EnduroTemp® 260+ améliore le coefficient de transfert thermique

Lorsque le centre d'innovation MagForceX® d'Essex s'est lancé dans le développement de l'EnduroTemp® 260+, c'était dans le but de résoudre le problème des décharges partielles – également appelées « effet corona » – et d'augmenter la température à laquelle un moteur de traction peut fonctionner.

Ces deux problèmes ont été résolus ; ce faisant, le coefficient de transfert thermique a peut-être également été amélioré.

Matt Leach, directeur du centre d'innovation MagForceX®, explique que, même si l'amélioration du coefficient de transfert thermique a pu être un succès inattendu, elle apporte une valeur ajoutée au produit – mais surtout une valeur exponentielle aux concepteurs de moteurs.

« À mesure que vous augmentez la densité de puissance ou la puissance de ce moteur, la chaleur générée par la résistance va augmenter ; mais si vous parvenez à évacuer cette chaleur plus rapidement, cela rend le moteur plus efficace », a-t-il déclaré. « Le système d’isolation résistera à une température de fonctionnement plus élevée ; ainsi, même si le moteur fonctionne à une température légèrement plus élevée, l’isolation elle-même dissipera la chaleur plus rapidement que les isolations classiques. Cela vous permettra littéralement de faire fonctionner le moteur à une température plus élevée, plus longtemps, tout en réduisant les risques de dommages au niveau du câblage. »

EnduroTemp® 260+ est un produit qui offre aux concepteurs la possibilité d'optimiser la densité de puissance ou d'utiliser des fils magnétiques dans de nouvelles applications à haute température et exigeantes, notamment les variateurs de vitesse.

Exemple d'EnduroTemp® 260+

Il s'agit d'un isolant pour fil magnétique destiné à prolonger la durée de vie des moteurs de traction dans les applications de transport critiques — il a été spécialement conçu pour résister à des températures de fonctionnement plus élevées, avec une résistance thermique de 265 °C, la meilleure du secteur. Ce produit assurera également la protection du moteur contre la détérioration provoquée par les composants électroniques de puissance modernes qui le commandent. Sa surface recouverte d'un film d'émail élimine les irrégularités présentes sur les produits en ruban, car les chevauchements et les espaces vides sont supprimés. Son coefficient de frottement est également bien meilleur que celui d’un produit enroulé de ruban, ce qui permettra de fabriquer les bobines plus rapidement.

EnduroTemp® 260+ est particulièrement adapté au secteur des transports, mais pas uniquement aux véhicules traditionnels, car il peut apporter une aide considérable dans le cadre d’opérations tout-terrain, pour les équipements miniers lourds et les véhicules utilitaires électrifiés ; il s’est également révélé être une solution idéale pour les applications aérospatiales exigeantes. D'autres bobinages résistants aux hautes températures seront amenés à être utilisés dans des environnements très variés, par exemple pour évacuer la chaleur à l'intérieur des tunnels sur les marchés européens ou pour éliminer les fumées toxiques dans les lieux de travail souterrains.

« Je peux imaginer que ce matériau soit utilisé pour des applications soumises à des températures élevées, comme les moteurs, les alternateurs ou les démarreurs destinés à fonctionner dans n’importe quel type de conditions climatiques caractérisées par des températures élevées », a déclaré M. Leach. « Par le passé, certaines de ces applications utilisaient du polyimide, mais ce matériau constitue un bon substitut, voire un meilleur substitut, au polyimide. »

« Un autre marché clé serait celui des moteurs pilotés par onduleur, qu’il s’agisse de moteurs industriels utilisés dans des environnements à forte chaleur ou de pompes de fond de puits destinées à l’exploration pétrolière et gazière. »

Allan Knerr, chimiste en recherche et développement chez Essex Magnet Wire, était le principal inventeur de ce produit.

Il a déclaré que la combinaison de ces trois avantages principaux, agissant de concert, devrait donner naissance à un produit révolutionnaire.

Il s'agit d'une innovation susceptible de bouleverser la conception des moteurs en permettant de repousser ce que l'on considère aujourd'hui comme des limites.

