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Como reduzir a temperatura dos pontos quentes em motores e melhorar o gerenciamento térmico?

( 12/11/2019 ) Written by: Timothy_guyon

Os projetistas de motores buscam há anos em seus desenvolvimentos, soluções para combater o calor, o esforço é constante para lidar com as perdas térmicas em máquinas elétricas, que prejudicam os sistemas de energia e impactam na eficiência.

Esses profissionais também estão tentando lidar com o excesso de calor que pode reduzir a confiabilidade dos motores e reduzir a vida útil deles. Além do desafio, a eletrificação em todos os setores de transporte está impulsionando os requisitos para motores com densidades de potência cada vez mais altas.

No entanto, um bom gerenciamento térmico em máquinas elétricas e seus acionamentos eletrônicos de potência pode minimizar as perdas, principalmente as perdas de cobre (I2R), e gerar melhor desempenho, confiabilidade e eficiência. Com base na nossa experiência em encapsulamento de motores elétricos, e nas pesquisas de um estudante de doutorado que usou nossos materiais em seus testes como um meio de lidar com o excesso de calor que afeta o desempenho do motor elétrico, descobrimos como reduzir os pontos quentes em até 50 graus Celsius.

 

Tudo começou em 2013, quando o então doutorando Shafigh Nategh, Ph.D. escreveu sua tese para a Escola de Engenharia Elétrica do KTH Royal Institute of Technology, com sede em Estocolmo, usando a tecnologia LORD. Ele projetou um motor de ímã permanente resfriado à óleo e comparou o desempenho de motores idênticos quando eram apenas envernizados, impregnados com um epóxi padrão chamado Epoxylite ou impregnados com SC-320.

 

Nategh projetou um motor que era resfriado por um líquido que circulava pela carcaça do estator. Ele impregnou as bobinas e os conectores com uma operação de encapsulamento à vácuo usando SC-320. Atuou como uma ponte entre as bobinas - que são os pontos quentes do motor - e a carcaça, que foi resfriada. Ele então impregnou o motor colocando um formulário em volta do motor. Ele descobriu que as temperaturas de ponto quente para os motores que usam nosso material SC-320 eram 40 a 45 graus Celsius mais baixas do que os motores que usam verniz. Eles eram 12 a 15 graus Celsius mais baixos que os motores que usavam Epoxylite.

 

Além de aumentar a potência do mesmo projeto de motor, um material de gerenciamento térmico como o SC-320 pode permitir que motores menores e de menor peso atinjam a mesma potência que os motores maiores não encapsulados. De qualquer forma, a diminuição das perdas de calor pode levar a uma melhor eficiência do motor. Essas descobertas foram empolgantes porque originalmente projetamos o material SC-320 para aplicações de encapsulamento eletrônico, não para aplicações de motores elétricos. Queríamos aprender mais e descobrir como melhorar as propriedades do SC-320 especificamente para motores elétricos.

 

Nosso time de desenvolvimento vem trabalhando na validação de novas descobertas sobre a redução de pontos quentes, realizando testes de envelhecimento acelerados e desenvolvendo maneiras de melhorar as propriedades do SC-320 especificamente para motores elétricos. Desde então, desenvolvemos um epóxi rígido de 3,5 W / m ∙ K com alta estabilidade térmica.

 

Comercializamos nosso novo material, EP-3500, com condutividade de 3,5 W / m K em uma aplicação marítima, e agora passamos para a produção em massa. Ao testá-lo em motores padrão, tivemos resultados melhores do que o esperado. Esperávamos apenas uma queda de temperatura de cerca de 15 graus Celsius, mas durante os testes reais, as temperaturas nos motores com aplicações dos materiais para gerenciamento térmico da LORD foram reduzidas em 35 graus Celsius, sem utilizar outros mecanismos para resfriamento do componente. Nossos clientes que utilizam sistemas de resfriamento líquidos, estão identificando melhorias próximas dos 50 graus Celsius.

 

Esses resultados implicam benefícios de longo prazo para os motores elétricos que utilizam um material termicamente condutor como o SC-320, incluindo aumento de potência, motores menores e mais leves, maior vida útil e eficiência do motor. Para cada 10 graus de temperatura diminuída, a vida útil de um motor é dobrada.

 

A quantidade reduzida de fio de cobre necessária para os conectores do motor também pode proporcionar economia de custos. Isso significa que economia de peso, energia e / ou custo pode ser possível, dependendo da aplicação.

 

A LORD já está amplamente envolvida no mercado de veículos elétricos (EV) no lado da eletrônica de potência e essa tecnologia tem um grande potencial neste mercado para tornar os motores mais leves, com alta potência e sustentavelmente amigável. Também possui potenciais benefícios financeiros, porque a indústria automotiva é muito orientada a custos e os motores encapsulados podem ser a maneira mais econômica de reduzir temperaturas de maneira confiável. Nós já encapsulamos alguns motores de veículos elétricos para mostrar os benefícios e estamos trabalhando com vários fabricantes de motores diferentes, a maioria dos quais constrói produtos para veículos elétricos e aplicações industriais.

 

Estamos buscando ativamente aplicações em que são necessárias densidades de energia muito alta porque a remoção de mais calor permite que o motor seja menor e mais leve. Os cálculos teóricos conduzidos em motores industriais mostram que uma redução de 15 a 25% no peso do motor para uma determinada potência pode ser alcançada usando o material LORD. Também identificamos melhorias na produção máxima de energia entre 20 a 30% na mesma temperatura de pico.

Enquanto isso, continuamos a validar novos desenvolvimentos e realizar testes para contribuir com o negócio dos nossos clientes.

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