venerdì 13 novembre 2009
Il motore è dimensionato per lavorare con un flusso di 1,7 T nei nuclei e nelle teste polari. Le perdite del lamierino non vanno ad influenzare la resa finale del motore, che anche lavorando al limite della saturazione risulta essere superiore al 90%, resa misurata facendo il rapporto fra l’energia meccanica disponibile sull’asse, e l’energia elettrica in ingresso prima dell’inverter.
I magneti utilizzati sono al neodimio, che mantenendo invariata la loro rimanenza fino a 150 °C riescono ad avere un flusso di circa 1,42 T. Per poter portare i nuclei a 1,7 T concentrando il flusso dei magneti, si hanno a disposizione due soluzioni, una di queste due è quella di aumentare la superficie del magnete. Per fare ciò si è però costretti ad aumentare significativamente anche la superficie di appoggio del magnete dovendo aumentare la dimensione e quindi il diametro del motore. Di conseguenza si va ad aumentare il peso ed il volume del motore a scapito del rapporto peso potenza. Per ovviare a ciò abbiamo progettato dei magneti a sezione circolare (spicchio di torta), così facendo abbiamo sottratto ferro al motore sostituendolo con il magnete che è quindi aumentato in termini di volume e superficie presentando una forza di attrazione assai maggiore. Utilizzando questa soluzione abbiamo potuto alleggerire il motore in termini di quantità di ferro lasciando invariato il diametro e potendo però portare i nuclei a 1,7 T.
Anche le bobine sono state modificate rispetto a quelle utilizzate da Flynn e a quelle derivate dai modelli statici. La bobina deve generare un flusso di 1,7 T e per fare ciò va dimensionata in modo completamente diverso dai motori di Flynn. Deve essere molto più grande e la cosa fondamentale è che deve generare un flusso pari a quello dei magneti. Anche i Kg di tiro della bobina devono essere gli stessi di quelli del magnete, questo per rispettare il principio spiegato sopra. Il nucleo della bobina è stato modificato in modo da risultare più voluminoso sia come spessore, sia come spazio per alloggiare il filo, inoltre lo spessore finale dell’avvolgimento di filo deve avere uno spessore pari a quello del nucleo dove è avvolto. Infine per facilitare la costruzione e rendere la bobina avvolgibile con le bobinatrici da trasformatore abbiamo fatto il nucleo ferromagnetico completamente dritto come quello di un trasformatore classico. Ciò rende ancora più semplice la costruzione del motore, lasciando inoltre inalterate le prestazioni. Per diminuire il coefficiente di ingombro dell’avvolgimento delle bobine, abbiamo preferito usare una piattina piuttosto che un classico filo tondo, questo ci permette di avere meno aria nell’avvolgimento e di aumentare quindi la quantità di rame del solenoide, facendo aumentare significativamente la resa della bobina e il flusso a disposizione. Se infatti l’avvolgimento fosse stato un blocco unico di rame sarebbe pesato circa 310 gr, utilizzando un filo tondo siamo arrivati a circa 230 gr, con la piattina a circa 290 gr.
Un altro problema non affrontato da Flynn è il flusso magnetico che fuoriesce inevitabilmente dalle teste polari statoriche esterne al motore. Utilizzando delle flange in alluminio si vanno a creare delle correnti parassite che oltre a dissipare potenza utile, mandano letteralmente a fuoco le flange. Questo perché la flangia deve poggiare per forza sulle teste polari esterne per dare robustezza al motore stesso e dissiparne il calore, cosa però non possibile visto il calore generato dalle stesse flange. Ciò oltre a dare problemi di calore, fa diminuire anche la resa di parecchi punti percentuale, perché il calore, generato dal cortocircuito delle correnti parassite nelle flange, va a sottrarre potenza al motore. Per risolvere questo problema, senza dover ricorrere all’acciaio inox 316 (amagnetico), che presenta un costo di produzione elevatissimo specie per flange di elevato diametro, abbiamo scelto di utilizzare flange in grafite sinterizzata. La grafite sinterizzata ha la caratteristica di pesare molto poco, ancor meno dell’alluminio e di presentare una resistenza alla compressione elevatissima, si parla di circa 1 tonnellata a cm3. Abbiamo così sviluppato una flangia dove le forze distribuite, siano prevalentemente di compressione. La grafite ha inoltre un costo molto basso, poco più dell’alluminio comprandolo da privati quindi non all’ingrosso, è completamente amagnetico, riesce a dissipare molto bene il calore, grazie alla sua struttura cristallina smorza ogni tipo di vibrazione e rumore, conferendo all’MK12 silenziosità e basso contenuto di vibrazioni. Questo materiale è inoltre ecologico, in quanto è carbonio puro, e quindi non necessita di processi industriali di estrazione come per la bauxite.
La trovata della grafite ci ha permesso di migliorare ancora di più le prestazioni finali del motore, potendogli così associare la definizione di motore perfetto, dove la resa costante, la coppia, il rapporto peso potenza, il basso costo dei materiali e della realizzazione sono le sue armi vincenti, dove nessun motore di pari prestazioni può competere.
Per ora stiamo sviluppando un prototipo monostadio da 2 KW per testarne le prestazioni, il prototipo gemello a questo sviluppato seguendo i disegni di Flynn aveva una potenza di circa 380 W. Successivamente svilupperemo il tristadio da 6 KW, il motore trifase che risolve i problemi di spunto.
