Storia del settore

Da oltre un secolo, i settori dell’avvolgimento delle bobine, dei trasformatori, dei motori e della mobilità elettrica costituiscono la spina dorsale dell’elettrificazione globale — e oggi la loro evoluzione sta accelerando a un ritmo senza precedenti. Questa pagina illustra le tappe fondamentali, le scoperte rivoluzionarie e i traguardi ingegneristici che hanno portato il nostro settore al punto in cui si trova oggi, nonché le innovazioni che definiranno il futuro.

Scopri i 30 anni di CWIEME

1975–1989

Le innovazioni nei materiali e la nascita delle unità di memorizzazione moderne

Fanno la loro comparsa i nuclei in metallo amorfo (Metglas/Allied Signal), che riducono le perdite a vuoto dei trasformatori e danno il via al lungo percorso verso trasformatori di distribuzione ad alta efficienza.
I magneti alle terre rare fanno un balzo in avanti: viene inventato e commercializzato il NdFeB (neodimio-ferro-boro) (GM/Sumitomo), consentendo la realizzazione di motori compatti e potenti e di innumerevoli attuatori.
Gli IGBT fanno la loro comparsa negli anni ’80, combinando la semplicità di gestione del gate dei MOSFET con la capacità di conduzione di corrente dei dispositivi bipolari, aprendo così la strada a convertitori di frequenza affidabili (VFD).
Sistemi di isolamento: le carte aramidiche (ad es. Nomex) sono state ampiamente utilizzate nei trasformatori e nei motori di tipo a secco nel corso degli anni ’80 per garantire classi termiche più elevate e una maggiore sicurezza.

Configurazione iniziale del VFD e del motore

I primi nuclei amorfi, i magneti alle terre rare e i convertitori di frequenza hanno rivoluzionato la progettazione dei trasformatori e dei motori.

Reparto di produzione con i primi convertitori di frequenza

Nuclei nanocristallini e adozione precoce dei VFD nelle fabbriche e nelle aziende di servizi pubblici.

1990–1999

Nuclei nanocristallini e diffusione industriale dei VFD

Produzione di motori elettrici: nel 1992 l’Energy Policy Act (EPAct) degli Stati Uniti ha introdotto i primi requisiti nazionali minimi di efficienza per i nuovi motori industriali.
I materiali magnetici morbidi nanocristallini (ad esempio, FINEMET®) passano dal laboratorio all’industria per l’impiego in trasformatori ad alta frequenza, induttanze e componenti EMI, garantendo basse perdite e stabilità termica.
L'uso dei variatori di frequenza (VFD) si diffonde nelle fabbriche, migliorando il controllo dei processi e l'efficienza energetica; i modelli di motori "per funzionamento con inverter" iniziano a differenziarsi dai motori a efficienza standard.
Mobilità elettrica e propulsori automobilistici: Toyota ha lanciato la Prius, la prima auto ibrida prodotta in serie, dimostrando la fattibilità dei propulsori ibridi elettrici e dando il via a un’intensa attività di ricerca e sviluppo a livello mondiale.

2000–2009

L'efficienza diventa una tendenza diffusa

Le aziende di servizi pubblici e gli OEM stanno adottando trasformatori ad alta efficienza come standard; le unità di distribuzione con nucleo amorfo stanno guadagnando terreno grazie al loro funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, con basse perdite.
Una pietra miliare nel campo delle batterie agli ioni di litio: la Roadster di Tesla (2008) e la Leaf di Nissan (2010) rappresentano rispettivamente i primi veicoli elettrici di uso pratico e destinati al mercato di massa alimentati da batterie agli ioni di litio.
Il filo magnetico resistente al corona si evolve per sopportare i valori elevati di dv/dt degli azionamenti PWM e lo stress da scariche parziali.
I quadri normativi prendono slancio (le basi della normativa UE sull’ecodesign nel regolamento (CE) n. 640/2009 del 2009, successivamente sostituito), gettando le basi per la terminologia globale relativa alla classe di efficienza energetica (IE) dei motori.

I primi veicoli alimentati a batterie agli ioni di litio

I trasformatori ad alta efficienza e i primi veicoli elettrici a batterie agli ioni di litio mettono l'efficienza in primo piano.

I corsi standardizzati sull’IE e l’affermarsi dei veicoli elettrici stanno ridefinendo la progettazione dei motori e dei sistemi di trasmissione.

