Aumento de potencia del motor de película fina
Nick Flaherty escribe que una nueva generación de termoplásticos está reemplazando a los papeles de aramida y las capas esmaltadas en los motores.
Este termoplástico avanzado, que ya se está utilizando con el equipo de producción existente en una nueva generación de motores, permite reducir el peso y aumentar la eficiencia gracias a una mejor gestión térmica.
“Entre las soluciones que hemos introducido en el mercado se encuentran los termoplásticos: polímeros PEEK [poliéter éter cetona] y PPSU [polifenilsulfona], que pueden emplearse como película para estatores y como recubrimiento en diferentes grados para sustituir a los esmaltes”, afirmó Luigi Marino, gerente global de marketing de motores eléctricos en Syensqo, empresa dedicada al desarrollo de materiales.
“Nuestros materiales permiten que el diseñador de motores utilice un aislamiento más delgado. Los papeles de aramida tienen un espesor de 200 a 250 μm, mientras que el nuestro es de 100 a 150 μm. Como recubrimiento para los cables, podemos reducir el espesor en un 20% manteniendo aún así las propiedades aislantes. Esto abre nuevos posibles diseños. Cuanto más delgado es el material, mejor es para los diseñadores, ya que elimina una barrera térmica para la refrigeración. Por lo tanto, cuanto más delgado sea, mejor será la refrigeración, lo que aumenta la eficiencia. Incluso ahorrar micrómetros significa que se puede incluir más cobre en el estator.”
Los estudios demuestran que la eficiencia puede aumentar en 1–2 puntos porcentuales, reduciendo el peso y el costo de los motores en un 8–10% mientras se mantiene el mismo rendimiento. Esto se logra utilizando menos laminados y imanes más pequeños.
“Una parte del aumento de eficiencia se debe al aislamiento térmico que ofrece el revestimiento para ranuras. Doblamos la conductividad térmica y, según las simulaciones, el mayor beneficio proviene de la reducción del espesor.”
“Lo que permite un espesor menor es la combinación de propiedades mecánicas y eléctricas. Nuestro equipo de I+D se ha esforzado por garantizar que las propiedades mecánicas sean adecuadas para espesores más reducidos, por lo que no utilizamos PEEK estándar. Hemos desarrollado grados específicos para revestimientos de ranuras y recubrimientos de cables con especificaciones diferentes que equilibran la elongación y el aislamiento”, dijo él.
“El otro aspecto es que nuestros revestimientos para ranuras pueden procesarse con el equipo existente. Hemos realizado un estudio con una empresa que fabrica equipos de producción y se utilizó exactamente el mismo equipo con éxito. Lo que se necesitaba era ajustar ligeramente la configuración de la máquina”, dijo.
El objetivo es mantener la velocidad de producción con una tasa máxima de desechos y tasas de producción similares, si no mejores. “No he visto ningún motor eléctrico en el que funcione el papel de aramida y, en principio, nuestros films no funcionen”, dijo.
El proceso de producción del termoplástico para el recubrimiento de cables en un motor es sustancialmente diferente al utilizado para producir aislantes.
“Para el recubrimiento de los alambres, vendemos gránulos a los fabricantes de alambres magnéticos y ellos venden los alambres recubiertos a los OEM”, dijo. “Internamente, contamos con dos líneas de extrusión para I+D, y una de ellas es idéntica a las que utilizan los fabricantes de alambres magnéticos”.
“Cuando se aplican termoplásticos mediante extrusión no se necesitan disolventes, lo que hace que el proceso sea más sostenible y eficiente en términos energéticos. El equipo es diferente y mucho más simple en comparación con el utilizado para el esmaltado, y existen varios proveedores; algunos de ellos son compañías tradicionales de esmaltado que están pasando a la extrusión”.
“La principal barrera para su adopción es que el diseñador debe considerarlas desde el inicio del proceso de diseño para aprovechar al máximo sus ventajas, pero hemos visto varios casos en los que fue sencillo integrar estas soluciones en diseños existentes”.
“Lo que hemos observado es que 50 μm puede ser suficiente para el aislamiento en algunos diseños, pero por debajo de 100 μm resulta más difícil fabricar el estator. Mientras que los materiales de 100 μm pueden procesarse prácticamente en cualquier lugar, por debajo de ese umbral los límites están determinados por el diseño del motor eléctrico, el equipo de producción y la velocidad, así como por el volumen que deben alcanzar las máquinas. En varios casos probablemente se podría llegar a 50 μm, pero aún no está comprobado. Se trata más bien de un área exploratoria para cada diseño. Para nosotros no hay problema en producir películas de 50 μm de espesor o menos, ya que utilizamos valores mucho menores para otras aplicaciones.”
Luigi Marino comenzó su carrera como ingeniero de diseño de motores eléctricos en Magneti Marelli. Durante la última década, ha ocupado diversos cargos a lo largo de toda la cadena de valor de los motores eléctricos, desde fabricantes originales hasta proveedores de materiales. En 2022, Luigi se unió a Solvay como líder global del equipo de desarrollo de aplicaciones para motores eléctricos, donde dirigió la estrategia tecnológica global y los esfuerzos de desarrollo de aplicaciones dentro de Syensqo. En este rol, gestionó un equipo de ingenieros dedicados a impulsar el proceso de innovación en nuevos materiales, a administrar el portafolio de propiedad intelectual y a desarrollar capacidades avanzadas de pruebas y prototipado para apoyar las oportunidades de desarrollo y mercado en los sectores de transporte, aeroespacial y energía.