« Eh bien, il est évident que, avec une résistance thermique de 265 °C, ce matériau figure parmi les plus performants, voire le plus performant de tous les vernis pour fils magnétiques, ce qui est très prometteur. Le fait qu’il résiste à l’effet corona et qu’il présente un si bon transfert thermique… Je suis certain que le coefficient de transfert thermique a joué un rôle dans cette résistance thermique, et cela ne devrait que faciliter la vie des fabricants de moteurs électriques », a-t-il déclaré. « Cela semble tout simplement être un atout décisif. »

« Vous savez, nous approchons des limites des métaux. Le cuivre convient à certaines plages de température. L’aluminium convient à d’autres plages de température, et nous nous rapprochons de plus en plus de la température d’utilisation maximale de ces matériaux ; je ne sais donc pas vraiment quelle sera la suite, mais chaque progrès, aussi minime soit-il, nous permettra d’aller plus loin. »

M. Leach a abondé dans ce sens, affirmant que la capacité à fonctionner à 265 °C, au-delà des limites d'essai fixées à 20 000 heures, garantira que les produits sur lesquels EnduroTemp® 260+ est installé pourront durer au-delà des exigences de durée de vie de l'application.

« Cela contribuera à rendre un moteur plus efficace, ce qui rendra ensuite le véhicule dans son ensemble, s’il est intégré à une voiture, plus efficace. Vous pourriez bénéficier d’une autonomie plus longue avec la même batterie, ou vous pourriez vous contenter d’une batterie plus petite grâce à ce moteur plus efficace », a-t-il déclaré. « D’autres composants du moteur tomberaient en panne en premier. »

L'EnduroTemp® 260+ a été soumis à un essai de tension de claquage diélectrique sur des paires torsadées de calibre 12 AWG à température ambiante et a dépassé les 11 000 volts. Son essai de résistance aux impulsions sur des paires torsadées de calibre 12 AWG a été interrompu après 72 heures sans présenter de défaillance, conformément à la méthode d'essai GB/T 21707-2008 avec un temps de montée de 100 ns. Son essai de résistance aux impulsions sur des paires torsadées de calibre 18 AWG a été interrompu après 20 heures sans aucune défaillance, conformément à la méthode d’essai GB/T 21707-2008 avec un temps de montée de 100 ns. Le test de durée de vie de l’onduleur sur des paires torsadées de calibre 18 AWG a duré 294 heures, selon les mesures effectuées par le laboratoire d’essais de câbles certifié UL de l’Essex MagForceX® Innovation Center. Ce résultat est trois fois supérieur à celui du concurrent le plus proche du secteur.

Chris Richardson, concepteur de moteurs et ingénieur au Centre d'innovation MagForceX®, a déclaré que les performances obtenues sont tout simplement révolutionnaires, notamment en matière de conductivité thermique.

« Nous disposons de témoignages de certains de nos clients indiquant que certains de ces moteurs fonctionnaient à une température inférieure de 10 à 20 degrés », a-t-il déclaré. « Dans certains cas de décharges partielles importantes, les applications auraient autrement nécessité une couche d’émail très épaisse pour fonctionner. En rendant ce chemin thermique plus conducteur, on évacue en fait la chaleur plus facilement avec beaucoup moins d’émail. Cela permet au concepteur d’améliorer la conception à plusieurs égards, notamment en termes de rendement et de densité de puissance. »

« Ces grands constructeurs automobiles se tournent vers ce matériau pour améliorer la conductivité thermique et les propriétés diélectriques. C’est l’une de ces propriétés que tout le monde sait devoir améliorer ; ainsi, lorsque vous affirmez que ce matériau offre une conductivité thermique deux à trois fois supérieure à celle d’un polyimide standard utilisé dans l’émail, cela revêt une grande importance. »

L'EnduroTemp® 260+ étant nettement supérieur aux émaux standard, certaines applications pourraient permettre de concentrer davantage de matériau conducteur dans un même espace et d'augmenter ainsi la densité de puissance. Il peut exister des applications dans lesquelles un concepteur pourrait demander une couche plus fine, ce qui pourrait donner des résultats différents.

M. Leach a indiqué que la liste des applications possibles de ce produit ne cesse de s'allonger et que le meilleur moyen d'obtenir les résultats escomptés est de consulter son équipe.

« Il est difficile de rendre justice à ce produit au cours d’une brève conversation, mais nous disposons des données pour étayer tout cela », a-t-il déclaré. « Une personne ayant une formation en génie électrique ou en conception de moteurs voudra voir ce qui a été réalisé et ce qui peut être fait, et nous sommes ouverts à ces discussions. »

« Nos experts du marché proposent pratiquement chaque jour de nouvelles idées d'applications, ce qui est passionnant. Nous maîtrisons l'aspect technique, mais je pense que nous n'en sommes qu'au début en ce qui concerne les possibilités d'utilisation d'EnduroTemp® 260+. »

Découvrez d'autres solutions pour les véhicules électriques, les véhicules hybrides et les autres véhicules utilitaires électrifiés.

Fiche technique EnduroTemp® 260+