EnduroTemp® 260+ migliora il coefficiente di trasferimento termico

Quando l’Essex MagForceX® Innovation Center ha intrapreso lo sviluppo di EnduroTemp® 260+, l’obiettivo era quello di risolvere il problema delle scariche parziali – note come effetto corona – nonché di aumentare la temperatura alla quale un motore di trazione può funzionare.

Entrambi i problemi sono stati risolti; tuttavia, così facendo, è possibile che sia stato migliorato anche il coefficiente di trasferimento termico.

Matt Leach, responsabile del MagForceX® Innovation Center, spiega che, sebbene il miglioramento del coefficiente di trasferimento termico possa essere stato un risultato inatteso, esso apporta un valore aggiunto al prodotto – ma, cosa ancora più importante, un valore esponenziale ai progettisti di motori.

«Man mano che si aumenta la densità di potenza o la potenza di quel motore, si avrà un aumento del calore generato dalla resistenza; tuttavia, se si riesce a dissipare il calore più rapidamente, il motore risulterà più efficiente», ha affermato. «Il sistema di isolamento resisterà a una temperatura di esercizio più elevata, pertanto, anche in caso di funzionamento a temperature leggermente più elevate, l’isolamento stesso dissiperà il calore più rapidamente rispetto agli isolanti tradizionali. Ciò consentirà letteralmente di far funzionare il motore a temperature più elevate e per periodi più lunghi, riducendo il rischio di danni al cavo».

EnduroTemp® 260+ è un prodotto che offre ai progettisti l’opportunità di massimizzare la densità di potenza o di impiegare fili magnetici in nuove applicazioni ad alta temperatura e particolarmente impegnative, tra cui i variatori di velocità.

Esempio di EnduroTemp® 260+

Si tratta di un isolante per filo magnetico in grado di prolungare la durata dei motori di trazione in applicazioni critiche nel settore dei trasporti — progettato specificatamente per resistere a temperature di esercizio più elevate, con una resistenza termica di 265 ℃, la migliore del settore. Il prodotto fornirà inoltre protezione al motore contro il deterioramento causato dai moderni sistemi di elettronica di potenza che lo controllano. È dotato di una superficie con film smaltato che elimina le irregolarità presenti in qualsiasi prodotto a nastro, poiché vengono eliminati sia i sovrapposizioni che gli spazi vuoti. Anche il coefficiente di attrito è di gran lunga migliore rispetto a quello di un prodotto avvolto con nastro, il che consentirà di produrre le bobine in tempi più brevi.

EnduroTemp® 260+ trova la sua applicazione principale nel settore dei trasporti, ma non solo nei veicoli tradizionali, poiché può fornire un contributo significativo nelle operazioni fuoristrada, nelle attrezzature minerarie pesanti e nei veicoli commerciali elettrificati; si è inoltre dimostrato una soluzione perfetta anche per le applicazioni aerospaziali più esigenti. Altri avvolgimenti resistenti alle alte temperature saranno sottoposti a una vasta gamma di condizioni ambientali diverse, come l’eliminazione del calore all’interno delle gallerie nei mercati europei o dei fumi tossici nei luoghi di lavoro sotterranei.

«Ritengo che questo materiale possa essere impiegato in applicazioni soggette a temperature elevate, come motori, alternatori e motorini di avviamento destinati a qualsiasi tipo di condizione climatica caratterizzata da calore intenso», ha affermato Leach. «In passato, in alcune di queste applicazioni si ricorreva alla poliimmide, ma questo materiale rappresenta un valido, se non addirittura migliore, sostituto della poliimmide».

«Un altro mercato di riferimento sarebbe quello dei motori azionati da inverter, che potrebbero essere impiegati in motori industriali situati in ambienti soggetti a temperature elevate oppure in pompe di fondo pozzo per le attività di prospezione petrolifera e del gas.»

Allan Knerr, chimico addetto alla ricerca e sviluppo presso la Essex Magnet Wire, è stato il principale inventore del prodotto.

Ha affermato che la combinazione dei tre vantaggi principali, agendo in sinergia, dovrebbe dare vita a un prodotto rivoluzionario.

Si tratta di una soluzione che potrebbe rivoluzionare il modo in cui si concepisce la progettazione dei motori, consentendo di superare quelli che sono considerati i limiti attuali.

«Beh, ovviamente, con una resistenza termica pari a 265 ℃, si tratta di uno dei materiali con le prestazioni più elevate, se non addirittura il migliore in assoluto tra gli smalti per fili magnetici, il che è davvero entusiasmante. Il fatto che resista all’effetto corona e presenti un trasferimento termico così efficiente; sono certo che il coefficiente di trasferimento termico abbia influito sulla resistenza termica e che ciò non possa che migliorare in generale la situazione per i produttori di motori elettrici», ha affermato. «Sembra proprio una soluzione vincente».

