Simulazione di motori elettrici

[mario_maggi]

Ciao a tutti.
Avete mai visto quali sono le prestazioni dei motori asincroni montati sulle auto Tesla?
A prima vista, apparentemente non sono molto diversi dai soliti, se non per i dati di targa.
Sembra che buona parte delle prestazioni derivino dal know-how che e' stato integrato nel loro software: https://chargedevs.com/newswire/teslas-motor-guru-says-simulations-are-key-to-avoiding-exotic-materials-and-expensive-manufacturing-methods/
Qualcuno ha provato a fare dei confronti tra le prestazioni di un motore Tesla e quelle del miglior asincrono in commercio?

Ciao,
Mario

[EcoTan]

Io non saprei ma sono curioso: le differenze riguardano principalmente il peso o altro?

[azocchi]

Ma si trovano questi dati in giro?

sarebbe molto interessante fare il confronto con il mondo industriale.

un po' il raffreddamento a liquido potrebbe aiutare rispetto agli autoventilati...poi chissà...

[flori2]

Io vedo motori IE3 da 60kW...sono dei bestioni e non credo che possano stare in un'auto. Non credo sia un motore cosi comune quello della Tesla.
Avete presente il motore KERS della F1? E' piccolissimo (vabbe non è asincrono) sembra un 2,2kW come dimensioni, ma....


Come simulatore o modello usaranno gli elementi finiti. Per me i materiali cambiano cominciando dal pacco statore compatto

[SandroCalligaro]

Sarei curioso anch'io di conoscere qualche dettaglio in più su efficienze e densità di di potenza di quei motori.

Per quanto ne so, per tenere alta l'efficienza Tesla utilizza la gabbia in rame, ben più costosa (sia per il materiale che per la lavorazione) rispetto alla solita in alluminio. Non sono un esperto di progettazione di macchine, ma da quello che sento in giro la gabbia in rame sembra essere l'unica strada per far sì che gli asincroni continuino a "tenere il passo" dei prossimi passi degli standard di efficienza in campo industriale, e forse non sarà sufficiente (almeno per le taglie piccole).
Magari Tesla adotta anche qualche altro accorgimento (lamierini di spessore e materiale particolari, disegno delle cave, ...), troppo costoso per le produzioni di serie industriali. La propensione al cambiamento (che fa rima con investimento) da parte di molti produttori di motori industriali mi sembra piuttosto bassa.

Dal punto di vista software, al di là della gestione complessiva del veicolo (sulla quale probabilmente si può fare parecchia differenza), dal punto di vista del controllo motore dubito che si possano fare miracoli, visto che ben presto ci si scontra con limiti fisici. Bisognerebbe anche capire come vadano confrontati i dati di targa di motori che sono specificati per usi così diversi: la potenza dichiarata da Tesla è in servizio continuo (e ha senso considerare il servizio continuo alla potenza nominale, per un veicolo?) o in servizio discontinuo (con quale duty-cycle?), ... Come sappiamo, a differenza dei motori a combustione interna, i motori elettrici sono fortemente sovraccaricabili.

Quel che è certo è che sviluppare un controllo su misura per un dato motore (come nel caso di un'auto) è molto diverso da quel che succede normalmente in ambito industriale. Nel secondo caso, spesso il controllo dell'inverter deve essere in grado di tararsi automaticamente per un motore "qualunque", basandosi sugli scarni dati di targa e sull'auto identificazione (con possibilità di misura molto restrittive).
Le possibilità di ottimizzazione sono molto migliori se si conoscono bene motore ed applicazione, se poi c'è anche un sensore di velocità o posizione, ancora meglio .

Il raffreddamento a liquido aumenta la densità, ma solitamente se si cerca di "forzare la mano" in quel senso si ottengono poi efficienze minori. Nel KERS, che cita fiori2, il raffreddamento a liquido fa la differenza, e poi (almeno per il caso che conosco) è un motore a magneti permanenti superficiali (costosi) che funziona a velocità probabilmente medio-alte, e la potenza massima (che è quella che conta in quell'applicazione) è molto diversa da quella che potrebbe sopportare in funzionamento continuo.

[SandroCalligaro]

Rileggendo il post di apertura di Mario, vedo che quasi sicuramente sono andato un po' fuori argomento, avendo interpretato male una cosa. Scusatemi.
In ogni caso, non posso modificare, ormai, quindi spero di aver scritto comunque qualcosa di utile.

[mario_maggi]

SandroCalligaro,
ho solo lanciato l'amo, non chiedevo una risposta, il tuo intervento va benissimo.

la gabbia in rame sembra essere l'unica strada

no, un'altra strada e' quella della gabbia in argento. Costoso? Quanto costa il risparmio di energia e quanto vale l'aumento di autonomia con una gabbia in argento? Forse conviene.
Se poi di fa il motore pentafase conviene ancora di piu'.

ha senso considerare il servizio continuo alla potenza nominale, per un veicolo?

Sicuramente si, pensa ad un tratto autostradale. I motori per EV hanno una costante di tempo termica piuttosto bassa, raggiungono presto la temperatura di regime.

fiori2,

Come simulatore o modello usaranno gli elementi finiti

non credo, useranno un software boundary, piu' preciso.

Qui (Magneti Marelli) si parla di 5 kW/kg http://www.magnetimarelli.com/it/business_areas/powertrain/bev-hev/electric-motor-generator

Questo e' un Tesla: https://www.youtube.com/watch?v=NaV7V07tEMQ

Ciao
Mario

[flori2]

qual è il vantaggio del pentafase?

[SandroCalligaro]

Mi associo alla domanda di fiori2.
Davo per assodato che 3 fasi fossero l'ottimo, dal punto di vista delle perdite a parità di potenza utile (per lo meno se immaginiamo che le perdite siano principalmente resistive). Il pentafase so che viene utilizzato dove l'affidabilità è cruciale, visto che lo si può far funzionare anche con qualche fase in meno...

Riguardo al costo... L'uovo oggi, per molti, è meglio della gallina domani.

So di dire cose note, ma la vera alternativa alle varie gabbie in metalli non convenzionali la vedo nei motori sincroni (a magneti permanenti o riluttanza), sui quali tra l'altro avremmo delle eccellenze in Italia, sia dal punto di vista della ricerca che da quello industriale. Penso che, prima o poi, anche Tesla cambierà idea, magari facendo sufficiente chiasso da far pensare che abbiano avuto loro per primi l'idea (come per il Powerwall).

[mario_maggi]

Il motore pentafase ha senso su EV prodotti in grandi quantita', dove il costo del silicio per IGBT e diodi diventa relativamente basso.
A parita' di rotore a gabbia, e quindi a parita' di coppia continuativa erogata, il pentafase ha un minor diametro esterno dello statore, quindi e' piu' piccolo e pesa meno. Questi vantaggi sono apprezzati in un EV.
Inoltre il 5 fasi e' piu' "dolce" del trifase, un po' come un motore diesel a 5 cilindri gira piu' rotondo di uno a 3 cilindri.
E poi c'e' il vantaggio dell'emergenza. Se si ha la fortuna di avere un guasto su un solo ramo dell'elettronica, potrebbe essere possibile proseguire a potenza ridotta, previo distacco o neutralizzazione di un collegamento.

Avevo messo le mani fisicamente su motori pentafase con inverter pentafase alcuni decenni fa, ho mandato al macero recentemente i vari report delle prove.

Ciao
Mario