EnduroTemp™ 260+ améliore le coefficient de transfert thermique

Le 10 octobre 2019

Initiative lancée par le centre d'innovation Essex MagForceX™, le développement d'EnduroTemp™ 260+ est né d'un désir de régler le problème de décharge électrique partielle, connu sous le nom d'effet corona, tout en augmentant la température à laquelle peuvent fonctionner les moteurs de traction.

Bien que ces problèmes aient été résolus, le coefficient de transmission thermique, lui, demande encore à être amélioré.

Matt Leach, responsable du centre d'innovation MagForceX®, explique que l'amélioration du coefficient de transfert thermique, accomplissement qui n'était pas prévu, a ainsi apporté une valeur supplémentaire au produit, valeur d'autant plus importante pour les concepteurs de moteurs.

« En augmentant la densité de puissance ou la puissance de ce moteur, la température de la résistance augmentera. Cependant, en évacuant plus rapidement cette chaleur, le moteur sera plus performant, explique-t-il. Le système isolant supportera une température d'opération plus élevée. Ainsi, même si la température du moteur est plus élevée, l'isolation elle-même dissipera la chaleur et ce, plus rapidement que les isolations classiques. Cela vous permettra de faire fonctionner un moteur dont la température serait plus élevée plus longtemps, tout en bénéficiant d'un risque d'endommagement du fil moindre. »

EnduroTemp ™ 260+ est un produit qui offre aux concepteurs la possibilité de maximiser la densité de puissance ou d'appliquer des fils magnétiques dans de nouvelles applications hautes températures et exigeantes, y compris les variateurs de vitesse.

Cette technologie permet d'isoler le fil émaillé, prolongeant ainsi la durée de vie des moteurs de traction lors des transports critiques. Avec son endurance thermique de 265 °C, elle a été spécialement conçue pour supporter des températures d'opération parmi les plus hautes du secteur. EnduroTemp™ 260+ protège également le moteur des dégradations engendrées par l'électronique de puissance moderne qui contrôle le moteur. Sa surface en film émaillé empêche la formation de stries, les chevauchements et les trous, courants lors de l'utilisation de rubans. Le coefficient de frottement est également meilleur que celui d'un produit recouvert de ruban adhésif, accélérant ainsi la fabrication des bobines.

La technologie EnduroTemp™ 260+ est idéale pour les applications de transport, mais ne se limite pas aux véhicules traditionnels : elle peut s'avérer utile pour les opérations tout-terrain, l'équipement minier lourd, les véhicules commerciaux électriques et s'adapte parfaitement aux conditions extrêmes du secteur aérospatial. En revanche, d'autres enroulements destinés à une utilisation à haute température seront sujets à des environnements variés, où ils devront par exemple absorber la chaleur des tunnels en Europe ou les émanations toxiques des milieux de travail souterrains.

« J'envisage déjà une utilisation de cette technologie dans les environnements à forte chaleur, comme les moteurs, les alternateurs ou les démarreurs que l'on retrouve dans toutes sortes de conditions climatiques où la température est très élevée », explique M. Leach. « Par le passé, le polyimide était utilisé dans certaines applications, mais notre solution constitue un bon, pour ne pas dire un meilleur substitut au polyimide. »

« À mon avis, le marché des moteurs à variateur électronique de vitesse est également clé pour ce produit : on pourrait par exemple l'utiliser dans un moteur industriel situé dans une zone où la température est élevée ou dans une pompe souterraine pour l'exploration gazière et pétrolière. »

Ingénieur chimiste en recherche et développement au sein d'Essex Magnet Wire, Allan Knerr fut l'un des principaux inventeurs de ce produit.

M. Leach déclare que l'association de ces trois principaux avantages devrait permettre de créer un produit révolutionnaire.

Ce dernier pourrait changer la façon dont la conception de moteurs est perçue en repoussant les limites actuelles du possible.

« Bien évidemment, comme son endurance thermique atteint les 265 °C, ce matériau figure parmi les mieux classés, sinon le mieux classé des émaux pour fil émaillé. Le fait que ce produit supporte l'effet corona et offre un transfert de chaleur de si bonne qualité a de quoi susciter l'enthousiasme. Je suis d'ailleurs certain que le coefficient de transfert de chaleur a joué un rôle dans l'endurance thermique du produit, ce qui va globalement changer la vie des fabricants de moteurs électriques », explique-t-il. « Ce produit a vraiment tout pour réussir. »

« Nous approchons les limites du métal. Le cuivre et l'aluminium peuvent très bien être utilisés dans un certain intervalle de température, mais nous atteindrons bientôt la température limite d'utilisation de ces matériaux. Je ne sais pas ce que l'avenir nous réserve dans ce domaine, si ce n'est que chaque petite avancée nous permet de réaliser toujours plus de progrès. »

Une affirmation soutenue par M. Leach, expliquant qu'un fonctionnement à 265 ℃, au-delà des limites de test de 20 000 heures, garantira aux produits sur lesquels la technologie EnduroTemp™ 260+ est installée une durée de vie d'application dépassant les exigences.

