationnelles : généralement, après avoir déterminé le nombre de tours, le diamètre du fil est maximisé pour améliorer l'efficacité.
Par conséquent, l’optimisation la plus viable est le point 3 : réduire ou éliminer le dégagement de passage. Cela nous amène à la notion de «Moteurs d'os de dragon," qui utilisent une méthode d'assemblage innovante pour obtenir le facteur de remplissage des fentes le plus élevé possible.
Dans la conception globale du moteur, le traitement de l'isolation est une étape critique. Ce n'est qu'après avoir réalisé un plan d'isolation complet qu'un produit moteur véritablement optimisé peut être obtenu.