«Sapete bene che ci stiamo avvicinando ai limiti dei metalli. Il rame è adatto a determinati intervalli di temperatura. L’alluminio è adatto a determinati intervalli di temperatura e ci stiamo avvicinando sempre più alla temperatura massima di utilizzo di questi materiali; pertanto non sono sicuro di quale sarà il prossimo passo, ma ogni piccolo progresso che riusciremo a compiere ci consentirà di ottenere risultati ancora migliori.»

Leach si è detto d'accordo, affermando che la capacità di funzionare a 265 ℃ per un periodo superiore ai limiti di prova di 20.000 ore garantirà che i prodotti su cui è installato EnduroTemp® 260+ possano durare oltre i requisiti di durata previsti per l'applicazione.

«Ciò contribuirà a rendere il motore più efficiente, il che a sua volta renderà più efficiente l’intero veicolo, qualora venisse montato su un’automobile. Si potrebbe ottenere un’autonomia maggiore con la stessa batteria oppure si potrebbe utilizzare una batteria più piccola grazie alla maggiore efficienza del motore», ha affermato. «Altre parti del motore si guasterebbero prima».

EnduroTemp® 260+ è stato sottoposto a prova di tensione di rottura dielettrica su coppie intrecciate da 12 AWG a temperatura ambiente, superando i 11.000 volt. La prova di resistenza agli impulsi su coppie intrecciate da 12 AWG è stata interrotta dopo 72 ore senza che si verificassero guasti, secondo quanto misurato in base al metodo di prova GB/T 21707-2008 con un tempo di salita di 100 ns. La prova di resistenza agli impulsi su coppie intrecciate da 18 AWG è stata interrotta dopo 20 ore senza riscontrare alcun guasto, secondo quanto misurato in base al metodo di prova GB/T 21707-2008 con un tempo di salita di 100 ns. Il test di durata dell’inverter su coppie intrecciate da 18 AWG è durato 294 ore, secondo le misurazioni effettuate presso il laboratorio di prova sui cavi certificato UL dell’Essex MagForceX® Innovation Center. Tale durata è tre volte superiore a quella del concorrente più vicino del settore.

Chris Richardson, progettista di motori e ingegnere presso il MagForceX® Innovation Center, ha affermato che i risultati ottenuti sono a dir poco rivoluzionari, in particolare per quanto riguarda la conduttività termica.

«Abbiamo ricevuto testimonianze aneddotiche da alcuni dei nostri clienti secondo cui alcuni di questi motori funzionavano a temperature inferiori di 10-20 gradi», ha affermato. «In alcuni di questi casi di scariche parziali elevate, le applicazioni richiederebbero altrimenti uno strato di smalto molto spesso per poter funzionare. Rendendo quel percorso termico più conduttivo, si ottiene sostanzialmente una dissipazione del calore più agevole con uno strato di smalto molto più sottile. Ciò consente al progettista di migliorare il progetto sotto diversi aspetti, tra cui l’efficienza e la densità di potenza.»

«Queste grandi case automobilistiche stanno cercando di migliorare ulteriormente la conduttività termica e le proprietà dielettriche. Si tratta di una di quelle caratteristiche che tutti sanno di dover migliorare; pertanto, quando si afferma che lo smalto presenta una conduttività termica da due a tre volte superiore rispetto a quella di una poliimmide standard, ciò assume un significato notevole.»

Poiché EnduroTemp® 260+ è di gran lunga superiore agli smalti standard, potrebbero esserci applicazioni che consentono di inserire una maggiore quantità di materiale conduttore nello stesso spazio e di aumentare la densità di potenza. Potrebbero esistere alcune applicazioni in cui un progettista potrebbe richiedere uno strato più sottile, il che potrebbe produrre risultati diversi.

Leach ha affermato che l'elenco delle applicazioni del prodotto è in continua espansione e che il modo migliore per ottenere i risultati desiderati è quello di rivolgersi al suo team.

«È difficile rendere giustizia a questo prodotto in una breve conversazione, ma disponiamo dei dati necessari a confermarne le caratteristiche», ha affermato. «Chiunque abbia una formazione in ingegneria elettrica o nella progettazione di motori vorrà vedere cosa è stato realizzato e cosa è possibile realizzare, e noi accogliamo con favore tali discussioni».

«I nostri esperti di mercato propongono idee per nuove applicazioni praticamente ogni giorno, e questo è davvero entusiasmante. Conosciamo bene l’aspetto tecnico, ma ritengo che abbiamo appena scalfito la superficie per quanto riguarda le possibilità di impiego di EnduroTemp® 260+».

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Scheda tecnica EnduroTemp® 260+