EnduroTemp™ 260+ migliora il coefficiente di scambio termico

10 ottobre 2019

Quando l'Essex MagForceX™ Innovation Center ha iniziato a sviluppare EnduroTemp™ 260+, l'obiettivo era risolvere il problema delle scariche parziali–noto come "effetto corona"–oltre che quello di aumentare la temperatura alla quale un motore di trazione è in grado di operare.

Entrambi i problemi sono stati risolti, e nel farlo, potrebbe essere anche stato migliorato il coefficiente di trasferimento del calore.

Matt Leach, direttore del MagForceX® Innovation Center, spiega che sebbene il miglioramento del coefficiente di trasferimento del calore sia un risultato collaterale, senz'altro aggiunge valore al prodotto, e cosa ancora più importante, ne aumenta esponenzialmente il valore per i progettisti dei motori.

"Man mano che si incrementa la densità di potenza (o la potenza) in un motore, a causa della resistenza aumenta anche il calore generato. Se si riesce a dissipare il calore più velocemente, l'efficienza del motore aumenta", ha dichiarato. "Il sistema di isolamento sopporterà una temperatura di esercizio più elevata. Pertanto, anche se il motore gira a temperature un po' più alte, l'isolante ne dissiperà il calore più velocemente rispetto agli isolamenti tradizionali. Questo vuol dire che il motore potrà funzionare a temperature più alte, più a lungo e con minor rischio di danni ai fili".

EnduroTemp ™ 260+ è un prodotto che offre ai progettisti l'opportunità di massimizzare la densità di potenza o applicare cavi magnetici in nuove applicazioni ad alta temperatura e impegnative, tra cui azionamenti a velocità variabile.

Si tratta di un isolante per fili smaltati capace di prolungare la vita operativa dei motori di trazione in una serie di applicazioni critiche nel settore dei trasporti, e che è stato appositamente progettato per sopportare temperature di esercizio più elevate, con una resistenza termica di 265°C che non ha eguali nel settore. Oltre a tutto ciò, il prodotto proteggerà il motore dal deterioramento provocato dai suoi moderni dispositivi elettronici di controllo. L'isolante è provvisto di un sottile strato superficiale smaltato che elimina tutte le sporgenze normalmente presenti nei prodotti nastrati: non ci sono più sovrapposizioni o irregolarità di sorta. Anche il coefficiente d'attrito è sensibilmente migliore rispetto a quello di un prodotto nastrato, e ciò consente di ridurre il tempo di fabbricazione delle bobine.

EnduroTemp ™ 260+ è estremamente adatto per l'uso nell'ambito dei trasporti, ma non solo per i veicoli tradizionali: può essere di grandissimo aiuto nelle operazioni off-road, attrezzature minerarie pesanti, veicoli commerciali elettrici, e ha anche dimostrato di essere una soluzione perfetta per applicazioni aerospaziali particolarmente esigenti. Altri avvolgimenti per alte temperature sperimenteranno ambienti ancora più diversi: rimozione del calore dalle gallerie nei mercati europei o di gas tossici in applicazioni sotterranee.

"Ne vedo bene l'utilizzo in applicazioni ad elevata generazione di calore, come motori, alternatori, motori d'avviamento che vengono utilizzati in condizioni climatiche di caldo intenso", afferma Leach. "In passato per questo tipo di impieghi è stato utilizzato il poliimmide, ma questa è un alternativa ancora più performante rispetto al poliimmide.

"Un altro mercato di grande importanza è quello dei motori con inverter, ad esempio può essere impiegato in un motore industriale che operi in zone ad elevato calore, oppure nelle pompe sotterranee usate per le esplorazioni petrolifere o di gas naturale".

Il merito principale dell'invenzione del prodotto spetta ad Allan Knerr, un chimico del laboratorio di Ricerca e Sviluppo di Essex Magnet Wire.

Leach afferma inoltre che la combinazione dei tre vantaggi principali rende il prodotto assolutamente rivoluzionario.

Si tratta di una soluzione che potrebbe mutare radicalmente l'approccio alla progettazione dei motori, consentendo di andare oltre quelli che sono considerati gli attuali limiti tecnologici.

"Naturalmente, con una resistenza termica di 265°C, è uno dei materiali più resistenti in circolazione, se non addirittura lo smalto più resistente. Fantastico! Il fatto che sopravviva all'effetto corona e che abbia eccellenti proprietà di trasferimento di calore; sono certo che il coefficiente di scambio termico gioca un ruolo nella resistenza termica, e dovrebbe rendere la vita più facile ai produttori di motori elettrici", ha affermato. "Sembra che abbia tutte le carte in regola per sfondare".