« Si ce système est utilisé dans une voiture, nous pourrons ainsi accroître l'efficacité du moteur et, par la même occasion, celle de tout le véhicule », ajoute M. Leach. « Ainsi, il sera possible de conduire plus longtemps sur une même batterie ou d'utiliser une plus petite batterie, en raison de la plus grande efficacité du moteur, alors que d'autres parties du moteur seront déjà tombées en panne.

EnduroTemp™ 260+ a été soumis à un essai de la tension de claquage sur des paires torsadées en AWG 12, à une température ambiante et à plus de 11 000 volts. Son essai de résistance aux impulsions sur des paires torsadées en AWG 12 a été arrêté après 72 heures sans aucune défaillance notable, conformément aux mesures réalisées par la méthode d'essai définie au sein du document GB/T 21707-2008, avec un de temps de montée de 100 ns. Son essai de résistance aux impulsions sur des paires torsadées en AWG 18 a été arrêté après 20 heures sans aucune défaillance notable, conformément aux mesures réalisées par la méthode d'essai définie au sein du document GB/T 21707-2008, avec un de temps de montée de 100 ns. Le test de durée de vie des onduleurs réalisé sur des paires torsadées en AWG 18 a duré 294 heures, conformément aux mesures réalisées par le laboratoire de test sur fil certifié par UL, au sein du centre d'innovation Essex MagForceX®. Le délai d'exécution enregistré est trois fois supérieur à celui du principal concurrent du secteur.

Chris Richardson, ingénieur en conception moteur au sein du centre d'innovation MagForceX®, explique que les chiffres obtenus sont tout simplement révolutionnaires, notamment en ce qui concerne la conductivité thermique.

"Nous avons des preuves anecdotiques de certains de nos clients qui disent que certains de ces moteurs tournaient de 10 à 20 degrés de moins", a-t-il déclaré. «Pour certains de ces cas de décharge partielle élevée, les applications auraient autrement besoin d'une couche d'émail très épaisse pour fonctionner. En rendant ce chemin thermique plus conducteur, vous récupérez la chaleur plus facilement avec beaucoup moins d'émail. Cela permet au concepteur d'améliorer la conception dans plusieurs directions, notamment l'efficacité et la densité de puissance.

« Les grands fabricants de moteurs prennent l'initiative de chercher des formations en termes de conductivité thermique et de matériaux diélectriques. Ces propriétés sont connues pour être essentielles au progrès : ainsi, quand quelqu'un explique que la conductivité thermique a été multipliée par deux ou trois par rapport à un polyimide standard en émail, ce n'est pas rien. »

Le système EnduroTemp™ 260+ étant bien plus performant que les émaux standards, il serait possible de concevoir des applications qui permettraient d'emballer plus de matériau conducteur dans un même espace et d'améliorer la densité de puissance. Il existe certaines applications dans lesquelles un ingénieur en conception pourrait avoir besoin d'une couche plus fine, permettant de produire des résultats différents.

Matt Leach explique que la liste d'applications d'EnduroTemp™ 260+ ne cesse de s'allonger, et la meilleure façon d'atteindre les résultats escomptés est de contacter son équipe.

« Il est difficile de rendre justice à ce produit en discutant rapidement, mais nous avons toutes les données nécessaires pour appuyer nos arguments », poursuit-il. « Si une personne spécialisée dans le génie électrique ou la conception de moteurs souhaite connaître les étapes que nous avons franchies et celles qu'il reste encore à achever, nous l'invitons volontiers à prendre part à la conversation. »

« Presque tous les jours, nos experts du secteur proposent de nouvelles idées d'application, ce qui rend l'aventure d'autant plus passionnante. Si nous maîtrisons le côté technique de la solution, je sais que nous n'avons fait qu'effleurer les possibilités d'utilisation d'EnduroTemp™ 260+. »

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Vous pouvez aussi télécharger la fiche technique d'EnduroTemp™ 260+.



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