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Oltre la tradizione: come possono i motori assiali raggiungere prestazioni più elevate con strutture più semplici?
Oggi, con il continuo progresso della tecnologia dei motori elettrici, il motore a flusso assiale è gradualmente diventato il centro dell'attenzione grazie al suo esclusivo design strutturale. Il concetto di base del motore assiale è di rendere lo spazio tra il rotore e lo statore parallelo all'asse rotante. Questo design non solo semplifica la struttura, ma migliora anche efficacemente le prestazioni complessive.
Rispetto ai tradizionali motori radiali, i motori assiali hanno superfici magnetiche e aree superficiali maggiori a parità di volume, il che è molto vantaggioso per la dissipazione del calore.
Le caratteristiche strutturali del motore assiale consentono di costruirlo su qualsiasi substrato piano, come un circuito stampato (PCB), il che semplifica l'aggiunta di bobine e cuscinetti durante il processo di produzione. Nel processo di produzione delle bobine, vengono utilizzate barre piatte di rame per avvolgimenti ad alta corrente più semplici, il che consente al motore di ridurre significativamente il peso del rotore, mentre la lunghezza più breve del percorso magnetico riduce la perdita di energia e quindi migliora l'efficienza.
In termini di progettazione, i motori assiali possono adottare design diversificati con rotori singoli o doppi, statori singoli o doppi, rendendoli più flessibili nelle applicazioni ad alta potenza. La progettazione a doppio statore e singolo rotore, sebbene più diffusa, richiede un involucro aggiuntivo per evitare perdite di ferro. Per un design a statore singolo e doppio rotore, la carcassa può essere omessa, risparmiando peso e migliorando ulteriormente l'efficienza.
L'uso di acciaio elettrico orientato a valle può facilmente aumentare il flusso magnetico del motore e migliorarne ulteriormente l'efficienza.
Questa nuova configurazione del motore non è solo un'innovazione teorica: le sue applicazioni pratiche possono essere molteplici. Nel settore automobilistico, la filiale YASA della Mercedes-Benz è specializzata nella produzione di motori elettrici assiali, utilizzati in concept car, prototipi e auto da corsa come la Jaguar C-X75 e la Koenigsegg Regera. Nel settore automobilistico, l'obiettivo di YASA è sviluppare motori elettrici in grado di raggiungere i 220 kW per chilogrammo, che rappresenteranno senza dubbio un'importante forza trainante per i futuri veicoli elettrici, nel contesto della tendenza all'alleggerimento.
Nell'aviazione, l'aereo elettrico della Jaguar Land Rover utilizza tre motori assiali. Ciò dimostra il potenziale di questo motore quando si richiede un'elevata densità di potenza e un design leggero. In futuro, si prevede che il motore YASA raggiungerà l'obiettivo di 50 kW per chilogrammo, contribuendo notevolmente allo sviluppo di velivoli elettrici.
Sebbene le scelte progettuali determinino principi di funzionamento diversi, la geometria dei motori assiali li rende particolarmente vantaggiosi per numerose applicazioni.
I motori assiali hanno dato prova di sé in numerose applicazioni diverse, utilizzando vari principi di funzionamento, come motori a corrente continua con spazzole, motori a induzione e motori passo-passo. Rispetto ai tradizionali motori radiali, i motori assiali sono solitamente più corti e più larghi, il che li rende eccellenti nei design compatti e possono essere costruiti direttamente su circuiti stampati, sfruttando appieno il cablaggio del PCB come avvolgimento dello statore.
Con l'uso diffuso di potenti magneti permanenti, l'avvento dei motori assiali ha senza dubbio migliorato la densità di potenza e l'efficienza del lavoro, riducendo al contempo la complessità strutturale. Lo sviluppo di queste tecnologie apre la strada a mezzi di trasporto ad alte prestazioni e rispettosi dell'ambiente, come le auto e gli aerei elettrici del futuro.
Attualmente, sul mercato sono disponibili una serie di motori assiali ad alte prestazioni di aziende come Emrax e Siemens, che forniscono una densità di potenza estremamente elevata. Si segnala che la densità di potenza dei motori 228 e 268 di Emrax supera i 5,00 kW/ kg.
Grazie alla comprensione e all'applicazione dei motori assiali, potremmo assistere in futuro a ulteriori innovazioni e progressi. Questi motori possono non solo migliorare le prestazioni di potenza, ma anche promuovere lo sviluppo di più campi. Che tipo di sorprese ci porterà la tecnologia futura?
