Un nuovo filo, raffreddato dall’interno, raddoppia la densità di potenza
I motori elettrici stanno virando sempre più verso applicazioni ad alta potenza e ad alte prestazioni, ad esempio nelle automobili e negli aerei. Un fattore limitante nel loro impiego all’interno dei veicoli è la densità di potenza. Ad oggi, per quanto riguarda questo aspetto, i motori a combustibile non hanno concorrenza. La densità di potenza indica la quantità di energia prodotta da un dato volume di spazio del motore. Una locomotiva a vapore ha una bassa densità di potenza, perché ne produce poca rispetto al suo enorme volume. Il motore di un’auto da corsa, invece, ha una densità di potenza estremamente alta, producendone un’enorme quantità da un piccolo spazio. La densità di potenza dei motori elettrici dipende essenzialmente dalla temperatura. L’elettricità che corre lungo un filo, infatti, crea calore. Se aumentiamo la corrente, incrementiamo anche la densità di potenza, con una conseguente crescita del calore, ma ad un certo punto i fili si bruciano. Per prevenire gli incendi, i dispositivi elettrici sono dotati di interruttori di sicurezza. La temperatura che i fili possono sopportare limita anche la potenziale densità di potenza. Raffreddare i fili aiuterebbe notevolmente, ma nella pratica ciò è molto difficile da realizzare perché sono isolati elettricamente ed è pertanto quasi impossibile raffreddarli all’esterno.
Raffreddati dall’interno
Il progetto Capcooltech, finanziato dall’UE, ha risolto questo problema con un nuovo tipo di filo. Il filo è cavo, con un liquido di raffreddamento che scorre al suo interno. Il progetto ha sviluppato e commercializzato la nuova tecnologia di cablaggio inizialmente per applicazioni automobilistiche. Le bobine, spirali di filo avvolte intorno a un nucleo metallico, sono un componente importante dei motori elettrici. «Usando fili cavi avvolti in bobine», spiega il coordinatore del progetto, Michael Naderer, «possiamo raffreddarle nei punti più caldi, direttamente nel rame». I ricercatori hanno anche sviluppato connettori speciali che uniscono i fili pieni di fluido alle bobine. Il team ha studiato le configurazioni ottimali di avvolgimento e di connessione.
Densità di potenza maggiore e prestazioni più elevate
Il raffreddamento permette di aumentare la corrente, con un conseguente incremento proporzionale della densità di potenza. Finora il team è riuscito a raddoppiare la potenza normale di uscita, ottenendo così anche un miglioramento delle prestazioni di quasi il doppio. Una maggiore densità di potenza significa più potenza per meno peso. E poiché questo è esattamente ciò che l’aviazione elettrica e l’industria automobilistica cercano di ottenere, gli sviluppi di Capcooltech sono di grande interesse per questi ambiti. L’industria automobilistica sarà in grado di produrre motori più economici, più efficienti e più potenti. «In pratica», prosegue Naderer, «saremo in grado di guidare un’auto elettrica che traina un rimorchio su per una montagna, senza che la macchina si rompa. L’industria aeronautica costruirà taxi elettrici e droni che possono trasportare carichi utili più pesanti e più a lungo». La tecnologia di Capcooltech permetterà altresì all’industria manifatturiera di aumentare la produttività attraverso macchinari più veloci ed efficienti. I ricercatori del progetto intendono puntare al mercato automobilistico a 48 volt. Questo sarà probabilmente il nuovo standard per le future auto elettriche e si prevede un valore di miliardi di euro nei prossimi anni. Il team non è ancora entrato in questo mercato. Anche la pandemia di COVID-19 ha sconvolto altri piani di progetto, obbligando il team ad adattarsi e a cercare ora mercati alternativi. Il nuovo piano prevede di entrare in piena produzione entro il 2024.
Parole chiave
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