Motores de plástico aumentarão autonomia dos carros elétricos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  07/03/2019

O motor elétrico de plástico só usa metais onde é estritamente necessário. [Imagem: Fraunhofer ICT]

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.

Circuito de refrigeração no estator. [Imagem: Fraunhofer ICT]

"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.