Pagina di prova

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.

Prime applicazioni dei magneti con nucleo amorfo e terre rare

L'adozione precoce di nuclei amorfi e magneti in terre rare ha rivoluzionato la progettazione di trasformatori e motori.

Motori industriali e nuclei nanocristallini negli anni '90

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.

Trasformatori ad alta efficienza e primi veicoli elettrici

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

Veicoli elettrici e motori ad alta efficienza negli anni 2010

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 produzione moderna di veicoli elettrici

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

Linee moderne per la produzione di motori e trasformatori

L'automazione, i materiali migliori e la digitalizzazione trasformano la pratica quotidiana in fabbrica.

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.

Principali cambiamenti nei materiali e nelle tecnologie nel corso del tempo

Una serie di modifiche ai materiali e al design sono alla base della maggior parte dei miglioramenti in termini di efficienza.

Concetti futuri per motori e trasformatori

Sono in arrivo conduttori a forcina continui, conduttori in alluminio e standard più rigorosi.

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.