Os motores de ímã permanente (PM) de alta velocidade oferecem vantagens significativas, incluindo alta densidade de potência, eficiência e design compacto. No entanto, quando o aço não laminado é usado no rotor, as perdas por correntes parasitas podem se tornar severas, causando potencialmente a desmagnetização irreversível dos ímãs permanentes. Pesquisas demonstraram que a substituição da camisa de aço de alta condutividade por materiais compósitos de fibra de carbono de baixa condutividade reduz efetivamente as perdas no rotor, melhorando o desempenho e a confiabilidade.
Propriedades do material de fibra de carbono
A fibra de carbono é um material de alto desempenho composto por mais de 95% de carbono. Ela combina resistência mecânica excepcional, estabilidade química e propriedades elétricas, o que lhe rendeu a reputação de “Rei dos Novos Materiais”. Devido à sua importância estratégica em aplicações militares e civis e ao seu alto custo, a fibra de carbono é frequentemente chamada de “ouro negro”.
Atualmente, a maior parte da fibra de carbono é derivada da fibra de poliacrilonitrila (PAN). A conversão da fibra de PAN em fibra de carbono envolve três etapas principais:
- Pré-oxidação: As fibras de PAN são oxidadas a temperaturas abaixo de 300°C, causando desidrogenação e ciclização, formando uma estrutura resistente ao calor em preparação para a carbonização.
- Carbonização: As fibras são aquecidas a 1000–1500°C em atmosfera inerte. Átomos não carbonáceos e componentes instáveis são removidos, resultando em uma estrutura desordenada semelhante à grafite com um teor de carbono superior a 92%.
- Grafitização (para fibras de alto módulo): As fibras carbonizadas são posteriormente tratadas a temperaturas entre 2000 e 3000 °C para produzir fibras com módulo ultra-alto.
Para materiais compósitos estruturais, as matrizes são tipicamente resinas epóxi, fenólicas, poliimidas ou similares. Agentes de cura e aditivos são incorporados para garantir a reticulação adequada e a processabilidade. A temperatura de trabalho dos agentes de cura geralmente fica abaixo de 130 °C, mas pode chegar a 185 °C, dependendo do sistema de resina.
Métodos de fabricação de rotores de fibra de carbono
Os dois métodos convencionais para produzir rotores de fibra de carbono são o método de encaixe por pressão e o método de enrolamento tensão-tensão.
1. Método de encaixe por pressão
Este método baseia-se num ajuste por interferência entre o íman permanente e a manga de fibra de carbono. Durante a montagem, a deformação elástica dos materiais gera tensão compressiva nas superfícies de contacto, garantindo a estabilidade do íman permanente se o ajuste por interferência for selecionado corretamente.
As técnicas comuns de montagem por interferência incluem os métodos de ajuste por pressão, montagem a frio e ajuste a quente. No entanto, devido aos baixos coeficientes de expansão térmica tanto dos compósitos de fibra de carbono quanto dos ímãs permanentes, apenas o método de ajuste por pressão é adequado.
Fluxograma do processo de montagem por pressão:
- Os feixes de fibras são enrolados camada por camada em um molde que define o diâmetro interno da manga.
- Após atingir a espessura necessária, a manga é curada e desmoldada.
- O ímã permanente é prensado na manga usando uma prensa hidráulica.
2. Método de enrolamento por tensão
Nessa abordagem, não é necessário nenhum molde. As fibras são enroladas diretamente na superfície do ímã permanente sob tensão controlada. Após a cura, a capa de fibra de carbono impõe uma tensão de pré-compressão no ímã permanente, protegendo sua integridade estrutural.
Projeto e alinhamento de acessórios
O alinhamento preciso entre o ímã permanente e a capa de fibra de carbono é crucial. Dispositivos personalizados são frequentemente projetados para garantir o posicionamento preciso. O Hangzhou Permanent Magnet Group possui capacidade independente de projeto de dispositivos para atender aos requisitos de diversas geometrias de rotor, garantindo precisão e repetibilidade no alinhamento.
Garantia de Qualidade e Testes
Após a montagem, os rotores passam por verificações abrangentes, incluindo inspeções de tolerância de excentricidade e forma, verificação do diâmetro externo e verificações de tolerância posicional. Possuímos um conjunto completo de instrumentos de inspeção avançados e uma equipe técnica qualificada para realizar testes em produtos acabados. A colaboração com os clientes desde o início garante que os rotores atendam aos requisitos dimensionais e de desempenho precisos.
