I motori elettrici, che alimentano applicazioni che spaziano dai veicoli elettrici ai robot industriali, dagli elettrodomestici ai sistemi di energia rinnovabile, dipendono in larga misura dalla selezione dei materiali di laminazione.
Mentre i progettisti si concentrano sugli avvolgimenti e sulle strategie di controllo, i materiali di laminazione determinano fondamentalmente le prestazioni magnetiche, la perdita di ferro, l’efficienza, il rumore, la dissipazione del calore e il costo e l’affidabilità complessivi.
Un rapido confronto
| Materiale | Permeabilità magnetica | Densità di flusso di saturazione (T) | Perdita del nucleo | Capacità di frequenza | Stabilità termica | Livello di costo | Applicazioni tipiche |
| Acciaio al silicio | Alto | ~1,5–2,0 | Basso-Medio | Medio-Alto | Bene | Medio | Industriale, EV, General Motors |
| Leghe di cobalto | Molto alto | ~2,0–2,4+ | Molto basso | Alto | Eccellente | Molto alto | Motori aerospaziali, ad alta velocità e di alta qualità |
| Leghe di nichel | Molto alto | ~0,8–1,6 | Basso | Basso-Medio | Molto bene | Alto | Motori di precisione, sensori |
| Leghe di ferro | Medio | ~1,8–2,2 | Alto | Basso | Moderare | Basso | Motori legacy a bassa velocità |
Acciaio al silicio
Il materiale più comune per laminazione del motore è acciaio al silicio, spesso noto come acciaio elettrico. La lega di ferro con l’1-3,5% di silicio migliora la resistenza elettrica e le prestazioni magnetiche, riducendo efficacemente le perdite per correnti parassite e le perdite nel nucleo.
Il materiale è disponibile in forma non orientata (NO) e a grani orientati (GO). L’acciaio al silicio non orientato viene utilizzato principalmente nei motori perché fornisce proprietà magnetiche uniformi in tutte le direzioni, ideali per i campi magnetici rotanti.
| Professionisti | Contro |
| Ottimo rapporto qualità-prezzo | Non ha le massime prestazioni magnetiche |
| Bassa perdita di nucleo a velocità tipiche | Meno adatto alle temperature estreme |
| Ampiamente disponibile e facile da elaborare | La perdita aumenta con la frequenza |
| Buone proprietà meccaniche | Potrebbero essere necessari stack più spessi a basse frequenze |
Applicazioni
- Motori a induzione industriali
- Motori di trazione e ausiliari per veicoli elettrici
- Elettrodomestici di consumo (lavatrici, ventilatori, compressori)
- Motori HVAC e pompe
- Alternatori per la generazione di energia
Leghe di cobalto
Le leghe di cobalto, in particolare le leghe ferro-cobalto (CoFe), sono materiali di laminazione ad alte prestazioni che offrono un’elevata saturazione magnetica, permeabilità e stabilità termica, consentendo una maggiore densità di potenza ed efficienza.
Sebbene siano molto più costose dell’acciaio al silicio a causa dei costi dei materiali e della lavorazione, le leghe di cobalto sono giustificate nelle applicazioni in cui dimensioni, peso e prestazioni sono fondamentali.
| Professionisti | Contro |
| Saturazione magnetica molto elevata | Costo del materiale molto elevato |
| Ottime prestazioni a temperature elevate | Fornitura globale limitata |
| Perdita del nucleo ridotta alle alte frequenze | Difficile da elaborare/timbrare |
| Consente motori compatti e leggeri | Richiede utensili specializzati |
Applicazioni
- Motori aerospaziali e di difesa
- Mandrini ad alta velocità
- Macchine ad alta frequenza
- Motori EV ultracompatti e ad alta densità di potenza
- Azionamenti industriali specializzati
Leghe di nichel
Le leghe di nichel, in particolare quelle ferro-nichel come il Permalloy, offrono un’elevatissima permeabilità magnetica e una bassa coercività. Sebbene il loro flusso di saturazione sia inferiore a quello delle leghe di cobalto, sono adatte per applicazioni che richiedono elevata sensibilità, bassa perdita per isteresi e prestazioni magnetiche stabili.
Sono quindi comunemente utilizzati nei motori di precisione, nei sensori e nella strumentazione, dove sono essenziali prestazioni costanti e a basso rumore.
| Professionisti | Contro |
| Permeabilità estremamente elevata | Densità di flusso di saturazione ridotta |
| Perdita minima di isteresi | Più costoso dell’acciaio al silicio |
| Prestazioni stabili e ripetibili | Meno adatto per motori ad alta potenza |
| Ottimo per sistemi di precisione | Potrebbe richiedere una fabbricazione specializzata |
Applicazioni
- Servomotori di precisione
- Attuatori e sistemi di controllo
- Sensori magnetici
- Strumentazione aerospaziale
- Dispositivi medici e scientifici
Leghe di ferro
Le leghe di ferro, principalmente ferro quasi puro o a basso tenore di carbonio, sono tra i primi materiali per la laminazione dei motori. Offrono un’elevata densità di flusso di saturazione a basso costo, ma presentano elevate perdite per correnti parassite dovute alla bassa resistività elettrica, limitandone l’utilizzo ad applicazioni tradizionali o con costi contenuti.
Sebbene ampiamente sostituite dall’acciaio al silicio nei moderni motori ad alta efficienza, le leghe di ferro vengono ancora utilizzate quando semplicità e riduzione dei costi sono prioritarie.
| Professionisti | Contro |
| Elevata densità di flusso di saturazione | Elevate perdite di correnti parassite |
| Basso costo delle materie prime | Scarse prestazioni ad alta frequenza |
| Forti proprietà meccaniche | Motori a bassa efficienza |
| Catena di fornitura semplice | Ampiamente sostituito nei design moderni |
Applicazioni
- Motori industriali a bassa velocità
- Motori usati e di riparazione
- Alcune grandi macchine sincrone
- Applicazioni economiche e a bassa efficienza
Scegliere il materiale giusto
Per selezionare il materiale di laminazione del motore più adatto è necessario allineare i requisiti dell’applicazione con i vincoli di produzione e prestazioni.
Efficienza vs costo
Se la priorità è ridurre le perdite di carico e migliorare l’efficienza su larga scala, soprattutto nei veicoli elettrici o nei sistemi di azionamento industriali, l’acciaio al silicio è spesso la scelta più equilibrata. La sua filiera produttiva consolidata e la compatibilità con i processi di lavorazione lo rendono la spina dorsale della moderna produzione di motori.
Premium ad alte prestazioni
Per i motori in cui il peso, l’intervallo di temperatura di esercizio e la densità di potenza sono più importanti del costo, come i motori aerospaziali o quelli premium ad alta velocità, le leghe di cobalto garantiscono prestazioni magnetiche senza pari.
Precisione e controllo
I motori utilizzati nella strumentazione di precisione o nei sistemi di controllo aerospaziali traggono vantaggio dalla stabilità e dalla bassa perdita di isteresi delle leghe di nichel, anche se il loro flusso di saturazione è inferiore.
Eredità e basso budget
Nelle applicazioni in cui il budget o la semplicità prevalgono sulle prestazioni, come i grandi motori industriali lenti o i mercati delle riparazioni tradizionali, le leghe di ferro rimangono una scelta pratica ed economica.
