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Dove la manifattura additiva arriva
quando il filo non basta più:
gli avvolgimenti per la nuova generazione di motori elettrici

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Avvolgimenti innovativi in rame puro

Avvolgimenti in rame puro prodotti tramite manifattura additiva.
Alta densità di potenza con forme innovative.

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La forma a servizio dell'efficienza

Addtoshape progetta e realizza, tramite la manifattura additiva, avvolgimenti innovativi in rame puro per motori elettrici ad elevate prestazioni. Complesse geometrie, diversamente non realizzabili con filo o piattina di rame tradizionale, sono ora realizzabili senza limiti permettendo la massima libertà di espressione in termini di forma, funzione e prestazioni. Malgrado le capacità produttive su larga scala e l'elevata efficienza raggiunta dagli avvolgimenti tradizionali, la crescente pressione delle politiche in materia di ambiente sta spingendo il settore dei motori elettrici ad un ruolo di assoluto protagonista nella lotta per la riduzione dei gas serra globali. Perché questo accada è necessario ridurre il carbon footprint dei motori elettrici aumentando ulteriormente la loro efficienza e densità di potenza.

I limiti della la forma tradizionale

Gli avvolgimenti tradizionali consentono la produzione di motori elettrici con un vasto range di potenza, coppia e velocità di rotazione. I limiti degli attuali motori elettrici sono rappresentati da un riempimento non ottimale del volume a disposizione dell'avvolgimento a causa della predeterminazione del diametro o della sezione del filo o della piattina di rame e dai limiti piega imposti dal rame e dal suo isolante elettrico. Infatti, i volumi non sono ottimizzati a causa del processo di produzione e assemblaggio degli avvolgimenti che non si adattano alle geometrie degli slot. Inoltre, non si possono creare geometrie complesse per contrastare perdite di potenza ad alte frequenze. Infine, la densità di corrente negli avvolgimenti, da cui dipende la densità di potenza, è fortemente limitata dalla scarsa capacità di dispersione di calore delle parti più interne degli avvolgimenti.

La chiave rappresentata dalla manifattura additiva in rame puro

L'elevata conducibilità termica ed elettrica del rame puro lo rendono il candidato ideale per la realizzazione di avvolgimenti per motori elettrici innovativi. La recente stabilità industriale rappresentata della tecnologia della manifattura additiva metallica a letto di polvere L-PBF permette di realizzare parti in rame puro con densità prossima al 100% e conducibilità elettrica elevatissima, anche del 102% IACS. Anche la rugosità superficiale, tradizionalmente un aspetto critico della manifattura additiva metallica, può giocare un ruolo importate nella realizzazione di avvolgimenti innovativi. Se opportunamente calibrata, la rugosità può creare un legame chimico con lo strato di isolate più forte e affidabile rispetto alla configurazione tradizionale.

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Il cambio di paradigma nella progettazione.
Il design for additive unito alla ricerca della massima efficienza.

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Nuove forme per i progettisti di domani

La produzione tramite manifattura additiva di avvolgimenti in rame puro apre la strada a una nuova classe di motori elettrici innovativi. Nuove geometrie sono ora accessibili, con costi di prototipazione iniziale di “proof of concept” estremamente inferiori rispetto ai costi tradizionali, con enormi vantaggi prestazionali e di efficienza rispetto al metodo tradizionale. Un esempio di avanzamento tecnologico è rappresentato della strategia progettuale di modificare in modo continuo la sezione della piattina lungo l'intero avvolgimento, mantenendo costante il valore dell'area. Questo permette di adattare l'intero avvolgimento al volume disponibile dello slot ottenendo come risultato un avvolgimento più efficiente a pari intensità di corrente, o una maggiore densità di potenza.

Nuove funzioni per i progettisti di domani

Il calore sviluppato dall'effetto Joule e dalle correnti parassite, in caso di corrente alternata, degrada lo strato di isolante elettrico ed è il maggiore responsabile dei guasti nei motori elettrici. Gli avvolgimenti in rame puro prodotti tramite manifattura additiva impiegano nuove e uniche soluzioni per ovviare a questo problema. Un sistema di raffreddamento a liquido può essere integrato nell'avvolgimento per dissipare il calore in modo opportuno, con la possibilità di raffreddare le regioni più critiche, permettendo di un livello di esercizio del motore con densità di corrente più elevate. Inoltre, materiale isolante non è più applicato al filo di rame, ma direttamente all'avvolgimento finito. Questo consente di utilizzare isolanti più performanti dal punto di vista chimico e termico, consentendo il servizio a temperature più elevate e una maggiore durata del motore, dato che proprietà meccaniche quali la flessibilità non sono più richieste.

I progettisti di domani

Una nuova figura professionale è necessaria. Quella del AM E-Engineer (Additive Manufacturing Electrical Engineer). L'AM E-Engineer nel suo operato, fin dalle prime fasi di progetto di un motore elettrico deve applicare l'utilizzo dei principi progettuali rappresentati del DfAM (Design for Additive Manufacturing). In tal modo avverrà il completo cambio di paradigma nella progettazione di motori elettrici sfruttando i vantaggi degli avvolgimenti in rame puro prodotti tramite manifattura additiva. Addtoshape è pronta a supportare e collaborare con i progettisti di motori elettrici per realizzare oggi quello che domani faranno in tanti.

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Progettazione
e produzione su misura

Addtoshape offre a clienti che volessero
produrre oggetti tramite la manifattura additiva, la capacità di progettare
e produrre secondo il disegno e le esigenze proprie del cliente.

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