Motori elettrici ad alta efficienza e con densità di potenza elevata privi di materiali delle terre rare
La fornitura globale di questi materiali si basa principalmente sulle esportazioni della Cina, inoltre non possono essere forniti volumi adeguati a un costo competitivo. In futuro, la disponibilità e il prezzo dei magneti composti da materiali delle terre rare rimarranno delle questioni preoccupanti. Molti esperti prevedono un deficit di approvvigionamento di alcuni metalli delle terre rare, giacché si attende che la domanda superi la capacità di produzione di questi elementi. Il progetto VENUS (Switched/synchronous reluctance magnet-free motors for electric vehicles), finanziato dall’UE, è nato con l’obiettivo di sviluppare un sistema di azionamento elettrico per veicoli elettrici privo di materiali con magneti rari, in grado di soddisfare l’efficienza dei veicoli e le relative prestazioni di densità di potenza, essendo al tempo stesso adattabile alla produzione di massa. Il lavoro è iniziato con la progettazione di un prototipo di motore caratterizzato da un’originale configurazione elettromagnetica. Il design meccanico differisce dalle convenzionali macchine con flusso radiale. Per questo motivo, i partner del progetto hanno sviluppato specifici strumenti di progettazione e calcolo elettromagnetico, e avanzati modelli termici. È stata sviluppata anche la relativa elettronica di potenza. Queste innovazioni includono un nuovo inverter composto da scheda di controllo, scheda interfaccia, scheda driver, dispositivo a semiconduttore, sistema di raffreddamento, condensatori DC-Link e alloggiamento in alluminio. Per il sistema di controllo, è stato realizzato un modello di macchina a riluttanza commutata con collegamento a flusso non lineare. Con il design pronto, il team del progetto VENUS ha fabbricato i componenti. L’assemblaggio integrale del motore è stato poi testato e integrato in un furgone elettrico. La densità di potenza raggiunta dai ricercatori è superiore del 10 % rispetto ai motori di riferimento senza magneti permanenti e installati su veicoli a bassa potenza con due, tre e quattro ruote. Si calcola inoltre che l’inverter sia in grado di fornire la massima potenza per litro disponibile sul mercato: 19 kW/l (320 kW per 16,8 l). Al fine di sfruttare il motore, è stata effettuata un’analisi completa per l’industrializzazione, tra cui una valutazione di costi, processi produttivi e investimenti necessari. Il progetto VENUS ha sviluppato un motore in grado fornire prestazioni simili a quelle standard, a un prezzo competitivo e con dimensioni ridotte. L’assenza di magneti contenenti elementi delle terre rare nel motore implica che non si verificherà alcuna carenza di approvvigionamento per i componenti chiave, durante la produzione di massa.
Parole chiave
Materiali delle terre rare, veicoli elettrici, magneti permanenti, VENUS, motori privi di magneti