2010–2019

Classi IE, veicoli elettrici e “inverterizzazione”

Armonizzazione globale dell'efficienza dei motori: la norma IEC 60034-30-1 (2014) formalizza le classi IE1–IE4, ampliandone l'ambito di applicazione (ad es., 8 poli).
Adozione del GaN (nitruro di gallio) a banda larga: i dispositivi di potenza in GaN consentono frequenze di commutazione più elevate e una maggiore densità di potenza, permettendo ai progettisti di realizzare caricabatterie integrati (OBC), convertitori CC-CC e caricabatterie rapidi ad alta potenza molto più piccoli e leggeri.
La domanda di veicoli elettrici accelera la ricerca e lo sviluppo nel campo dei motori di trazione compatti e ad alta potenza e dell’elettronica di potenza. Verso la metà degli anni 2010, le vendite di veicoli elettrici registrano una crescita sostenuta.
Il Regolamento UE n. 548/2014 introduce livelli minimi obbligatori di rendimento energetico per i trasformatori di potenza e di distribuzione (Livello 1 nel 2015; Livello 2 nel 2021), favorendo l'uso di nuclei amorfi e di soluzioni migliori in termini di isolamento e progettazione termica.

2020–2025

Statori a forcina, inverter in SiC e standard più rigorosi

Gli statori a forcina o a filo piatto diventano la scelta preferita per molti assali elettrici (maggiore riempimento delle fessure, migliori percorsi termici); si diffondono i modelli a forcina continua e gli statori segmentati.
Automazione e tracciabilità: linee complete a "hairpin" (taglio/saldatura laser, formatura delle estremità, collaudo in linea al 100%) e l'acquisizione dei dati nell'ambito dell'Industria 4.0 sono ormai una realtà consolidata negli stabilimenti di produzione di motori.
Gli inverter di trazione con MOSFET al SiC stanno iniziando a sostituire gli IGBT al silicio, consentendo tensioni della batteria più elevate (ad esempio, 800 V) e miglioramenti misurabili nell'efficienza della catena cinematica.
La crescita dei veicoli elettrici è ormai il principale motore della domanda nel settore (vendite globali da record e quota di mercato superiore al 20% nel 2024, con ulteriori record previsti fino al 2025 secondo l’AIE).
La normativa diventa più rigorosa:
UE: il regolamento sulla progettazione ecocompatibile 2019/1781 introduce gradualmente livelli più elevati di efficienza per motori e sistemi di azionamento a partire dal 2021/2023.
Stati Uniti: il regolamento definitivo del DOE (2024) aumenta l’efficienza dei trasformatori di distribuzione, allentando al contempo alcuni requisiti relativi all’acciaio e prorogando i termini di conformità.

Gli statori a forcina, gli inverter in SiC e le moderne linee di produzione caratterizzano l'era attuale.

Cosa è cambiato effettivamente in fabbrica?

Bobine e avvolgimenti: dai modelli casuali/flyer a quelli ad ago e ora a forcina/filo piatto con inserimento robotizzato, rimozione dello smalto con laser, torsione/svase e brasatura/saldatura automatizzate, oltre alle varianti continue a forcina.
Filo magnetico: classi termiche migliori, strati più sottili a parità di rigidità dielettrica e strutture resistenti all’effetto corona per l’impiego negli inverter.
Nuclei e acciai: il GOES rimane il materiale di base; l’acciaio amorfo prevale nei trasformatori di distribuzione a perdite ultra-basse; l’acciaio nanocristallino è comunemente utilizzato negli induttori/trasformatori ad alta frequenza (HF) e nei dispositivi EMI.
Elettronica di potenza: dai convertitori di frequenza analogici con IGBT agli inverter ad alta velocità basati su SiC, con componenti magnetici sempre più compatti e profili di sollecitazione dell’isolamento in continua evoluzione.
Digitalizzazione: monitoraggio della qualità dell'avvolgimento assistito dall'apprendimento automatico e tracciabilità completa su tutte le linee.

In primo piano alcuni cambiamenti fondamentali

Magneti NdFeB (1984) → motori compatti ad alta coppia; minore impiego di rame e ferro a parità di potenza erogata.
Nuclei di trasformatori amorfi (dagli anni ’70 in poi) → riduzione percentuale a due cifre delle perdite a vuoto su larga scala per le reti elettriche.
Corsi IEC IE (dal 2014) → un linguaggio comune a livello globale (IE2/IE3/IE4, con IE5 come livello a cui aspirare) che ha ridefinito le strategie di approvvigionamento e i piani di sviluppo degli OEM.
Statori a forcina (dagli anni 2010 in poi) → maggiori fattori di riempimento delle fessure e migliori prestazioni termiche per la trazione dei veicoli elettrici; ormai diffusi su larga scala.
Inverter di trazione in SiC (anni '20 del 2000) → architetture a 800 V e miglioramenti in termini di efficienza e densità a livello di sistema.

Settori emergenti e futuri (2025–2030)

Conduttori continui a forcella e in alluminio finalizzati a ottimizzare il rapporto costo/peso (ricerca in corso; primi prototipi/linee di produzione in Europa).
Ulteriori innovazioni nel campo dei nanocristalli per nuclei compatti e a basse perdite nell'elettronica di potenza; prosegue l'attività di ricerca e sviluppo sui materiali attivi.
Norme più rigorose in materia di progettazione ecocompatibile e di efficienza sul lato delle utenze continueranno a spingere trasformatori e motori verso l'alto lungo la curva di efficienza.

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