Il motore a riluttanza (SynRM e PMSynRM)

Oggi, i motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) sono la tecnologia dominante per molte applicazioni, compresa la mobilità elettrica. L’alta efficienza, l’alta coppia specifica e l’ampia gamma di velocità di questi motori, hanno reso questa tecnologia popolare tra i produttori. Gli elementi più importanti dei PMSM sono i materiali dei magneti permanenti (PM), che comprendono alcune terre rare. L’elevata volatilità del prezzo delle terre rare ha indirizzato la ricerca verso macchine senza questi elementi per sostituire i PMSM ad alte prestazioni.
Il motore sincrono a riluttanza (SynRM) è una risposta a questa ricerca; questa soluzione si caratterizza non solo per la sua alta efficienza energetica ma anche per la sua affidabilità e la bassa necessità di manutenzione.

Ma cos’è un motore SynRM? I SynRM lavorano su un principio molto elegante che è noto da molto tempo, ma solo con il recente sviluppo di sofisticati sistemi di controllo è stato possibile sfruttare appieno queste macchine elettriche super efficienti.
In una SynRM, il rotore è progettato per produrre la più piccola riluttanza magnetica possibile (la resistenza al flusso di un campo magnetico) in una direzione e la più alta riluttanza nella direzione perpendicolare. Il sistema di controllo dirige il campo magnetico dello statore, in modo che “ruoti” intorno al rotore. Questo, insieme alla differente riluttanza magnetica del rotore, genera una coppia che mette in rotazione il rotore alla stessa frequenza del campo magnetico dello statore.
La tecnologia SynRM raggiunge le prestazioni del motore a magneti permanenti con una maggiore semplicità, poiché i motori SynRM non hanno componenti a base di terre rare come i magneti permanenti. Il rotore non ha né magneti né avvolgimenti e non subisce praticamente nessuna perdita di potenza.

La tecnologia SynRM offre anche temperature più basse per gli avvolgimenti dello statore e per i cuscinetti dell’albero. Queste temperature di funzionamento più basse hanno molteplici vantaggi, tra cui una maggiore durata dell’isolamento dello statore e una maggiore durata dei cuscinetti.
Inoltre, il rotore dei motori SynRM è potenzialmente meno costoso dei motori PM perché non ha bisogno di componenti costosi a base di terre rare.
La coppia media del motore SynRM è dovuta all’anisotropia del rotore che si ottiene per mezzo di un numero elevato di barriere di flusso (traferri).
Le cosiddette “costole” in direzione tangenziale e radiale sono solitamente adottate nella geometria del rotore SynRel per abbassare lo stress meccanico nel rotore e la deformazione massima al traferro dovuta alle forze centrifughe.

Magneti permanenti possono essere inseriti nelle barriere di flusso per assistere il motore sincrono a riluttanza migliorando le sue capacità ma evitando di usare magneti permanenti di terre rare. Questo tipo di motore è chiamato PMSynRM. I principali vantaggi derivanti dall’inserimento di magneti permanenti sono un aumento della densità di coppia principale e del fattore di potenza.
Un’altra versione speciale di motore SynRM è quella a rotore ibrido: il rotore è realizzato affiancando in serie due parti, quella standard SynRM e quella a magneti permanenti montati sulla circonferenza del rotore.