Motor elétrico de plástico
Tornar os carros elétricos mais leves pode diminuir o
consumo das baterias e aumentar sua autonomia.
Uma abordagem para isso envolve reduzir o peso do motor. E,
por sua vez, uma maneira fabricar motores mais leves envolve construí-los não
de metal, mas de materiais plásticos devidamente reforçados com fibra.
É claro que fabricar motores de alta potência totalmente de
plástico envolve desafios nada desprezíveis.
Isso não desanimou os pesquisadores do Instituto Fraunhofer
e do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, na Alemanha, que acabam de
desenvolver um novo conceito de resfriamento que permitirá usar polímeros para
fabricar virtualmente toda a estrutura do motor, incluindo sua carcaça.
E a redução do peso não é a única vantagem do novo conceito
de resfriamento: Ele também aumenta significativamente a densidade de potência
e a eficiência do motor em comparação com o estado da arte.
Refrigeração do motor
elétrico
A grande inovação está no núcleo do motor de plástico, um
estator composto por doze dentes individuais, que são enrolados na vertical
usando não um fio redondo tradicional, mas um fio de seção retangular ou
quadrada.
"Um motor elétrico consiste de um rotor giratório e um
estator fixo. O estator contém os enrolamentos de cobre pelos quais a
eletricidade flui - e é aí que a maioria das perdas elétricas ocorre. Os novos
aspectos do nosso novo conceito estão no estator," confirmou o professor
Robert Maertens, coordenador do projeto.
Os motores elétricos têm uma eficiência alta - mais de 90%
-, o que significa que uma alta proporção da energia elétrica é convertida em
energia mecânica. Os 10% restantes da energia elétrica são perdidos na forma de
calor. Para evitar o superaquecimento do motor, o calor no estator é atualmente
conduzido através de um invólucro de metal para uma manga de resfriamento.
A equipe alemã substituiu o fio redondo por um fio plano
retangular que pode ser enrolado mais apertado em volta do estator. Isso cria
mais espaço para o canal de refrigeração.
"Neste design otimizado,
as perdas de calor podem ser dissipadas através do canal de resfriamento dentro
do estator, eliminando a necessidade de transportar o calor através do
invólucro metálico para uma manga de resfriamento externa. Na verdade, você não
precisa mais de uma luva de resfriamento neste conceito. Ele também oferece
outros benefícios, incluindo menor inércia térmica e maior saída contínua do
motor," disse Maertens.
Além disso, o novo design incorpora uma solução de
resfriamento do rotor que também permite que a perda de calor do rotor seja
dissipada diretamente dentro do motor.
Motor elétrico de
plástico
Ao dissipar o calor perto de onde ele é gerado, a equipe
conseguiu construir todo o motor, incluindo sua carcaça, usando materiais
poliméricos. O metal atualmente necessário como condutor de calor também pode
ser substituído por materiais poliméricos, que têm uma condutividade térmica
mais baixa do que os metais.
"As carcaças de polímero são mais leves e mais fáceis
de produzir do que as caixas de alumínio. Elas também se prestam a geometrias
complexas sem exigir pós-processamento, por isso fizemos algumas economias
reais no peso e no custo geral," disse Maertens.
A equipe optou por usar plásticos termofixos reforçados com
fibra, que oferecem resistência a altas temperaturas e alta resistência a
refrigerantes agressivos. Ao contrário dos termoplásticos, os termofixos não
incham quando entram em contato com produtos químicos.
"Usamos uma corrente elétrica para introduzir a
quantidade de calor nos enrolamentos de cobre que seriam gerados em operação
real de acordo com a simulação. Descobrimos que já podemos dissipar mais de 80%
das perdas de calor esperadas. E já temos algumas abordagens para lidar com as
perdas de calor remanescentes de pouco menos de 20 por cento - por exemplo,
otimizando o fluxo de refrigerante. Estamos agora na fase de montagem dos
rotores e em breve poderemos operar o motor no banco de testes e validá-lo em
operação real," disse Maertens.
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