Motore sincrono a riluttanza: una soluzione senza terre rare per VE

Il Gruppo di Ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell’Informazione e di Economia dell’Università de L’Aquila lavora da molti anni nel campo della progettazione, prototipazione e collaudo di motori innovativi per applicazioni automobilistiche. È stato recentemente coinvolto in un progetto europeo H2020-GV incentrato a contribuire ad evitare l’uso di magneti in terre rare attraverso lo sviluppo di una prossima generazione di trasmissioni elettriche, assicurando la fattibilità industriale per la produzione di massa, al contempo prestando attenzione al basso costo delle tecnologie produttive.

L’impatto del motore a combustione interna sull’ambiente ha condotto agli sforzi per sostituirlo con sistemi di propulsione alternativi e tra questi il motore elettrico è diventato il candidato principale. Il mercato delle auto elettriche è in forte espansione e nei prossimi vent’anni è atteso un aumento nelle vendite di veicoli elettrici (VE) che dovrebbe superare quello delle auto tradizionali con MCI, come mostrato in Figura 1.

Le nuove tecnologie per lo stoccaggio di energia e le catene cinematiche giocano un ruolo critico nello sviluppo del mercato dei veicoli elettrici. A livello di motore, componenti chiave ed elementi innovativi devono essere integrati negli attuali progetti di motori. Recenti progressi nei materiali, nell’elettronica di potenza e nei sistemi di controllo hanno contribuito alle nuove catene cinematiche performanti e ad elevata efficienza energetica che adottano tecnologie dei motori innovative.

Le caratteristiche di base di un motore elettrico per VE

I requisiti dei motori elettrici per VE sono differenti da quelli convenzionali utilizzati nelle applicazioni industriali. Le specifiche più impegnative sono una dimensione ridotta ed elevata efficienza in una gamma di velocità estesa. Per un buon sovraccarico e una capacità di gamma di velocità estesa, la macchina è generalmente raffreddata ad acqua con una camicia d’acqua attorno al nucleo dello statore.

Le caratteristiche fondamentali di un motore elettrico sono le seguenti:
• potenza specifica e coppia specifica elevate;
• gamma di velocità molto ampia;
• elevata efficienza su ampie gamme di coppia e velocità;
• ampia capacità operativa a potenza costante;
• elevata affidabilità e robustezza per l’ambiente dei veicoli;
• costo ragionevole.

Dal momento che il VE opera su una vasta gamma di coppia-velocità in varie condizioni di guida, la progettazione del motore dovrebbe essere mirata ad ottenere un risparmio di energia complessivo su un ciclo di guida del veicolo (per esempio, WLTP, NEDC, UDDS).

Ci sono molte richieste di sviluppo di sistemi di propulsione con elevata densità di potenza, alta efficienza e basso costo. La ricerca in questo campo è stata intensa negli ultimi anni passati e sono stati studiati e proposti differenti tipi di macchine elettriche.

La stragrande maggioranza di soluzioni motoristiche si basa sulla tecnologia dei magneti permanenti che utilizzano magneti in terre rare. La Tabella 1 riassume i veicoli elettrici esistenti nei mercati europei & US, specificando la soluzione tecnologica per i motori di trazione.

 

 

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Source: Stampi
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