"Ci stiamo avvicinando ai limiti del metallo. Il rame è ottimo entro determinati intervalli di temperatura. Anche l'alluminio funziona bene entro determinati intervalli di temperatura, ma ci stiamo rapidamente avvicinando alla temperatura-limite di esercizio di questi materiali. Non sono certo di quali saranno i futuri sviluppi, ma ogni progresso incrementale ottenuto ci permette di fare di più".

Leach ha concordato, affermando che la capacità di operare a 265°C per un tempo superiore alle 20.000 ore del test garantirà che i prodotti su cui verrà installato EnduroTemp™ 260+ sopravviveranno alle specifiche di durata dell'applicazione.

"Contribuirà a rendere i motori più efficienti, e quindi l'intero veicolo, se l'isolante verrà usato in un'auto, diventerà a sua volta più efficiente. Sarà possibile aumentare l'autonomia ottenuta dalla stessa batteria, oppure si potrà installare una batteria più piccola in ragione della maggiore efficienza del motore". "Altre parti del motore si guasterebbero prima".

EnduroTemp™ 260+ è stato testato per la tensione di perforazione del dielettrico su doppini intrecciati da 12 AWG, a temperatura ambiente e con una tensione superiore a 11.000 Volt. La prova di resistenza agli impulsi con doppino intrecciato da 12 AWG è stata interrotta dopo 72 ore senza alcun malfunzionamento. La misurazione è stata condotta col metodo di prova GB/T 21707-2008 con tempo di salita dell'impulso di 100ns. La prova di resistenza agli impulsi su doppino intrecciato da 18 AWG è stata interrotta dopo 20 ore senza alcun malfunzionamento. La misurazione è stata condotta col metodo di prova GB/T 21707-2008 con tempo di salita dell'impulso di 100ns. La prova di durata dell'inverter su doppino intrecciato da 18 AWG è andata avanti per 294 ore, secondo la misurazione del UL Certified Wire Test Lab dell'Essex MagForceX® Innovation Center. Questo intervallo di tempo è tre volte migliore rispetto al concorrente più vicino del settore.

Chris Richardson, progettista di motori e ingegnere presso il MagForceX® Innovation Center, ha affermato che i risultati sono semplicemente rivoluzionari, in particolar modo quelli relativi alla conduttività termica.

"Abbiamo ricevuto prove aneddotiche da alcuni dei nostri clienti che affermano che alcuni di questi motori funzionavano da 10 a 20 gradi in meno", ha affermato. “Per alcuni di questi casi di scarico parziale elevato, le applicazioni avrebbero altrimenti bisogno di uno strato di smalto molto spesso per funzionare. Rendendo quel percorso termico più conduttivo, praticamente si ottiene il calore più facilmente con molto meno smalto. Ciò consente al progettista di migliorare il design in diverse direzioni, tra cui efficienza e densità di potenza.

"Tutti i più grossi costruttori di motori elettrici sono alla ricerca di maggiore conduttività termica e di resistenza dielettrica. Questa è una di quelle proprietà in cui tutti sanno che devono migliorare, quindi quando si afferma che si è in presenza di un miglioramento da due a tre volte maggiore rispetto al classico poliimmide presente nello smalto, in termini di conducibilità termica, significa molto”.

Poiché EnduroTemp ™ 260+ è molto migliore degli smalti tradizionali, potrebbero esserci applicazioni che consentono di inserire una quantità maggiore di materiale conduttore a parità di spazio, aumentando la densità di potenza. Potrebbero esistere applicazioni per le quali il progettista potrebbe richiedere uno strato più sottile, con risultati forse differenti.

Leach ha dichiarato che l'elenco delle applicazioni del prodotto si allunga giorno dopo giorno, e che il modo migliore per ottenere i risultati desiderati è avvalersi della consulenza della sua squadra.

"Rendere giustizia a questo prodotto nel corso di una breve conversazione è difficile, ma abbiamo i dati dalla nostra parte", ha affermato. "Senz'altro qualcuno con un background in ingegneria elettrica o con esperienza nella progettazione di motori vorrà vedere ciò che è stato fatto e ciò che è possibile fare, e noi accettiamo senz'altro con piacere questi confronti".

"I nostri esperti di mercato sfornano idee per nuove applicazioni praticamente ogni giorno, e questa è una cosa assolutamente positiva. Da parte nostra il lato tecnico non ha segreti, ma sono fermamente convinto che stiamo appena grattando la superficie quando parliamo dei possibili impieghi di EnduroTemp™ 260+".

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