Con la crescente domanda di motori elettrici più efficienti, soprattutto nei settori della mobilità elettrica, dell'aviazione e dell'esplorazione spaziale, la riduzione del peso nella progettazione di rotori e statori è diventata una priorità assoluta per gli ingegneri. I nuovi materiali e le innovazioni progettuali stanno trasformando il nostro approccio all'efficienza dei motori, al risparmio energetico e alla sostenibilità. In questo articolo, John Morehead, consulente principale presso Motion Mechatronics e membro del comitato consultivo di CWIEME Berlin, esplora gli sviluppi nella riduzione del peso di rotori e statori e il futuro della tecnologia dei motori elettrici.

Nel panorama in continua evoluzione della tecnologia dei motori elettrici, la spinta verso la riduzione del peso è emersa come un fattore critico che influenza la progettazione e la produzione. Poiché le industrie danno sempre più priorità alla sostenibilità, i vantaggi della riduzione del peso dei motori elettrici vanno oltre la semplice efficienza: essi svolgono un ruolo fondamentale nel migliorare le prestazioni, ridurre i costi e contribuire a un futuro più verde.

Le statistiche mostrano che nel 2024 il mercato globale dei veicoli elettrici dovrebbe generare un fatturato di 786,2 miliardi di dollari. Nei prossimi cinque anni, il mercato dovrebbe mantenere un tasso di crescita annuo costante del 6,63%, portando il volume di mercato previsto a 1.084 miliardi di dollari entro il 2029. Inoltre, le vendite unitarie dovrebbero raggiungere i 18,84 milioni di veicoli entro lo stesso anno, sottolineando l'espansione robusta e sostenuta del settore.

Riduzione del peso

Uno degli aspetti fondamentali dei motori elettrici dovrebbe essere la riduzione del peso. I motori elettrici tendono ad essere pesanti perché sono realizzati principalmente con componenti metallici e, con l'aumentare della potenza erogata, il problema del peso diventa sempre più importante. Secondo la mia esperienza, c'è una forte spinta affinché i motori elettrici non solo siano più piccoli e leggeri, ma anche più veloci e più potenti in termini di potenza e coppia. Nell'ultimo decennio, l'ascesa della mobilità elettrica ha influenzato in modo significativo questo settore. Prima di allora, non si dava molta importanza alla leggerezza.

Con la diffusione della mobilità elettrica, in particolare nei veicoli a due ruote e nei piccoli veicoli commerciali, l'attenzione alla riduzione del peso dei motori elettrici è diventata fondamentale. Ciò è essenziale non solo per prolungare la durata della batteria, ma anche per migliorare la flessibilità e l'usabilità in applicazioni più piccole. Anche il settore aeronautico sta facendo passi da gigante nell'aviazione elettrica, dove il peso è fondamentale. Le innovazioni e le pratiche che emergono da questa attenzione di alto livello si rifletteranno sull'industria dei motori elettrici nel suo complesso.

La riduzione del peso può anche portare a risparmi sui costi e a una significativa riduzione delle emissioni di carbonio, che è una preoccupazione imminente e in continua crescita nell'industria odierna. Inoltre, c'è un crescente interesse per l'economia circolare e vedo che i produttori di motori elettrici stanno iniziando a progettare i loro prodotti tenendo conto della riutilizzabilità e della riciclabilità.

La nascita delle start-up

Un altro settore che sta influenzando l'industria è l'emergere delle start-up. Storicamente, per le start-up nel settore dei motori elettrici era piuttosto difficile affermarsi. Molte nuove aziende faticavano a ottenere ordini commerciali a causa della riluttanza dei clienti a lavorare con entità non ancora collaudate. Tuttavia, il panorama è cambiato. Molte delle aziende che guidano l'innovazione nella mobilità elettrica e nell'aviazione elettrica sono esse stesse relativamente nuove. Sono più aperte alla collaborazione con le start-up e all'integrazione di componenti innovativi che migliorano la loro tecnologia.

Questo cambiamento ha reso più facile l'ingresso nel mercato delle nuove aziende che si occupano di tecnologia dei motori. Solo dieci anni fa, concetti come i motori a flusso assiale erano relativamente di nicchia, ma ora stanno guadagnando popolarità, in gran parte grazie alla mobilità elettrica. Sebbene la producibilità dei progetti a flusso assiale presenti ancora delle sfide, sono in vista rapidi progressi, in particolare con i nuovi materiali compositi magnetici morbidi che facilitano la produzione.

Nuovi materiali

Il settore dei motori elettrici sta attraversando un periodo di rapida evoluzione. Le aziende che da tempo utilizzano materiali tradizionali, come la ghisa, stanno iniziando a esplorare alternative come l'alluminio per gli involucri dei motori. L'alluminio potrebbe garantire una durata sufficiente per oltre il 90% delle applicazioni industriali.

