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Motore elettrico sincrono a riluttanza, senza magneti permanenti: innovazione sostenibile dal punto di vista economico ed ambientale

I motori sincroni a riluttanza, tipologia di motore elettrico senza magneti permanenti, furono inizialmente sviluppati negli anni ‘20 del XX secolo da J.K. Kosko, ma non furono in grado di esprimere tutte le loro potenzialità fino all’avvento dell’elettronica di controllo usata negli azionamenti a velocità variabile.

Finalmente, nel corso degli anni ’70 lo sviluppo degli azionamenti a velocità variabile fece riemergere questi motori dall’oblio. Essi hanno la capacità di esprimere un’efficienza maggiore dei motori ad induzione della stessa taglia.

L’enfasi che i vari governi hanno posto sull’innalzamento dei livelli di efficienza costituisce uno stimolo per i costruttori di motori allo sviluppo di questa nuova tecnologia.

COS’È UN MOTORE SINCRONO A RILUTTANZA

Il motore elettrico senza magneti permanenti, ha una struttura molto simile a quella dei motori tri fase a induzione o brushless. Housing, pacco statorico e avvolgimento sono sostanzialmente identici a quelli di un motore asincrono tradizionale, mentre il rotore ha una geometria ottimizzata per massimizzare la generazione di coppia di riluttanza.

COM’È FATTO IL ROTORE DI UN MOTORE SINCRONO A RILUTTANZA

Il rotore del motore sincrono a riluttanza è di fatto costituito da lamierini in materiale ferromagnetico dolce (Ferro-Silicio), tranciati e poi impaccati con tecnologia Backlack o, dove le geometrie lo consentono, mediante tiranti.

Non c’è la gabbia di scoiattolo > Non c’è pressofusione

Non ci sono magneti permanenti > Non ci sono i relativi problemi di reperibilità e costo del materiale, di assemblaggio, di bandaggio.

ALTRI VANTAGGI DI UN MOTORE ELETTRICO SENZA MAGNETI

  • L’assenza della gabbia di scoiattolo riduce la massa e l’inerzia del rotore, così da ottenere un motore con più alta densità di coppia e migliore risposta dinamica rispetto ad un motore asincrono tradizionale
  • Inoltre, risultano fortemente ridotte le perdite di rotore (sono infatti assenti quelle per Effetto Joule!); il motore si scalda di meno, è più efficiente ed ha una durata superiore
  • L’assenza della gabbia di scoiattolo e dei magneti permanenti, oltre ai vantaggi riportati nella slide precedente, di fatto riduce il numero delle parti costituenti il rotore che quindi risulta statisticamente più robusto

CONFRONTO CON ALTRE TIPOLOGIE DI MOTORE ELETTRICO

I successivi confronti considerano i dati riportati nei cataloghi di alcuni produttori di motori elettrici, focalizzando l’attenzione sull’intervallo di potenze rese da 0.18 kW a 11 kW

Efficienza vs Potenza resa

Motore elettrico senza magneti

Note:

  1. Questi motori impiegano magneti a base di Terre Rare (Samario-Cobalto o Neodimio-Ferro-Boro)!
  2. Questi motori presentano classe di efficienza superiore rispetto ad un motore ad induzione con le stesse potenze e dimensioni
  3. Questi motori presentano dimensioni inferiori rispetto ad un motore ad induzione di pari potenza e classe di efficienza

Dimensioni vs Potenza resa

Motore elettrico senza magneti

Note:

  1. Questi motori impiegano magneti a base di Terre Rare (Samario-Cobalto o Neodimio-Ferro-Boro)!
  2. Questi motori presentano classe di efficienza superiore rispetto ad un motore ad induzione con le stesse potenze e dimensioni
  3. Questi motori presentano dimensioni inferiori rispetto ad un motore ad induzione di pari potenza e classe di efficienza

Massa vs Potenza resa

Motore elettrico senza magneti

Note:

  1. Questi motori impiegano magneti a base di Terre Rare (Samario-Cobalto o Neodimio-Ferro-Boro)!
  2. Questi motori presentano classe di efficienza superiore rispetto ad un motore ad induzione con le stesse potenze e dimensioni
  3. Questi motori presentano dimensioni inferiori rispetto ad un motore ad induzione di pari potenza e classe di efficienza

DOVE È POSSIBILE IMPIEGARE I MOTORI SINCRONI A RILUTTANZA

  • In sostituzione di motori asincroni o di motori brushless a magneti permanenti
  • In applicazioni a velocità variabile e coppia resistente quadratica come pompe, ventilatori, compressori
  • In applicazioni a velocità variabile e coppia resistente costante come nastri trasportatori, miscelatori, bobinatrici

I motori sincroni a riluttanza sono alimentati tramite inverter (a bordo macchina oppure in quadro a seconda delle dimensioni e dell’applicazioni) e possono essere controllati anche in modalità sensorless.

Il controllo in assenza di retroazione da encoder risulta efficace anche alle basse velocità.

Il controllo ad indebolimento di campo consente il funzionamento dei motori sincroni a riluttanza anche a velocità elevate.

  • I motori sincroni a riluttanza sono quindi impiegabili anche negli elettro-mandrini e nella trazione elettrica.

COSA PROPONE SPIN RELATIVAMENTE A QUESTO SETTORE

Spin si occupa della realizzazione, prototipazione, progettazione, definizione processo di ingegnerizzazione di motori elettrici utilizzando software di calcolo professionale da ormai venti anni ed affianca i propri clienti con un percorso di consulenza tagliato su misura in base alle loro esigenze.

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