Ripartizione dei costi del rotore del motore a flusso assiale: magneti, nucleo di ferro o incapsulamento: quale rappresenta la quota maggiore?

I motori a flusso assiale stanno guidando una rivoluzione energetica nei veicoli a nuova energia, nei robot umanoidi, negli aerei eVTOL (decollo e atterraggio verticale elettrico) e altro ancora, grazie alle loro dimensioni compatte, alla leggerezza e all'elevata densità di potenza. Tuttavia, i costi di produzione relativamente elevati rimangono un collo di bottiglia per l’adozione su larga scala. Quindi, cosa costituisce esattamente il costo di un rotore del motore a flusso assiale ? E tra la qualità del magnete, il processo di laminazione del nucleo e il materiale di incapsulamento, quale rappresenta la porzione maggiore? Questo articolo lo analizza per te.

1. Grado magnetico: il campione indiscusso dei costi

Tra tutti i materiali di un motore a flusso assiale,  i magneti (magneti permanenti) rappresentano la voce di costo maggiore.

I magneti al neodimio-ferro-boro (NdFeB) ad alte prestazioni incorporati nel disco del rotore sono il 'cuore' che genera il campo magnetico. Poiché i rotori dei motori a flusso assiale sono tipicamente ultrasottili e possono funzionare a temperature di 180-200°C, i magneti devono mostrare un prodotto energetico estremamente elevato, un'elevata coercività (per resistere alla smagnetizzazione) e la capacità di essere trasformati in fette sottili micron. I magneti NdFeB standard non possono soddisfare questi severi requisiti: sono essenziali materiali di alta qualità appositamente personalizzati.

I dati del settore mostrano che  i magneti rappresentano il 35-40% del costo totale del motore e dominano in modo ancora più decisivo il costo del materiale del rotore. Con l’aumento dei prezzi dei materiali delle terre rare negli ultimi anni, questa quota tende ancora più in alto. Pertanto,  la qualità del magnete è il fattore numero uno che determina il costo del rotore.

2. Laminazione del nucleo: quota di costo inferiore, ma non priva di sfide tecniche

Il nucleo di ferro (incluso il nucleo dello statore e parte del ferro posteriore del rotore) rappresenta una parte relativamente minore del costo del motore a flusso assiale.

A differenza dei tradizionali motori a flusso radiale che utilizzano lamierini in acciaio al silicio, i motori a flusso assiale affrontano un circuito magnetico 3D che non può essere gestito dall'acciaio al silicio convenzionale. L’attuale soluzione tradizionale è  l’SMC (soft magnetic composite)  – polvere di ferro rivestita con uno strato isolante e poi compattata in forma – che può formare complesse geometrie a disco in un’unica fase di pressatura.

Il nucleo rappresenta tipicamente circa il 10-15% del costo totale del motore.  Sebbene la quota sia modesta, la tecnologia di processo per SMC è impegnativa: il rivestimento isolante su ciascuna particella di polvere deve essere estremamente sottile per raggiungere un’elevata densità, ma non deve essere danneggiato durante la compattazione ad alta pressione, richiedendo una validazione del processo a lungo termine. Inoltre, la materia prima per la polvere di lega magnetica morbida costa circa il doppio dell’acciaio al silicio, aumentando ulteriormente i costi del processo.

3. Materiale di incapsulamento: la quota più piccola, ma un ruolo fondamentale

I materiali di incapsulamento costituiscono la parte più piccola del costo del rotore del motore a flusso assiale.

I composti incapsulanti vengono utilizzati principalmente per riempire gli spazi tra l'alloggiamento e il nucleo e tra l'alloggiamento e gli avvolgimenti della bobina, svolgendo funzioni quali conduzione termica, isolamento elettrico, fissaggio e dispersione delle sollecitazioni. Poiché i motori a flusso assiale sono piatti con una superficie limitata per la dissipazione del calore, la gestione termica rappresenta una sfida importante. L'utilizzo di composti per impregnazione ad alta conduttività termica (ad esempio, con una conduttività termica di 2-3 W/m·K) è una misura importante per migliorare il raffreddamento.

Tuttavia, in termini di contributo ai costi, i materiali di incapsulamento sono molto indietro rispetto ai magneti e al nucleo, rappresentando solo una piccola frazione della distinta base complessiva del rotore.

4. Sommario: Magneti > Nucleo > Incapsulamento

Mettendo tutto insieme, la classifica dei costi per un rotore di motore a flusso assiale è chiara:

Il grado del magnete è la componente di costo più importante nel rotore di un motore a flusso assiale , rappresentando il 35-40% del costo totale del motore, superando di gran lunga il nucleo e l'incapsulamento. Ciò spiega anche perché l'industria considera i magneti sia come il 'cuore' che come il 'tallone d'Achille' dei motori a flusso assiale: essi determinano non solo il limite massimo delle prestazioni del motore, ma anche il suo costo minimo.

5. SDM: la linea di produzione flessibile consente la consegna in grandi volumi

Nell’industrializzazione dei rotori dei motori a flusso assiale, la capacità di produzione efficiente e flessibile è fondamentale.  SDM (Hangzhou Shengshideng Magnetic Materials Co., Ltd.)  – un'impresa high-tech a livello nazionale focalizzata su magneti e soluzioni magnetiche – ha creato un netto vantaggio nel campo dei rotori dei motori a flusso assiale.

Dal punto di vista della produzione,  SDM ha allestito una linea di assemblaggio flessibile nella sua fabbrica, consentendo rapidi cambi tra diversi tipi di gruppi rotorici di motori a flusso assiale . Questa capacità di produzione flessibile consente una risposta efficiente alle richieste personalizzate di produzione multivarietà e in piccoli lotti, migliorando notevolmente sia la produttività che l’agilità di consegna.

Ad oggi,  SDM ha già raggiunto la consegna in volume di diversi modelli di rotori di motori a flusso assiale . Mentre i motori a flusso assiale penetrano rapidamente in mercati da trilioni di yuan come quelli dei veicoli a nuova energia, dei robot umanoidi e dell’economia a bassa quota, il layout flessibile della linea di SDM e la comprovata esperienza nelle consegne di massa stanno costruendo un solido fossato per l’azienda in un panorama sempre più competitivo.