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 e i traguardi ingegneristici che hanno portato il nostro settore al punto in cui si trova oggi, nonché le innovazioni che ne 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.
Un passo avanti per i magneti in terre rare: 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 corrente dei dispositivi bipolari, aprendo così la strada a azionamenti per motori a frequenza variabile (VFD) affidabili.
Sistemi di isolamento: le carte aramidiche (ad es. Nomex) sono state ampiamente utilizzate nei trasformatori a secco e nei motori negli 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 di trasformatori e motori.

Reparto di produzione con i primi convertitori di frequenza

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

1990–1999

Nuclei nanocristallini e diffusione dei convertitori di frequenza (VFD) nel settore industriale

Produzione di motori elettrici: nel 1992 l'Energy Policy Act (EPAct) statunitense ha introdotto i primi requisiti nazionali minimi di efficienza energetica 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 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; 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 per le batterie agli ioni di litio: la Roadster di Tesla (2008) e la Leaf di Nissan (2010) rappresentano rispettivamente i primi veicoli elettrici di uso quotidiano e destinati al mercato di massa alimentati da batterie agli ioni di litio.
Il filo magnetico resistente al corona si evolve per sopportare i picchi di dv/dt e le sollecitazioni da scariche parziali dei convertitori PWM.
I quadri normativi prendono piede (le basi dell'ecodesign dell'UE nel regolamento (CE) n. 640/2009 del 2009, successivamente sostituito), gettando le basi per la classificazione IE a livello mondiale 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'ingegneria industriale e l'ascesa dei veicoli elettrici stanno rivoluzionando 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 forcella, inverter in SiC e standard più rigorosi

Gli statori a forcina e a filo piatto stanno diventando la scelta preferita per molti assali elettrici (maggiore riempimento delle fessure, migliori percorsi termici); si stanno diffondendo i modelli a forcina continua e gli statori segmentati.
Automazione e tracciabilità: linee complete a "a forcella" (taglio/saldatura laser, formatura delle estremità, controllo in linea al 100%) e l'acquisizione dei dati nell'ambito dell'Industria 4.0 sono ormai una realtà consolidata nelle officine 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 tangibili nell'efficienza della trasmissione.
La crescita dei veicoli elettrici è ormai il principale motore della domanda nel settore (vendite globali record e una quota di mercato superiore al 20% nel 2024, con ulteriori record previsti fino al 2025 secondo l'AIE).
Inasprimento della normativa:
UE: il regolamento sulla progettazione ecocompatibile 2019/1781 prevede l'introduzione graduale di livelli più elevati di efficienza per motori e sistemi di azionamento a partire dal 2021/2023.
Stati Uniti: la normativa definitiva del DOE (2024) aumenta l'efficienza dei trasformatori di distribuzione, alleggerendo al contempo alcuni requisiti relativi all'acciaio e prorogando i termini di conformità.

Statori a forcella, inverter in SiC e moderne linee di produzione caratterizzano l'era attuale.

Cosa è cambiato concretamente in fabbrica?

Bobine e avvolgimenti: dai modelli casuali/a spirale a quelli ad ago, fino agli attuali modelli a forcina/a filo piatto con inserimento robotizzato, rimozione dello smalto tramite laser, torsione/svassatura e brasatura/saldatura automatizzata, oltre alle varianti continue del modello 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 bassissima perdita; l'acciaio nanocristallino è comunemente utilizzato negli induttori/trasformatori ad alta frequenza e nei dispositivi EMI.
Elettronica di potenza: dai convertitori di frequenza analogici con IGBT agli inverter ad alta velocità basati su SiC, passando per la miniaturizzazione dei componenti magnetici e l'evoluzione dei profili di sollecitazione dell'isolamento.
Digitalizzazione: monitoraggio della qualità dell'avvolgimento con l'ausilio dell'apprendimento automatico e tracciabilità completa su tutte le linee.

Approfondimenti su 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 globale comune (IE2/IE3/IE4, con IE5 come obiettivo ambizioso) che ha rivoluzionato le strategie di approvvigionamento e le roadmap degli OEM.
Statori a forcina (dal 2010 in poi) → maggiore riempimento delle fessure e migliori prestazioni termiche per la trazione dei veicoli elettrici; oggi sono la norma.
Inverter di trazione al SiC (anni 2020) → Architetture a 800 V e miglioramenti in termini di efficienza e densità a livello di sistema.

Settori emergenti e futuri (2025–2030)

Conduttori a forcella continua e in alluminio finalizzati all'ottimizzazione del rapporto costo/peso (ricerca in corso; primi prototipi/linee in Europa).
Ulteriori innovazioni nel campo dei nanocristalli per nuclei compatti e a basse perdite nell'elettronica di potenza; prosegue la ricerca e lo sviluppo sui materiali attivi.
Norme più rigorose in materia di progettazione ecocompatibile e di efficienza sul lato della rete continueranno a spingere trasformatori e motori verso l'alto sulla curva di efficienza.

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