Este artigo fornece uma análise aprofundada do fator real de preenchimento do slot em produtos automotivos. É importante ressaltar que existe uma fator de preenchimento de slot reduzido devido a restrições de fabricação, observadas principalmente em motores que usam bobinadeiras tipo agulha, pois requerem espaço extra para a operação da agulha.
Um fator de preenchimento de ranhura mais alto é naturalmente buscado no projeto, pois afeta diretamente a eficiência do motor. No entanto, motores elétricos também exigem tratamento de isolamento para garantir desempenho e segurança, o que ocupa espaço adicional no slot. A espessura dos materiais de isolamento pode variar de 0,18 mm a 1,2 mm, dependendo do tipo, com um isolamento mais espesso reduzindo o espaço disponível para enrolamento.
Na prática de enrolamento, a camada de verniz isolante do fio esmaltado também deve ser considerada, pois afeta o diâmetro externo final da bobina. Por exemplo:
Um 1mm fio de cobre desencapado pode aumentar para 1,1 mm após o isolamento, resultando em um aumento de aproximadamente 10% no diâmetro.
Portanto, os planos de liquidação devem basear-se no diâmetro externo acabado do fio esmaltado, não apenas o diâmetro efetivo do condutor.
Em aplicações práticas de slots, um certo espaço deve ser mantido entre as bobinas, conhecido como "passagem."
Sem esse espaço, os enrolamentos posteriores podem interferir nos anteriores, podendo causar danos à bobina ou até mesmo curto-circuitos.
Idealmente, a largura da passagem deve ser 1,6 vezes o diâmetro do fio acabado, com no mínimo um diâmetro total do fio.
O fator de preenchimento real do slot deve dar conta espessura do isolamento e espaço de passagem. Por exemplo:
O isolamento ocupa 28,5% do espaço do slot.
A liberação de passagens ocupa mais 7,6%, totalizando redução de 36,1%.
Além disso, a camada de isolamento do fio esmaltado reduz ainda mais a área efetiva do condutor.
Fio esmaltado: Diâmetro acabado = 1 mm, diâmetro do condutor = 0,95 mm.
Se cabem 50 voltas em uma ranhura, a perda efetiva de área do condutor devido ao isolamento é de 9,7%.
Assim, o verdadeiro fator de preenchimento da ranhura (em relação ao espaço efetivo do condutor) é de apenas 42,68%.
Na realidade, os fatores práticos de preenchimento de slots normalmente variam entre 30% e 50%, muitas vezes abaixo das expectativas do projeto.
Para aumentar efetivamente o fator de preenchimento do slot, as seguintes condições devem ser atendidas:
1. Isolamento mais fino em laminações de aço silício (mínimo possível).
2. Isolamento de esmalte mais fino no fio do enrolamento.
3. Diâmetro do fio mais fino (reduz o espaço de passagem necessário).
4. Menos voltas da bobina (aumenta a relação efetiva do condutor).
No entanto:
Os pontos 1 e 2 são limitados por regulamentos de segurança e não podem ser modificados arbitrariamente.
O ponto 4 depende dos requisitos operacionais – normalmente, após determinar o número de voltas, o diâmetro do fio é maximizado para melhorar a eficiência.
Portanto, a otimização mais viável é o Ponto 3: reduzir ou eliminar a folga de passagem. Isto leva ao conceito de “Motores Osso de Dragão," que utilizam um método de montagem inovador para atingir o maior fator de preenchimento de slot possível.
No projeto geral do motor, o tratamento de isolamento é uma etapa crítica. Somente após a conclusão de um plano de isolamento abrangente é possível obter um produto de motor verdadeiramente otimizado.
