Il design del motore è un lavoro di iterazione finalizzato a raggiungere la miglior configurazione che soddisfi i requisiti di progetto, possibile in gran parte grazie all’esperienza. Per rendere il testo più scorrevole, sono state rappresentate le fasi principali.

Dati di input del cliente:

Il lavoro parte dalla ricerca del lamierino statorico adeguato, considerando i dati di partenza comunicati dal cliente espressi nella tabella sopra. Questa prima operazione è un trade-off tra il poter utilizzare un lamierino già disponibile e quindi più economico, oppure realizzarne uno custom, più costoso.

Trovato il lamierino corretto, viene riportato nel programma il disegno dello statore e in base alle nostre conosce si accoppia il rotore adatto. Nel programma viene poi inserita la struttura del motore (housing) con il rispettivo sistema di raffreddamento, albero, cuscinetti etc. Viene disegnato il rotore: le caratteristiche geometriche e il disegno di barra. A seguire viene costruita la cava statorica, dove si riportano i dati dell’avvolgimento: n° di spire, passo, diametro filo etc.

Inserite le geometrie del motore, si lanciano le simulazioni con il metodo degli Elementi finiti atte alla caratterizzazione del circuito equivalente a vuoto (no load) e a rotore bloccato (locked rotor)  che descrivono le caratteristiche elettromagnetiche del motore.

I risultati ci suggeriscono il corretto funzionamento del motore abbozzato. In caso di risultati non soddisfacenti, si modificando i dati iniziali in base al know-how e criteri definiti dall’esperienza  e teoria che portano a raggiungere il miglior risultato: per esempio il tipo di lamierino, la  forma della cava etc.

Ottenuta la configurazione di base, si analizza il motore nell’intorno dei punti di lavoro richiesto espressamente dal cliente, in questo caso: 24.000rpm:

Si passa poi all’analisi del flusso magnetico all’interno del motore. Entrambi i grafici vanno a determinare i punti di inefficienza e quindi di possibile riscaldamento. Si cerca quindi di avere le linee  del flusso continue, mentre per la densità si sfrutta al massimo le capacità del materiale senza superare il suoi valori limiti per non creare creare delle inefficienze locali che potrebbero innescare un malfunzionamento: vibrazioni, rumorosità, calore etc.

 Un capito molto importante è poi l’analisi delle ARMONICHE, al fine di cercare eventuali armoniche che vanno ad interferire con il funzionamento del motore. Le armoniche che non contribuiscono a creare coppia, generando altresì calore, rumore e vibrazioni, sono quelle di 3° ordine e i suoi multipli (6,9 etc..).

Per il motore in oggetto, con le prima simulazioni si avevano dei valori importanti di armoniche di terzo ordine e multipli. Facendo una serie di modifiche ai parametri costruttivi in base all’esperienza e know-how, si è visto che modificando il numero di barre rotoriche  si ottiene un netto miglioramento delle armoniche.

Si nota nella seconda immagine la quasi eliminazione delle armoniche di terzo ordine e multipli, e un aumento del valore dell’armonica di primo ordine: da un valore di 1 a 1,4, che è un indice di miglioramento delle performance essendo questa l’armonica direttamente collegata alle prestazioni del motore.

Ottimizzate le armoniche e verificate le prestazioni, si fa un’ultima simulazione di mappatura generale del motore, che determina:

• Caratteristiche del motore all’avviamento
• Punto ottimale di lavoro
• Break down torque

Come output si ottiene la curva di coppia, potenza e tensione in funzione della frequenza:

Una volta che tutti i dati sono verificati, si è in grado di realizzare la scheda tecnica per verifica del cliente, con i parametri utili all’azionamento con inverter.

Una volta confermate le specifiche, si hanno tutti i dati per la realizzazione del primo motore campione.

NOTA FINALE: in parallelo all’analisi delle performance, si realizza il dimensionamento termico così da aver poi le reali condizioni termiche di utilizzo, da utilizzare per determinare i dati reali di funzionamento.