Η πρόοδος στα υλικά των κινητήρων ωθεί τη βιομηχανία προς μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα

Η απόδοση των ηλεκτρικών κινητήρων-η καρδιά των σύγχρονων βιομηχανικών συστημάτων - επηρεάζεται κυρίως από τον σχεδιασμό και τις μεθόδους κατασκευής των ηλεκτρικών κινητήρων. Ωστόσο, όλο και περισσότερο, οι καινοτομίες στην τεχνολογία των υλικών έχουν καταστήσει δυνατή την απόδοση των ηλεκτρικών κινητήρων – και, ευρύτερα, των συστημάτων κινητήρων όπως τα ηλεκτρικά οχήματα – .    Η ζήτηση για ενεργειακά αποδοτικούς, ελαφρούς και ανθεκτικούς κινητήρες οδηγεί σε υπερβολική ζήτηση για καινοτομίες στα υλικά των κινητήρων, η οποία θα οδηγήσει στο επόμενο κύμα τεχνολογικής αλλαγής.

Βασικές τάσεις καινοτομίας υλικών:

Αποδοτικότητα: Μαγνητικά υλικά υψηλής απόδοσης

Το πιο κοινό μαγνητικό υλικό υψηλής απόδοσης είναι οι μαγνήτες νεοδυμίου-σιδήρου-βορίου (NdFeB), οι οποίοι έχουν υψηλή μαγνητική απόδοση.  Για να παρακαμφθούν τα προβλήματα της θερμικής απομαγνήτισης, της αλληλεξάρτησης από σπάνια στοιχεία και της εκφόρτισης από σπάνια στοιχεία που είναι φιλικά προς το περιβάλλον, η έρευνα επικεντρώνεται σε ενώσεις ανθεκτικές σε υψηλές θερμοκρασίες από NdFeB και στην ανάπτυξη νέων μαγνητών με βαριά σπάνια γαίες (π.χ. δυσπρόσιο, τέρβιο) και χωρίς σπάνιες γαίες.

Αποδοτικότητα: Χάλυβας χαμηλών απωλειών

Οι πυρήνες των κινητήρων κατασκευάζονται από παγκόσμια εξαιρετικά λεπτά φύλλα χάλυβα υψηλής πυκνότητας μαγνητικής ροής και χαμηλών απωλειών. Ο χάλυβας υψηλής ποιότητας με προσανατολισμό κόκκων (GOES) και ο χάλυβας χωρίς προσανατολισμό κόκκων (NOES) έχουν ελαχιστοποιήσει την απώλεια ενέργειας από τα ρεύματα φουκώ, γεγονός που καθιστά τα συστήματα πιο αποδοτικά για την κίνηση ηλεκτρικών οχημάτων και τους καλύτερους βιομηχανικούς κινητήρες.

Αποδοτικότητα: Ελαφριά σύνθετα υλικά υψηλής αντοχής

Για την ελαχιστοποίηση του βάρους του κινητήρα και τη βελτίωση της πυκνότητας ισχύος και της απόδοσης, οι μηχανικοί αρχίζουν να χρησιμοποιούν σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα και μηχανικά πλαστικά και ρητίνες για στηρίγματα ρότορα, ασπίδες άκρων και περιβλήματα. Τα νέα σχέδια θα συνδυάζουν τη μοναδική αντοχή με πολύ μικρό βάρος, γεγονός που θα βελτιώσει δραστικά την απόδοση του κινητήρα και την εξοικονόμηση ενέργειας.

Ανθεκτικότητα: Προηγμένα μονωτικά υλικά

Οι σύγχρονοι κινητήρες υπόκεινται σε ολοένα και υψηλότερες συχνότητες και τάσεις, οι οποίες απαιτούν ανώτερη μόνωση. Πρόσφατες καινοτομίες και εξελίξεις σε μονώσεις με βάση τα πολυμερή, όπως τακτικές και νανο-σύνθετες επιστρώσεις και εύκαμπτα φιλμ ανθεκτικά στη θερμότητα, έχουν προσφέρει εξαιρετική διηλεκτρική αντοχή, η οποία έχει παρατείνει δραματικά τη διάρκεια ζωής του κινητήρα.

Επιπτώσεις στη βιομηχανία

Οι εταιρείες κατασκευής τελικών χρηστών βελτιώνουν και επεκτείνουν τις τεχνολογίες υλικών που αναπτύσσονται για να επιτρέψουν μεγαλύτερους συνδυασμούς μικρότερων μεγεθών, μικρότερων βαρών, μεγαλύτερης απόδοσης και μεγαλύτερης ανθεκτικότητας. Αυτοί οι κινητήρες επόμενης γενιάς χρησιμοποιούνται σε τομείς όπως τα ηλεκτρικά οχήματα, η αιολική ενέργεια και ο εξοπλισμός CNC υψηλής τεχνολογίας ή το περιβάλλον και αυτές οι εταιρείες τελικών χρηστών βελτιώνουν την ανταγωνιστικότητά τους.

Στο εγγύς μέλλον, στην παγκόσμια στροφή προς την έξυπνη και χαμηλών εκπομπών άνθρακα ανάπτυξη, νέα προϊόντα κινητήρων θα εμφανιστούν ως η εμπορευματοποίηση από την προώθηση της πράσινης κατασκευής και των ανακυκλώσιμων υλικών και οι δυνατότητες κινητήρων ακραίας απόδοσης φτάνουν στην αγορά.