Bando Innodriver III Edizione Regione Lombardia: il progetto "DIMOSTRARSI"

  • Categoria: Progetti Aperti
  • Pubblicato: Lunedì, 13 Settembre 2021 15:08
  • 13 Set

Vigevano Web srl è il Centro Ricerche e Trasferimento Tecnologico (CRTT) accreditato QuESTIO individuato, insieme al Dipartimento di Ingegneria industriale e dell’informazione dell’Università di Pavia,  da COMER SRL per la realizzazione del progetto "DIMOSTRARSI: Disegni Innovativi per MOtori Senza Terre Rare A Riluttanza SIncroni" che ha previsto lo studio di motori caratterizzati da geometrie di rotore innovative, attraverso modelli costruiti all’interno di software di analisi agli elementi finiti (FEA). In particolare, durante lo studio effettuato, sono stati utilizzati i software Flux 2D e FluxMotor di Altair e il software MotorCAD prodotto da Motor Design. L’analisi si è quindi concentrata nella sua prima fase sullo studio di macchine sincrone a riluttanza (SynRM), delle quali sono state interamente progettate le geometrie di rotore.

Nello sviluppo del progetto è stato mantenuto lo statore dei motori asincroni di analoga dimensione (stessa altezza d’asse) prodotti da COMER. Lo studio si è concentrato sulle taglie ad altezza d’asse 132 e 160 (di seguito denominati rispettivamente 132K e 160L). Per quanto riguarda i primi motori studiati, l’analisi è stata effettuata su motori ad altezza d’asse 132. Lo studio è iniziato con una ricerca bibliografica inerente alle tipologie di geometrie rotoriche che garantissero le prestazioni migliori a parità degli altri parametri della macchina. In particolare, i parametri più critici nello studio dei SynRM sono il fattore di potenza (mediamente basso per le macchine a riluttanza variabile), la coppia ottenuta (non particolarmente elevata se confrontata con altre tipologie di macchina della stessa taglia) e le oscillazioni di coppia (il cosiddetto “ripple”), che per questa tipologia di motori sono elevate nel caso di accoppiamento non ottimale tra le geometrie delle cave di statore e degli intagli (detti “barriere di flusso”) presenti sul rotore.

All’atto della presentazione dell’istanza di progetto, si prevedeva l’obiettivo della realizzazione di una serie di motori sincroni caratterizzati dall’assenza di conduttori o di magneti a terre rare all’interno del rotore. L’analisi svolta ha tuttavia evidenziato come le prime geometrie analizzate, ed in particolare quelle delle macchine SynRM, presentassero evidenti limiti rispetto alle prestazioni raggiunte dai motori asincroni con le quali sono state confrontate. Nonostante il rendimento piuttosto elevato raggiunto (>89%), il ripple di coppia contenuto (<3%) e il fattore di potenza relativamente elevato (>0,80) se confrontato con macchine esistenti della stessa tipologia, la densità di coppia ottenuta dalle simulazioni è risultata essere estremamente inferiore (almeno del 20%) rispetto a quella delle macchine asincrone di pari taglia.

Anche la versione assistita da magneti permanenti (PM-SynRM) non ha garantito durante le simulazioni effettuate prestazioni sufficientemente elevate per giustificarne la produzione; inoltre, anche i costi necessari per la sua produzione sono risultati troppo elevati. Si osserva infine che le simulazioni sono state effettuate utilizzando plastomagneti in NdFeB che, nonostante un prezzo di acquisto competitivo (simile a quello delle ferriti) e prestazioni nettamente superiori a quest’ultime, utilizzano terre rare al loro interno.

Al contrario, l’utilizzo di magneti permanenti a terre rare di elevata qualità, unito all’ottimizzazione delle geometrie per ogni taglia di motore, ha permesso di massimizzare le prestazioni dei motori progettati: se confrontati con i SynRM simulati nella prima parte del progetto, a parità di densità di corrente, velocità nominale di esercizio e dimensioni, le macchine del progetto definitivo garantiscono coppie più elevate dell’80%, un fattore di potenza nettamente superiore e rendimenti che garantiscono la classe IE5.

È importante osservare che, grazie allo studio delle geometrie, che garantiscono un elevato grado di riluttanza ai motori, la quantità di magneti utilizzata per la costruzione delle macchine proposte è contenuta rispetto alle macchine sincrone a magneti permanenti tradizionali. Pertanto, sebbene ci sia stato uno scostamento rispetto agli obiettivi iniziali, si ritiene che le nuove macchine progettate siano innovative rispetto a quelle esistenti, in quanto offrono prestazioni migliorate con un ridotto quantitativo di terre rare impiegato.

Il progetto "DIMOSTRARSI" è stato ammesso a contributo da Regione Lombardia a valere sul Bando INNODRIVER‐S3‐Edizione 2019‐Misura A.