I manicotti in fibra di carbonio, come tipologia chiave di manicotti rotorici per motori ad alta velocità, vengono adottati con sempre maggiore frequenza. Tuttavia, persistono ancora alcuni equivoci sulla loro applicazione. Questo articolo si propone di chiarire questi equivoci e di fornire una comprensione più accurata del loro utilizzo.
Tabella: Errori comuni e interpretazioni corrette delle maniche in fibra di carbonio nelle applicazioni dei motori ad alta velocità
| Malinteso | Comprensione corretta |
| ① Credendo che la tensione dell’avvolgimento fornisca direttamente la forza di interferenza finale per i magneti permanenti sul rotore del motore | I manicotti in fibra di carbonio sono costituiti principalmente da filamenti di carbonio e da una matrice di resina. Nell’avvolgimento a umido, i filamenti di carbonio aderiscono alla superficie dell’albero sotto elevata tensione insieme alla matrice di resina, ma non sono completamente polimerizzati in questa fase. Durante la polimerizzazione, l’aumento di temperatura provoca l’espansione termica dell’albero, dei filamenti e della resina, con conseguente perdita parziale della tensione di avvolgimento. Nell’avvolgimento a secco, la polimerizzazione è più rapida e meno influenzata dalla dilatazione termica, quindi la perdita di tensione è relativamente minore, ma la tensione di avvolgimento non può ancora essere considerata la forza di interferenza finale sui magneti. |
| ② Credendo che le dimensioni del manicotto siano determinate direttamente dal mandrino utilizzato nella polimerizzazione | Nell’avvolgimento a umido, le fibre di carbonio vengono fissate sulla superficie del mandrino dalla resina, ma non completamente polimerizzate. Durante il processo di riscaldamento e polimerizzazione, il mandrino si espande. Dopo il raffreddamento, le dimensioni del manicotto vengono stabilite, mentre il mandrino si restringe. Pertanto, le dimensioni finali del manicotto devono tenere conto dell’espansione e della contrazione termica del mandrino. |
| ③ Ritenendo che le prestazioni dei soli filamenti di carbonio possano essere utilizzate come standard di progettazione per la manica | Poiché i manicotti in fibra di carbonio sono composti sia da filamenti che da resina, non è sufficiente utilizzare le sole proprietà dei filamenti come base di progettazione. Come riferimento progettuale, si dovrebbero invece utilizzare i parametri prestazionali misurati tramite prove di resistenza alla trazione anulare NOL (GB/T1458-2008) o prove su piastra, poiché riflettono meglio le prestazioni effettive del manicotto in applicazione. |
| ④ Credendo che selezionare il grado più elevato di fibra di carbonio sia sempre la soluzione migliore per la progettazione del rotore | Il grado di fibra di carbonio adatto per il rotore di un motore ad alta velocità dipende principalmente dalle condizioni operative del rotore (ad esempio, velocità di rotazione, velocità lineare). La funzione principale del manicotto è quella di prevenire guasti al magnete causati dalle forze centrifughe. Purché vengano mantenuti margini di sicurezza, è più ragionevole selezionare un grado di fibra di carbonio appropriato piuttosto che il grado più elevato. La scelta di gradi inutilmente elevati aumenta i costi, ostacola la produzione di massa e si traduce in inefficienza progettuale e costi gonfiati. |
| ⑤ Ritenendo che la resistenza termica non debba essere considerata nella fase di progettazione | Come accennato, i manicotti in fibra di carbonio fanno affidamento in larga misura sulla matrice di resina, che è sensibile alla temperatura. Oltre certi limiti, le prestazioni dei manicotti possono degradarsi e, in casi gravi, possono causare guasti al rotore. Pertanto, la selezione della resina deve essere basata sulla temperatura di esercizio prevista per il rotore. Le matrici di resina attualmente disponibili, tra cui resina epossidica, PEEK e altre, resistono in genere a temperature comprese tra ~100 °C e oltre 200 °C. |
