Nella produzione di bobine, il filo utilizzato svolge un ruolo centrale. Sebbene il rame sia senza dubbio il materiale conduttore più comunemente utilizzato, soprattutto per i progetti di bobine specifiche per i clienti, vale la pena di testare anche fili alternativi per le bobine, a seconda dell'applicazione.
In questo articolo ci concentriamo sull'ampia gamma di materiali disponibili per gli avvolgimenti delle bobine. Ogni materiale presenta proprietà diverse che influenzano il peso, la resistenza, la flessibilità, la conducibilità termica/elettrica e, naturalmente, il costo di produzione delle bobine.
Il rame è il più comune dei fili elettricamente conduttivi ed è il più utilizzato per le bobine dei solenoidi. Ha una bassa resistenza elettrica e permette alla corrente di fluire facilmente. In termini di conduttività, è superato solo dall'argento, a parte i superconduttori. L'alluminio è al quarto posto nella classifica della conduttività, dietro all'oro.
Un fattore importante per l'utilizzo del rame è che può essere configurato e modellato per creare qualsiasi tipo di bobina. Tra l'altro, il rame non è solo conosciuto come il materiale più comune per i fili delle bobine, ma è anche utilizzato nella produzione di circuiti stampati.
Se si sceglie l'alluminio per la produzione di bobine, di solito è per ragioni di peso o di costo. Il prezzo dell'alluminio è spesso notevolmente inferiore a quello del rame. L'alluminio è molto resistente, morbido e quindi facile da modellare. Ha un'elevata conduttività per il calore e la corrente elettrica (ma sotto questo aspetto è molto peggiore del rame). Se esposto all'aria, il metallo di base si ricopre di un sottile strato di ossido trasparente che protegge il metallo sottostante da ulteriore corrosione. La sua leggerezza consente un'accelerazione efficiente delle parti mobili, migliorando le prestazioni.
L'uso di fili di alluminio migliora la qualità del suono degli altoparlanti e delle bobine mobili. Uno svantaggio dell'alluminio è rappresentato dalle limitate possibilità di contatto. A parte la saldatura laser, non sono possibili altri processi di saldatura. Di conseguenza, è necessario ricorrere a metodi meccanici come i contatti a spostamento di isolamento, la crimpatura o l'incollaggio.
L'argento è uno dei metalli conduttori più comuni. Ha la più alta conducibilità elettrica di tutti i metalli. Il motivo per cui l'argento non viene utilizzato più spesso del rame nella produzione di bobine è che è meno abbondante e di conseguenza più costoso. Inoltre, è suscettibile all'ossidazione.
L'oro
L'oro è duttile e malleabile, il che lo rende più facile da formare in fili. È un metallo morbido e può essere configurato per piccoli circuiti elettronici e bobine. Poiché l'oro non reagisce facilmente con altri elementi ed è resistente alla corrosione e all'appannamento, è un eccellente materiale conduttore per la produzione di bobine. Ciò è ancora più vero per il contatto con i componenti circostanti, grazie alla sua bassissima resistenza di contatto. Lo svantaggio è, come si può intuire, il costo elevato e la disponibilità limitata dell'oro. Da un punto di vista meccanico, bisogna tenere conto anche del peso elevato: l'oro è uno dei metalli più pesanti in assoluto.
Come alternativa più comune al filo di rame o di alluminio, una combinazione di questi metalli si è affermata per la produzione di bobine. L'alluminio rivestito di rame, noto come filo CCA, è più leggero del filo di rame puro grazie alla sua bassa densità. Tuttavia, la resistenza alla trazione del filo CCA è inferiore a quella del filo di rame puro. Inoltre, possono verificarsi errori di trasmissione nella costruzione. Il CCA è realizzato incollando uno strato di rame puro a un'anima di alluminio. Quando viene trafilato, il CCA contiene naturalmente meno rame rispetto al filo di rame puro, ma offre quasi la stessa conduttività, solo che la resistenza è leggermente superiore. Come è possibile? È dovuto a un fenomeno elettrico chiamato "effetto pelle". L'effetto pelle è la tendenza della corrente alternata ad alta frequenza a distribuirsi nel conduttore, in modo che la densità di corrente sia maggiore vicino alla superficie del conduttore (o pelle). Poiché l'effetto pelle si verifica solo alle alte frequenze, il filo CCA è particolarmente adatto per queste applicazioni. Per la produzione di prodotti per l'avvolgimento, il filo CCA è altrettanto importante grazie alla combinazione del vantaggio del peso (alluminio) con la buona saldabilità del rame.
Tra le numerose leghe di rame disponibili, alcune svolgono un ruolo importante nella produzione di bobine. Le cosiddette "leghe ad alta resistenza" sono utilizzate principalmente per la loro maggiore resistenza alla rottura rispetto al rame puro. Presentano inoltre valori più elevati di tensione di trazione e di allungamento. I fili HTW e XHTW del fornitore Elektrisola possono essere un'opzione interessante soprattutto per applicazioni come altoparlanti, cuffie, motori a vibrazione o micromotori, nonché nell'industria aerospaziale o nell'elettronica di consumo in generale.
I fili realizzati con i seguenti materiali sono raramente utilizzati nella produzione di bobine:
Il filo di carbonio è più economico da produrre e sopprime le interferenze a radiofrequenza (RFI) e le interferenze elettromagnetiche (EMI). Viene utilizzato nella costruzione di veicoli e come filo di ricambio.
La manganina è una lega composta da rame, manganese e nichel. La manganina, chiamata anche costantina, presenta una variazione di resistenza molto bassa con le fluttuazioni di temperatura, è molto resistente alla corrosione termica e ha un'elevata stabilità a lungo termine.
Il titanio ha buone proprietà meccaniche e fisiche. È resistente agli acidi e facile da configurare, fabbricare e saldare. La resistenza alla corrosione del filo di titanio lo ha reso uno dei componenti principali dell'industria aerospaziale, chimica e medica.
Il filo di nichel-cromo è composto da nichel, cromo e ferro. È tenace e resistente all'ossidazione e presenta una buona duttilità e saldabilità. I diversi tipi di nichelcromo hanno una designazione numerica che indica la quantità di nichel contenuta. I tipi di nichelcromo sono: nichelcromo 20, 30, 40, 60, 70 e 80. La temperatura di esercizio del nichelcromo varia tra 1050° C e 1180° C.
Il kanthal è una lega di ferro-cromo-alluminio (FeCrAl) ed è utilizzato nelle applicazioni a resistenza e ad alta temperatura. Forma uno strato protettivo di ossido di alluminio che funge sia da conduttore di calore che da isolante. Il kanthal ha una temperatura di fusione estremamente alta, pari a 1425° C.
Il filo di nichel si riscalda rapidamente e ha una resistenza molto bassa. Purtroppo, il filo di nichel si scioglie facilmente alle alte temperature e può quindi essere utilizzato solo in applicazioni a temperatura controllata.
Il rame è e rimane il materiale più comune nella produzione di bobine, ma a seconda dell'uso previsto, delle prestazioni richieste o del prezzo target, vale la pena di testare anche materiali alternativi per i fili. Negli ultimi anni, in particolare, l'alluminio o l'alluminio rivestito di rame (filo CCA) si sono affermati come opzioni diffuse per la produzione di bobine.