Un nuovo motore elettrico capace di raggiungere i 100.000 giri al minuto, raddoppiando la potenza dei propulsori attuali, aumentando l’autonomia e riducendo i costi di produzione. Il progetto sembra provenire da una realtà distante, forse evocata in qualche racconto di fantascienza. A capo di questa iniziativa troviamo il professore associato Rukmi Dutta e il dottor Guoyu Chu della Scuola di Ingegneria Elettrica e delle Telecomunicazioni dell’UNSW, le menti dietro un motore per auto elettriche (BEV) potenzialmente rivoluzionario. È vero, l’aggettivo “rivoluzionario” è spesso usato in modo inflazionato. Ma come potremmo definire diversamente un progetto così innovativo?
Le caratteristiche del motore elettrico sono state brevemente delineate, rendendo chiaro quanto sia straordinario il lavoro svolto. Promette di trasformare il settore, poiché, secondo quanto dichiarato dagli ideatori, è in grado di migliorare notevolmente le prestazioni.
Secondo documenti ufficiali, la potenza e la velocità massima raggiunte superano e raddoppiano i record attuali degli IPSM laminati, ovvero i motori sincroni a magneti permanenti. Di conseguenza, è il più veloce mai costruito utilizzando materiali di laminazione disponibili in commercio.
Ancora più significativo è il suo potenziale di generare una densità di potenza estremamente elevata, un vantaggio significativo per le BEV in quanto riduce il peso totale e, di conseguenza, aumenta l’autonomia di ogni carica. La questione dell’autonomia rimane uno dei temi più dibattuti nel settore. Non tanto per i risultati effettivi ottenuti, ma per le opinioni degli eterni scettici riguardo alle BEV, spesso scoraggiati dall’acquisto per timore di essere delusi dalla vettura.
In passato, forse, tale preoccupazione poteva avere un fondamento reale. Tuttavia, oggi rappresenta un’idea superata, come dimostrato da molti che hanno cambiato opinione, felici di sperimentare l’eccellente performance delle loro vetture sulla strada. Nonostante ciò, trattandosi ancora di una tecnologia relativamente giovane, i margini di crescita rimangono notevoli.
Motore elettrico UNSW: rivoluzionaria innovazione per l’automotive del futuro
Rispetto alle proposte oggi presenti nel comparto dell’automotive, UNSW fa un salto di qualità, tale da lasciar presagire un impiego su vasta scala. Un motore IPSM è provvisto di magneti incorporati nei rotori per creare una coppia elevata lungo un intervallo di velocità esteso. Tuttavia, le unità esistenti attuali soffrono di una bassa resistenza meccanica per via dei sottili ponti di ferro nei rotori, che ne limitano la velocità massima. Sulla base delle criticità riscontrate, il team dell’UNSW ha brevettato una nuova topologia di rotore, che incrementa significativamente la robustezza, riducendo, al tempo stesso, la quantità di materiali delle terre rare per unità di energia generate.
Il design si ispira al ponte ferroviario Gyopo, il più lungo della Corea del Sud. Nello specifico, vi prende spunto per la struttura a doppio arco di ancoraggio, nonché per la tecnica di distribuzione delle sollecitazioni meccaniche basate su curve composte. Inoltre, la densità di potenza del motore elettrico assicura performance superiori per le vetture elettriche, in cui il peso incide in maniera determinante.
Lo sviluppo è avvenuto mediante il programma di ottimizzazione assistito dall’intelligenza artificiale, che ha analizzato molteplici fattori, ovvero elettrici, magnetici, meccanici e termici. Il programma dell’UNSW valuta 90 progetti potenziali; dopodiché, seleziona la metà migliore per generarne una nuova e così via, fino al conseguimento del livello finale.
Versatilità dell’innovazione al di là dell’automotive: impatti globali
Al di là dell’automotive, l’innovazione promette di offrire dei grandi vantaggi pure in altri contesti, ad esempio i sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria. Infatti, i compressori a velocità sostenuta sono necessari per utilizzare una forma innovativa di refrigerante, che riduce drasticamente l’impatto sul riscaldamento globale.
Inoltre, può essere utilizzato in macchine CNC ad alta precisione, molto richieste dall’industria aeronautica e dai robot. La soluzione sviluppata dall’UNSW consente alle macchine ad alta precisione di fresare o forare con diametri minimi.
Un’altra possibile applicazione è come IDG (Integrated Drive Generator) in un propulsore aeronautico, per fornire energia elettrica ai sistemi di bordo. Il motore elettrico UNSW offre pure un significativo vantaggio in termini di costi rispetto alla tecnologia attuale, utilizzando meno materiali rari, come il neodimio. Che, si sa, viene prodotto per circa il 90% dalla Cina a livello globale. Seguono con percentuali relativamente bassa la Groenlandia, gli Stati Uniti, l’Australia e il Brasile.
Presente in una varietà di materiali, formati in rocce magmatiche e sedimentarie, l’estrazione del neodimio è un processo complesso e costoso. La domanda in costante crescita (viene utilizzato, tra l’altro, anche nelle luci a LED, nei laser e nei catalizzatori) ha portato a una crescente preoccupazione per l’approvvigionamento. In aggiunta, Pechino ha imposto restrizioni all’esportazioni del neodimio, contribuendo al suo aumento di prezzo generalizzato.
Motori per veicoli elettrici: velocità elevate, potenza ottimizzata e costi ridotti
Una delle tendenze per i veicoli a batteria è quella di adottare motori che operino a velocità più elevate. Secondo il dottor Chu, ogni produttore si impegna nello sviluppo della propria versione ad alta velocità poiché le leggi fisiche consentono di ridurre le dimensioni della macchina. La limitazione dimensionale comporta una notevole riduzione del peso e del consumo energetico, traducendosi in un’incrementata autonomia.
L’iniziativa mira a raggiungere la massima velocità possibile, con il superamento dei 100.000 giri al minuto e una densità di potenza di picco di circa 7 kW per chilogrammo. Anche se ridurre la velocità per il propulsore di un veicolo elettrico potrebbe diminuire, ciò aumenterebbe la potenza complessiva. Questi motori possono essere adattati e ottimizzati per fornire la potenza e la velocità desiderate in un determinato intervallo.
Attualmente, la maggior parte dei motori ad alta velocità impiegati è protetta da manicotti realizzati in materiali costosi come il titanio o la fibra di carbonio, incrementando così i costi poiché il montaggio richiede standard molto precisi.
Al contrario, i rotori del motore elettrico sviluppato dall’UNSW possiedono una notevole robustezza meccanica intrinseca, evitando la necessità di rinforzi aggiuntivi che, come accennato, inciderebbero sui costi aziendali. Inoltre, essi impiegano solo circa il 30% di terre rare, garantendo un risparmio ulteriore e una massima efficienza con il minimo sforzo.
Le prospettive future
Le prospettive appaiono molto incoraggianti anche per quanto riguarda l’applicazione effettiva dei motori elettrici da parte dei costruttori di automobili. Secondo i calcoli di Chu, se un produttore di veicoli elettrici a batteria (BEV), come Tesla, decidesse di adottare questo motore elettrico, sarebbero necessari solo da 6 a 12 mesi per personalizzarlo secondo le proprie specifiche.
UNSW dispone di un software di progettazione dedicato alle macchine, che consente di inserire i requisiti di velocità o densità di potenza, permettendo al sistema di funzionare per un paio di settimane per creare un progetto ottimale che soddisfi completamente le esigenze.