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Il motore a riluttanza della Model 3  

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(@zac52)
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Nelle auto elettriche vengono usati diversi tipi di motori: motori sincroni, asincroni, motori a magneti permanenti, motori ibridi (ibridi elettrici si intende, non con motori termici!).

Parliamo di questo motore a riluttanza. Tutti gli altri motori elettrici (anche quelli di Model S e X) lavorano in base al principio o forza di Lorentz (Lorentz force), cioè tramite la forza elettromagnetica. (vedi il capitolo sui motori elettrici quì nel Forum).

Nikola Tesla aveva inventato il motore a induzione, mentre prima i motori avevano tutti avvolgimenti sul rotore che richiedevano l'uso di spazzole per trasmettervi la corrente. Il vantaggio di questo tipo di motore è evidente; niente spazzole, quindi niente usura (o quasi, tranne per i cuscinetti)

Questo tipo di motore ha però anche qualche svantaggio: diminuzione dell'efficienza a condizioni di lavoro elevate.

Accanto a questa forza di Lorentz esiste anche la così detta "forza di riluttanza". Questa è qualcosa di particolare, e finora nessun altro costruttore di auto elettriche ha cercato di sfruttarla. Tesla ha sviluppato un tale motore che ha installato nella Model 3. Questa tecnica è qualcosa di assolutamente nuovo e in cima alla ricerca. (si dice che anche BMW a partire dal 2020 avrà motori simili). (Tesla è anche quì in avanti di 10 anni!)

È stato un segreto ben protetto fino all'uscita della Model 3 sul mercato.

Ma come funziona un tale motore?

Il flusso magnetico cerca sempre il percorso con la minima resistenza magnetica (così come la corrente elettrica percorre quella con la minima resistenza elettrica, come l'acqua quella con la minima resistenza allo scorrimento).

Il rotore di questo motore non richiede alcun avvolgimento, tanto meno di magneti permanenti; necessita semplicemente di materiale ferromagnetico, come p.es. quello che si trova nei trasformatori. Il problema è semmai nella geometria della costruzione.

Nello statore ci sono i soliti avvolgimenti, come li conosciamo negli altri motori.

Il problema di questi motori è la "densità di coppia". Quindi a parità di potenza sono un po' più voluminosi. Hanno però diversi vantaggi rispetto ai motori sincroni e asincroni:

 

  • -Maggior efficienza.
  • Maggior ripresa; essendo i rotori privi di avvolgimenti sono più leggeri, hanno meno inerzia
  • i rotori possono sopportare nettamente meglio il riscaldamento, visto che sono composti solo di ferro.

Siemens ha già sviluppato dei motori simili, ma per ora solo con potenze da 550 watt a 30 kw. Potenze superiori sono difficili da produrre; quelli di Tesla sono di 190 kw, 258 ps.

Ed ecco in sintesi il funzionamento:

1. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/df/Prinzip_der_Reluktanzkraft.png

La bobina crea un flusso magnetico che circola nel metallo.

Il pezzo di metallo libero verrà attirato con forza nella posizione in modo da facilitare il flusso magnetico.

2.

Lo statore ha avvolgimenti a più fasi; nel nostro caso 3 fasi, con 6 "protuberanze".

Il rotore ne ha però solo 4; questo farà sì che si allineerà con il campo magnetico prodotto da una bobina. Subito dopo però entrerà in funzione un'altra bobina, quindi il rotore non è più allineato col nuovo flusso magnetico e quindi dovrà ruotare per posizionarsi allineato col nuovo flusso magnetico.

È inoltre da notare che la corrente usata non sarà sinusoidale, ma probabilmente a onda quadra o triangolare, con accensioni successive delle bobine.

Si tratta quindi di un motore sincrono.

P.S. Pare che per aumentare la potenza siano stati aggiunto dei magneti permanenti nello statore.

 

 

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(@divh)
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Zac52 ancora una volta i superlativi sono di rigore.

Ineccepibile e chiarissimo, ho lavorato coi motori siemens a riluttanza è chiaramente rispetto ai sincroni a magneti permanenti anche il costo e l’impatto ambientale (terre rare) fa si che una volta i più Tesla ne esce alla grande (eran già partite le critiche ecologiche infatti proprio per questo).

Fantastico davvero ... si svela così l’arcano mistero! Grazie mille per questo stupendo articolo!

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(@divh)
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Piccola precisazione per quanto riguarda le terre rare.

Non sono i magneti permanenti ad esser fatti di terre rare!

Le terre rare sono usate come catalitico per il processo di fabbricazione del materiale dei magneti permanenti!

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(@glide)
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Grazie Zac interessantissimo e comprensibile!
Come sempre del resto.
Mi hai fatto venire voglia di studiare per bene tutti i tipi di motori elettrici...

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(@whitestar)
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Interessantissimo post tecnico. grazie Zac.

Io non sono un elettro-tecnico, ma così è chiaro anche per me di cosa stiamo parlando. 

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