Storia del settore

Da oltre un secolo, i settori dell'avvolgimento di 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 esplora le tappe fondamentali, le scoperte e i risultati ingegneristici che hanno portato il nostro settore al punto in cui si trova oggi, nonché le innovazioni che definiranno il futuro.

In qualità di più grande fiera mondiale dedicata all'avvolgimento di bobine e alla produzione elettrica, CWIEME Berlin è al centro di questo progresso, collegando l'intera catena del valore e potenziando la comunità che guida il futuro dei sistemi energetici.

1975-1989

Le innovazioni nei materiali e la nascita dei moderni azionamenti

Fanno la loro comparsa i nuclei metallici amorfi (Metglas/Allied Signal), che riducono le perdite a vuoto dei trasformatori e danno il via alla lunga marcia verso trasformatori di distribuzione ad alta efficienza.
I magneti in terre rare fanno un balzo in avanti: viene inventato e commercializzato il NdFeB (neodimio-ferro-boro) (GM/Sumitomo), che consente la realizzazione di motori compatti e potenti e di innumerevoli attuatori.
Gli IGBT fanno la loro comparsa negli anni '80, combinando la facilità di gate dei MOSFET con la capacità di corrente bipolare, aprendo la strada a azionamenti a frequenza variabile (VFD) affidabili.
Sistemi di isolamento: le carte aramidiche (ad esempio Nomex) sono state ampiamente utilizzate nei trasformatori e nei motori di tipo a secco negli anni '80 per garantire classi termiche e sicurezza più elevate.

Configurazione iniziale del VFD e del motore

I primi nuclei amorfi, i magneti in terre rare e i VFD hanno rivoluzionato la progettazione dei trasformatori e dei motori.

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

1990-1999

Nuclei nanocristallini e adozione industriale dei VFD

Produzione di motori elettrici: nel 1992 l'Energy Policy Act (EPAct) statunitense ha introdotto i primi requisiti minimi di efficienza a livello nazionale per i nuovi motori industriali.
I magneti morbidi nanocristallini (ad esempio FINEMET®) passano dal laboratorio all'industria per trasformatori ad alta frequenza, induttanze e componenti EMI, garantendo basse perdite e stabilità termica.
L'uso dei VFD si diffonde nelle fabbriche, migliorando il controllo dei processi e l'utilizzo dell'energia; i motori "inverter-duty" iniziano a differenziarsi dai motori a efficienza standard.
Mobilità elettrica e trasmissioni automobilistiche: Toyota ha lanciato la Prius, la prima auto ibrida prodotta in serie, dimostrando la fattibilità delle trasmissioni elettriche ibride e dando il via alla ricerca e sviluppo a livello globale.

2000-2009

L'efficienza diventa mainstream

Le aziende di servizi pubblici e gli OEM standardizzano i trasformatori ad alta efficienza; le unità di distribuzione con nucleo amorfo guadagnano terreno per il 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 pratici e di massa alimentati da batterie agli ioni di litio.
Il filo magnetico resistente al coronavirus matura per sopravvivere al forte dv/dt dei drive PWM e allo stress da scariche parziali.
I quadri normativi prendono piede (base normativa UE sull'ecodesign nel 2009 con il regolamento 640/2009, successivamente sostituito), gettando le basi per un linguaggio globale relativo alla classe IE per i motori.

I trasformatori ad alta efficienza e i primi veicoli elettrici a litio portano l'efficienza in primo piano.

Le classi IE standardizzate e l'ascesa dei veicoli elettrici stanno ridefinendo il design dei motori e degli azionamenti.

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 esempio, 8 poli).
Adozione del GaN (nitruro di gallio) a banda larga: i dispositivi di potenza 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 548/2014 introduce livelli minimi obbligatori di rendimento energetico per i trasformatori di potenza e distribuzione (Livello 1 2015; Livello 2 2021), promuovendo l'uso di nuclei amorfi e migliori design di isolamento/termici.

2020-2025

Statori a forcella, inverter SiC e standard più severi

Gli statori a forcella/filo piatto diventano la scelta preferita per molti assali elettrici (maggiore riempimento delle fessure, migliori percorsi termici); si diffondono i concetti di forcella continua e gli statori segmentati.
Automazione e tracciabilità: linee complete a forcella (taglio/saldatura laser, formatura delle estremità, test in linea al 100%) e acquisizione dati Industry 4.0 permeano le officine motoristiche.
Gli inverter di trazione MOSFET SiC iniziano a sostituire gli IGBT Si, consentendo tensioni della batteria più elevate (ad esempio 800 V) e miglioramenti misurabili dell'efficienza della trasmissione.
La crescita dei veicoli elettrici è ora il principale motore della domanda del settore (vendite globali record e quota superiore al 20% nel 2024, con ulteriori record fino al 2025 secondo l'AIE).
Inasprimento delle normative:
UE: Ecodesign 2019/1781 introduce gradualmente una maggiore efficienza dei motori e degli azionamenti a partire dal 2021/2023.
USA: la norma definitiva del DOE (2024) aumenta l'efficienza dei trasformatori di distribuzione, allentando alcuni requisiti relativi all'acciaio e prorogando i termini di conformità.

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

Cosa è cambiato effettivamente nella fabbrica?

Bobine e avvolgimenti: da casuali/flyer ad ago e ora a forcina/filo piatto con inserimento robotizzato, rimozione dello smalto al laser, torsione/svasatura e brasatura/saldatura automatizzata, oltre a varianti continue a forcina.
Filo magnetico: classi termiche migliori, pellicole più sottili con uguale rigidità dielettrica e strutture resistenti all'effetto corona per il funzionamento con inverter.
Nuclei e acciai: GOES rimane fondamentale; l'amorfo domina nei trasformatori di distribuzione a bassissima perdita; il nanocristallino è comune negli induttori/trasformatori HF e EMI.
Elettronica di potenza: dai VFD IGBT analogici agli inverter ad alta velocità basati su SiC, riduzione dei componenti magnetici e modifica dei profili di sollecitazione dell'isolamento.
Digitalizzazione: monitoraggio della qualità dell'avvolgimento assistito dall'apprendimento automatico e tracciabilità completa su tutte le linee.

Zoom su alcuni cambiamenti fondamentali

Magneti NdFeB (1984) → motori compatti ad alta coppia; meno rame/ferro per una data potenza.
Nuclei di trasformatori amorfi (anni '70→) → riduzione percentuale a due cifre delle perdite a vuoto su larga scala per le reti.
Classi IEC IE (2014→) → un linguaggio globale comune (IE2/IE3/IE4, con IE5 come livello ambizioso) che ha ridefinito gli acquisti e le roadmap degli OEM.
Statori a forcella (dal 2010→) → fattori di riempimento degli slot e prestazioni termiche superiori per la trazione dei veicoli elettrici; ora mainstream.
Inverter di trazione SiC (anni 2020) → Architetture a 800 V e aumento dell'efficienza e della densità a livello di sistema.

Emergenti e futuri (2025-2030)

Conduttori continui a forcina e in alluminio alla ricerca di vantaggi in termini di costo/peso (ricerca attiva; primi prototipi/linee in Europa).
Ulteriori innovazioni nanocristalline per nuclei compatti e a bassa perdita nell'elettronica di potenza; continua la ricerca e lo sviluppo sui materiali attivi.
Norme più severe in materia di progettazione ecocompatibile ed efficienza dal punto di vista dell'utilità continueranno a spingere trasformatori e motori verso l'alto sulla curva di efficienza.

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