IDTechEx descubre que la eliminación de tierras raras impulsa la demanda de cobre en los motores de vehículos eléctricos

IDTechEx descubre que la eliminación de tierras raras impulsa la demanda de cobre en los motores de vehículos eléctricos

Los motores eléctricos son un componente central de la electrificación en el mercado automotriz. El mercado ha dependido en gran medida de las tierras raras para los imanes permanentes utilizados en estos motores, pero, como muchos sabrán, existe una tendencia a eliminar estas tierras raras debido a la volatilidad de sus precios y su impacto ambiental. Las tecnologías de motores alternativas a menudo pueden presentar una demanda nueva y mayor de cobre. Sin embargo, esta tendencia puede compensarse en cierta medida con las mejoras en la eficiencia del devanado y la utilización del cobre que se han observado en los últimos años. Independientemente, la creciente electrificación del mercado automotriz impulsará un aumento de 3,1 veces en la demanda de cobre para motores de vehículos eléctricos en 2034 en comparación con 2023.

Contenido de cobre de las tecnologías de motores eléctricos. Fuente IDTechEx

El informe de IDTechEx sobre " Demanda de cobre para automóviles 2024-2034: tendencias, utilización, pronósticos " analiza las tendencias clave en el mercado automotriz que afectarán la demanda de cobre, incluidos los componentes tradicionales como el mazo de cables y los motores eléctricos auxiliares y la tecnología emergente como los componentes de electrificación ( baterías, motores, electrónica de potencia, cables de alta tensión) y autonomía (sensores e informática). El informe considera la evolución de la tecnología y proporciona pronósticos dentro de cada uno de estos componentes para la demanda de cobre entre 2024 y 2034.

¿Dónde se utiliza el cobre?

Un motor consta de un componente estacionario (estator) y un componente giratorio (rotor). En general, el estator estará formado por una pila de acero con devanados de cobre que se utilizan para generar un campo electromagnético. Los materiales del rotor varían según la tecnología. Los motores de imanes permanentes incluyen imanes en el rotor, los motores de inducción incluyen barras de cobre o aluminio, los motores de rotor devanado incluyen más devanados de cobre y los motores de reluctancia son predominantemente de acero.

La eliminación de imanes aumenta el cobre.

Los motores de inducción han pasado de ser un motor de accionamiento popular a estar reservados principalmente para aplicaciones de accionamiento secundario. Dependiendo de si tienen un rotor de cobre o de aluminio, pueden aumentar el contenido de cobre de los motores en comparación con las opciones de imanes permanentes. El motor de rotor bobinado está demostrando ser la opción sin imanes, y el uso de devanados de cobre en el rotor aumenta significativamente el contenido de cobre del motor; algunos ejemplos presentan más del doble de cobre que un motor de imán permanente comparable. .

Existen tecnologías de motores alternativas que podrían mantener el cobre similar a los motores de imanes permanentes; por ejemplo, el rotor del motor de reluctancia es predominantemente de acero y no añade cobre ni aluminio. Sin embargo, estos tradicionalmente han tenido desafíos en materia de densidad de potencia, ruido acústico y eficiencia. Hay varias vías de mejora aquí, con varios actores trabajando en este tipo de diseño, pero aún no se ha demostrado en un automóvil eléctrico fabricado en masa. El motor de flujo axial más emergente presenta una densidad de potencia muy alta y, por lo tanto, basándose en el contenido de cobre por kW de potencia, proporciona una demanda de cobre mucho menor.

Tecnología de bobinado para reducir el cobre.

La discusión anterior se relaciona con el rotor, pero hay esfuerzos para mejorar la utilización del cobre en los devanados del estator. Tradicionalmente, estos devanados están hechos de muchos pequeños cables redondos individuales enrollados alrededor del estator. En 2021, los devanados tipo horquilla obtuvieron una participación de mercado global en vehículos eléctricos similar a la de los cables redondos y, de hecho, superaron a los alambres redondos en 2022. El devanado en horquilla implica el uso de cables cuadrados/rectangulares, lo que aumenta el factor de llenado de las ranuras y hace un mejor uso del espacio. disponible y reduciendo la cantidad de devanados de cobre adicionales que quedan colgados en cada extremo del motor. Se puede usar un factor de llenado más alto para aumentar la cantidad de masa de cobre por motor, o un llenado más efectivo puede reducir la longitud total (y por lo tanto el contenido de cobre) del motor para obtener el mismo rendimiento.

La siguiente etapa de evolución implica tener estos devanados en horquilla prebobinados para que cada barra no necesite insertarse ni soldarse individualmente. Esto mejora la capacidad de fabricación, permite más polos del estator y reduce aún más los devanados finales que sobresalen. Este proceso ha sido demostrado por empresas como Schaeffler, Lucid y BorgWarner, que tienen un concepto similar llamado "S-winding".

También existe la posibilidad de que el cobre sea reemplazado por aluminio en los devanados del estator. El aluminio tiene un rendimiento volumétrico general más pobre, lo que requiere un mayor volumen de aluminio para obtener el mismo rendimiento que el cobre. La motivación para sustituir el cobre por aluminio es que el aluminio es más ligero y menos costoso que el cobre. A pesar de esto, para la mayoría de las aplicaciones, IDTechEx espera que el cobre siga siendo el material principal del devanado del estator más allá de algunos escenarios específicos donde el rendimiento volumétrico del motor no es tan crítico.

Perspectivas para la demanda de cobre para motores de vehículos eléctricos

Si bien ha habido, y seguirá habiendo, mejoras incrementales en la eficiencia con la que se aplica el cobre dentro de un motor eléctrico, el mercado de vehículos eléctricos en rápido crecimiento crea grandes demandas nuevas de cobre en los motores de vehículos eléctricos. Esto se verá agravado en cierta medida por una mayor proporción de diseños de motores sin imanes que llegarán al mercado, con jugadores como BMW y Renault que utilizan motores de rotor bobinado y proveedores de primer nivel como ZF, MAHLE, Vitesco y otros que producen diseños de rotor bobinado. El informe de IDTechEx " Demanda de cobre para automóviles 2024-2034: tendencias, utilización, pronósticos " se basa en su informe " Motores eléctricos para vehículos eléctricos 2024-2034 " para brindar una mirada en profundidad al impacto de la tecnología de motores en la utilización del cobre, prediciendo un 3.1- La demanda de cobre para motores de vehículos eléctricos se multiplicará por 2023 y 2034. El informe también predice que tendencias como la electrificación y la autonomía impulsarán una tasa compuesta anual del 4,8% en la demanda de cobre hasta 2034 para el mercado automotriz.

Para obtener más información sobre "Demanda de cobre para automóviles 2024-2034: tendencias, utilización, pronósticos", incluidas páginas de muestra descargables, visite www.IDTechEx.com/CopperForCars .

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