Aumento de potência do motor de filme fino

Uma nova geração de termoplásticos está substituindo os papéis de aramida e os revestimentos esmaltados em motores, escreve Nick Flaherty.

O termoplástico avançado, que já está sendo utilizado com os equipamentos de produção existentes em uma nova geração de motores, apresenta redução no peso e aumento na eficiência graças a uma melhor gestão térmica.

“Entre as soluções que levamos ao mercado estão os termoplásticos – polímeros PEEK [poliéter éter cetona] e PPSU [polifenilsulfona] – que podem ser usados como filme para estatores e como revestimento em diferentes graus, substituindo os esmaltes”, disse Luigi Marino, gerente global de marketing para motores elétricos na empresa desenvolvedora de materiais Syensqo.

“Nossos materiais permitem que o projetista de motores utilize um isolamento mais fino. Os papéis de aramida têm espessura entre 200 e 250 μm, enquanto o nosso tem de 100 a 150 μm. Como revestimento para fios, somos capazes de reduzir a espessura em 20%, mantendo ainda as propriedades isolantes. Isso abre novas possibilidades de design. Quanto mais fino for o material, melhor para os projetistas, pois elimina uma barreira térmica ao resfriamento. Portanto, quanto mais fino, melhor o resfriamento, o que aumenta a eficiência. Mesmo economizar alguns micrômetros significa que é possível inserir mais cobre no estator.”

Estudos mostram que a eficiência pode aumentar em 1–2 pontos percentuais, reduzindo o peso e o custo dos motores em 8–10%, mantendo-se o mesmo desempenho. Isso é alcançado com menos laminados e ímãs menores.

“Uma parte do ganho de eficiência se deve à isolamento térmico proporcionado pelo revestimento para fendas. Nós dobramos a condutividade térmica e, nas simulações, o maior benefício vem da redução da espessura.”

“O que permite essa menor espessura é a combinação de propriedades mecânicas e elétricas. Nosso departamento de P&D tem trabalhado para garantir que as propriedades mecânicas sejam adequadas a essas espessuras menores, por isso não utilizamos o PEEK padrão. Temos desenvolvido grades específicas para revestimentos de fendas e revestimentos de fios, com especificações diferentes, visando equilibrar alongamento e isolamento”, disse ele.

“Outro aspecto importante é que nossos revestimentos para slots podem ser processados com equipamentos existentes. Realizamos um estudo com uma empresa que produz equipamentos de fabricação, e exatamente os mesmos equipamentos foram utilizados com sucesso. O que foi necessário foi um ajuste fino nas configurações da máquina”, disse ele.

O objetivo é manter a velocidade de produção com uma taxa mínima de rejeitos, e taxas de produção semelhantes ou até melhores. “Eu ainda não vi um motor elétrico no qual o papel de aramida funcione enquanto nossos filmes, em princípio, não funcionem”, afirmou ele.

O processo de produção do termoplástico utilizado para o revestimento dos fios em motores é substancialmente diferente daquele usado na produção de isolantes.

“Para o revestimento dos fios, vendemos pelotas para os fabricantes de fio magnético, que por sua vez vendem os fios revestidos aos OEMs”, disse ele. “Internamente, temos duas linhas de extrusão para P&D, e uma delas é idêntica às utilizadas pelos fabricantes de fio magnético.”

“Quando os termoplásticos são aplicados por meio de extrusão, não são necessários solventes, o que torna o processo mais sustentável e eficiente em termos energéticos. O equipamento é diferente e muito mais simples em comparação com o utilizado para esmaltagem, e existem vários fornecedores, alguns dos quais são empresas tradicionais de esmaltagem que estão migrando para a extrusão.”

“A principal barreira à adoção é o fato de o projetista precisar considerá-las desde o início do processo de design para extrair todo o valor delas, mas já vimos vários casos em que foi simples integrar essas soluções aos designs existentes.”

“O que observamos é que 50 μm podem ser suficientes para o isolamento em alguns projetos, mas abaixo de 100 μm fica mais difícil fabricar o estator. Embora materiais com 100 μm possam ser processados praticamente em qualquer lugar, abaixo desse limite as restrições são determinadas pelo design do motor elétrico, pelos equipamentos de produção e pela velocidade, bem como pelo volume que as máquinas precisam alcançar. Em vários casos, provavelmente é possível usar 50 μm, mas isso ainda não foi comprovado. É mais uma área exploratória para cada projeto. Para nós, não há problema em produzir filmes com espessura de 50 μm ou menos, pois já utilizamos valores muito inferiores para outras aplicações.”

Luigi Marino iniciou sua carreira como engenheiro de design de motores elétricos na Magneti Marelli. Ao longo da última década, ocupou diversos cargos ao longo da cadeia de valor dos motores elétricos, desde fabricantes originais até fornecedores de materiais. Em 2022, Luigi ingressou na Solvay como líder global da equipe de Desenvolvimento de Aplicações para Motores Elétricos, onde dirigiu a estratégia tecnológica global e os esforços de desenvolvimento de aplicações na Syensqo. Nessa função, ele gerenciou uma equipe de engenheiros focada em impulsionar o processo de inovação de novos materiais, administrar o portfólio de propriedade intelectual e desenvolver capacidades avançadas de teste e prototipagem para apoiar oportunidades de desenvolvimento e mercado nos setores de transporte, aeroespacial e energia.