Stiamo inoltre assistendo a sviluppi entusiasmanti con materiali completamente nuovi, come i nanotubi di carbonio, e progressi nella tecnologia di stampa 3D. Sebbene la stampa 3D per gli statori dei motori non sia ancora ampiamente adottata per la produzione di massa, il suo potenziale di rivoluzionare la produzione di motori è evidente. Inoltre, innovazioni come i motori elettrostatici stanno spingendo i limiti della riduzione del peso e dell'efficienza dei materiali.

La fusione tra motori e tecnologie di controllo è un'altra tendenza significativa. L'integrazione della potenza dei microprocessori, dell'elettronica di potenza e di sofisticati algoritmi software consente la progettazione di motori più performanti in grado di affrontare efficacemente alcune limitazioni. Questa convergenza sta trasformando il settore da un approccio puramente elettromeccanico a uno più olistico che include l'elettronica e il software, migliorando le prestazioni e l'efficienza complessive dei motori.

Aerospaziale

I progressi nella tecnologia dei motori elettrici stanno avendo un impatto profondo sia sul settore aeronautico che su quello spaziale. Ad esempio, con la rapida crescita dell'aviazione elettrica, la riduzione del peso diventa un fattore critico nella progettazione dei motori elettrici. Questa tendenza ci spinge a esplorare progetti e materiali innovativi in grado di ridurre significativamente il peso dei motori senza comprometterne le prestazioni.

Nel settore spaziale, nuovi operatori come SpaceX stanno guidando l'innovazione. Essi sfidano gli approcci tradizionali e conservatori che hanno dominato il settore per così tanto tempo. Le start-up sono ora più disposte ad adottare tecnologie all'avanguardia, il che ci incoraggia a ripensare i progetti dei motori elettrici e le loro applicazioni. Questo ambiente collaborativo tra aziende consolidate e nuovi operatori porta a sviluppi entusiasmanti, rendendo in ultima analisi i sistemi di propulsione elettrica più efficienti e praticabili per il settore aerospaziale.

L'economia circolare

L'economia circolare svolge un ruolo significativo nella produzione di motori elettrici, incoraggiando i produttori a ripensare il ciclo di vita dei loro prodotti. In passato, i produttori di motori elettrici non progettavano i loro prodotti tenendo conto della riciclabilità. Tuttavia, c'è una tendenza crescente che vede le aziende concentrarsi sulla produzione di motori elettrici non solo riutilizzabili, ma anche riciclabili in misura maggiore. Questo cambiamento è fondamentale, poiché contribuisce a ridurre i rifiuti e il consumo di risorse nel processo di produzione.

Ad esempio, ottimizzando i progetti e i materiali, i produttori possono ridurre al minimo l'uso di materie prime, contribuendo così a diminuire le emissioni di carbonio. Inoltre, grazie ai progressi tecnologici, è possibile esplorare modi innovativi per riciclare i componenti e recuperare i materiali alla fine del ciclo di vita di un motore. Questo approccio non solo è in linea con gli obiettivi di sostenibilità ambientale, ma offre anche opportunità di risparmio sui costi e di miglioramento dell'efficienza nella produzione. Nel complesso, l'integrazione dei principi dell'economia circolare nella produzione di motori elettrici è un passo fondamentale verso un'industria più sostenibile e responsabile.

Guardare al futuro

Il futuro dell'industria dei motori elettrici è incredibilmente promettente. Con l'ingresso di nuovi attori sul mercato, possiamo aspettarci una miriade di innovazioni. Le grandi aziende produttrici di motori esistenti possono vantare una lunga storia, ma devono affrontare la concorrenza di aziende emergenti che apportano nuove prospettive e tecnologie innovative.

Andando avanti, possiamo aspettarci di vedere un numero sempre maggiore di motori elettrici progettati con controlli integrati. L'importanza del software nell'ottimizzazione delle prestazioni dei motori non può essere sottovalutata. Siamo in un momento in cui il ritmo del progresso tecnologico sta accelerando e ciò che oggi sembra costoso ed esotico potrebbe diventare comune entro il prossimo decennio. Man mano che l'industria adotta nuovi materiali, design e strategie di integrazione, vedremo un futuro in cui i motori elettrici saranno più leggeri, più efficienti e sempre più integrati in varie applicazioni, dagli usi industriali alle soluzioni di mobilità personale.

Manifesta il tuo interesse per CWIEME Berlin 2026, che si terrà dal 19 al 21 maggio e riunirà i principali esperti di avvolgimento di bobine e produzione elettrica.