1.1.1. Il progetto “motoruota”………1

Capitolo 1 Analisi preliminare

1.1. Introduzione……….1

1.1.1. Il progetto “motoruota”………1

1.1.2. Obiettivi della tesi………2

1.2. Layout meccanico del sistema……….3

1.2.1. Trasmissione ad asse cavo………...3

1.2.2. Applicazione al caso in esame……….6

1.2.3. Vincoli geometrici………...7

1.3. Parametri di progetto………9

1.3.1. Carro di riferimento……….9

1.3.2. Specifiche iniziali………..10

1.4. Calcolo delle resistenze al moto………12

1.4.1. Resistenza della coppia ruota-rotaia………..12

1.4.2. Resistenza della coppia perno-cuscinetto………..13

1.4.3. Resistenza dell’aria………14

1.4.4. Resistenza dovuta alla gravità………....15

1.4.5. Resistenza dovuta alle curve………..17

1.4.6. Resistenza totale all’avanzamento……….18

1.5. Forza di trazione all’avviamento e caratteristica meccanica ideale…………...19

Capitolo 2 Influenza dei parametri elettrici sulle curve caratteristiche della macchina 2.1. Descrizione del modello adottato………...23

2.1.1. Macchina sincrona a magneti permanenti………..23

2.1.2. Ipotesi di base……….23

2.1.3. Espressione della tensione di fase………...24

2.1.4. Espressione della potenza………...25

2.2. Capacità di potenza a bassa velocità………...26

2.2.1. Angolo ottimo di corrente………...26

2.2.2. Potenza massima a velocità nominale……….27

2.3. Limite imposto alla tensione………...27

2.3.1. Curve limite ad x

costante………28

2.3.2. Costruzione della curva di capacità di potenza………...30

2.3.3. Effetto della variazione dei parametri sulle curve caratteristiche……...36

2.4. Criterio per l’ottenimento di un ampio campo di velocità………..38

2.5. Curve caratteristiche di configurazioni intermedie……….40

2.6. Utilizzo al di sotto della curva di capacità di potenza……….42

2.6.1. Corrente minima di funzionamento……….42

2.6.2. Costruzione delle curve di corrente minima e dei valori di γ ad essa associati………..43

2.7. Capacità di potenza dei motori di tipo isotropo………...46

Capitolo 3 Dimensionamento della macchina a flusso radiale 3.1. Criterio di dimensionamento………....49

3.1.1. Algoritmo di progettazione………..49

3.1.2. Ipotesi semplificative………...49

3.2. Specifiche preliminari………..50

3.2.1. Scelta del numero di poli e cave………..50

3.2.2. Ottimizzazione del diametro………53

3.3. Tensione e frequenza di alimentazione………56

3.4. Dimensionamento dei magneti permanenti……….58

3.5. Principali grandezze della macchina………...61

3.5.1. Dimensioni geometriche……….61

3.5.2. Densità lineare di corrente e pressione superficiale………....63

3.6. Dimensionamento del circuito magnetico………...64

3.7. Dimensionamento degli avvolgimenti statorici………...66

3.8. Dimensionamento delle cave di statore………...69

3.9. Volumi delle parti attive………..71

3.10. Parametri elettrici della macchina………...72

3.11. Valutazione delle perdite e del rendimento……….74

3.12. Reazione d’armatura………...75

3.13. Modello termico della macchina………...76

3.13.1. Ipotesi semplificative………...77

3.13.2. Modello termico della carcassa………...77

3.13.3. Modello termico del giogo di statore………...78

3.13.4. Modello termico dei denti di statore………....80

3.13.5. Modello termico degli avvolgimenti………...82

3.13.6. Modello termico del traferro………...83

3.13.7. Modello termico delle testate degli avvolgimenti………...85

3.13.8. Modello termico della testata della macchina………...86

3.13.9. Modello termico del rotore………..88

3.13.10. Modello termico dell’albero………....89

3.13.11. Rete equivalente………..90

Capitolo 4 Rassegna di macchine a flusso assiale 4.1. Principali vantaggi della tipologia a flusso assiale………..94

4.2. Macchine a magneti superficiali………..96

4.2.1. Macchina “single stage”………..96

4.2.2. Macchina “TORUS-NS”……….97

4.2.3. Macchina “TORUS-S”………..100

4.2.4. Macchine “AFIR”………..102

4.2.5. Macchine “multi stage”………..104

4.3. Cenni su altre configurazioni………..106

Capitolo 5 Dimensionamento della macchina a flusso assiale 5.1. Ipotesi semplificative………..108

5.2. Specifiche preliminari……….108

5.3. Tensione e frequenza di alimentazione………...110

5.4. Dimensionamento dei magneti permanenti………110

5.5. Dimensionamento del circuito magnetico………..113

5.6. Dimensionamento degli avvolgimenti statorici………..115

5.7. Dimensionamento delle cave di statore………..119

5.8. Volumi delle parti attive della macchina………120

5.9. Valutazione delle perdite e del rendimento………121

5.10. Reazione d’armatura………...123

5.11. Modello termico della macchina………....123

Capitolo 6 Verifica tramite modelli ad elementi finiti 6.1. Software adottato………..131

6.2. Modellazione geometrica………..131

6.2.1. Modello bidimensionale della macchina a flusso radiale………...134

6.2.2. Modello tridimensionale della macchina a flusso assiale……….136

6.3. Mesh ad elementi finiti………..136

6.4. Simulazioni con il modello di macchina a flusso radiale………..138

6.4.1. F.e.m. indotte a velocità nominale……….139

6.4.2. Reazione d’armatura………..140

6.4.3. Funzionamento a velocità nominale………..142

6.5. Simulazioni con il modello di macchina a flusso assiale………...145

6.5.1. Simulazione istantanea con corrente nominale………..147

6.6. Stima dell’induttanza di fase………..153

Capitolo 7 Conclusioni 7.1. Confronto delle soluzioni proposte………155

7.2. Possibili sviluppi futuri………..156

Appendice A - Calcolo dell’angolo ottimo di corrente………157

Appendice B - Espressione della f.e.m. indotta in un avvolgimento………..158

Appendice C - Matrice delle ammettenze………159

Appendice D - Espressione della densità lineare di corrente………..160 Appendice E - Espressione della f.e.m. indotta in un avvolgimento (macchina assiale)…..162

Lista simboli

Bibliografia