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Normal Topic MK12 motore a deviazione di flusso magnetico (Read 5794 times)
kekko.alchemi
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MK12 motore a deviazione di flusso magnetico
04.02.10 at 02:46:00
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l parallel path italianoe le sue applicazioni
Dopo più di qualche mese di lunghe attese, eccoci dinuovo a parlare del motore a deviazione di flusso magnetico (motore di Flynn). Abbiamo fatto grandi progressi, migliorie e innovazioni e per questo il brevetto è stato d’obbligo.Ciò che differisce dal motore di Flynn è innanzitutto lo spunto sulla partenza, infatti i motori di Flynn avendo una geometria “monofase” non riescono, se non in parte, a prediligere un senso di rotazione, per questo sulla partenza tendono ad avere un andamento irregolare (effetto tergicristallo). Flynn per ovviare a ciò, sulla sua geometria, e più in particolare sulle teste polari dello statore, ha pensato di fare un piccolo “dentino” per rendere “irregolare” il passaggio del flusso magnetico. Questo “dentino” infatti posto sull’estremità delle teste polari, tende a saturarsi e quindi a trasmettere sul rotore meno flusso rispetto all’estremità opposta, per questo il rotore tenderà ad avviarsi nella direzione dell’estremità senza “dentino” e cioè dove viene attratto con maggior flusso.L’effetto di questa soluzione è che comunque non avremo mai un avvio deciso e violento come può essere in un brushless e in un qualsiasi motore trifase, ma avremo solamente un effetto ridotto della “indecisione” del verso di rotazione. Fra l’altro questo tipo di geometria ha il difetto di non avere la reversibilità del moto del rotore in quanto il rotore tenderà ad avviarsi sempre nello stesso senso. Se volessimo poi forzare il rotore a girare in senso opposto, avremo che il motore una volta avviato avrà una resa inferiore dovuta alla saturazione locale del “dentino”.La nostra idea invece per risolvere il problema dello spunto è quella di sfasare tre rotori sul medesimo asse avente ognuno una sfasatura di 4 gradi. I tre statori sono invece allineati e paralleli fra di loro. Questo ci permette di avere un motore Trifase e di non avere quindi nessun tipo di problema sullo spunto e sulla reversibilità del moto. Grazie a ciò abbiamo la possibilità di sostituire qualsiasi motore elettrico con l’MK12 senza incorrere in nessun tipo di problema di incompatibilità.Un'altra miglioria che abbiamo apportato è il maggior rapporto peso potenza. Ciò consiste nello sfruttare al meglio la (volume) di lamierini ferromagnetici presenti sul motore. Una regola fondamentale da seguire è il rapporto fra le aree polari statoriche e le aree polari del nucleo dove è avvolta la bobina. Tale rapporto a differenza di come si pensi, effettuando simulazioni e prove con il parallel path, deve essere rigorosamente di 1:1, e cioè la grandezza dell’area polare del nucleo della bobina deve essere uguale a quello delle teste polari dello statore. Flynn, preferisce invece avere un rapporto fra le aree polari statoriche e quelle del nucleo bobina di 2 : 1. Questa decisione di rapporto 2 : 1 scaturisce da un analisi fatta con dei software ad elementi finiti, e quindi un analisi fatta su un modello statico. In effetti queste analisi sembrano confermare che avendo un rapporto di 1 : 1, le aree polari statoriche tendono alla saturazione e quindi al mancato passaggio di tutto il flusso magnetico a disposizione. In realtà questa condizione è vera solamente a livello statico, infatti in un parallel path abbiamo che la forza di attrazione di un magnete risulta quadruplicata sulle teste polari. Ciò significa che abbiamo un flusso circa doppio a quello del singolo magnete e della bobina avendo bisogno quindi per forza di cose di un rapporto di 2 : 1. Questa condizione è però valida solamente se il modello risulta statico, infatti sarebbe impossibile ottenere in un modello dinamico, un flusso doppio a quello generato dalla bobina. Ciò significherebbe che generando un flusso di 0,5T ad una frequenza di 100 Hz, ci ritroveremo sulle teste polari un flusso di 1 T sempre a 100 Hz. Ma ciò è praticamente impossibile in quanto la forza (flusso) per lo spostamento (100 Hz) determina un lavoro. E ciò vorrebbe dire che otterremmo più lavoro di quello che “immettiamo”, per questo il rapporto deve essere assolutamente di 1 : 1, in quanto il flusso generato dalla bobina è esattamente quello che troveremo sulle teste polari. Non bisogna lasciarsi ingannare dai modelli statici in quanto in essi il parallel path può essere paragonato ad una leva, dove ponendo un peso X si riesce a sollevare un peso più grande in proporzione alla leva, ma il lavoro speso e compiuto è lo stesso in quanto avremo spostamenti diversi dei due pesi.Il vantaggio che si ottiene dal parallal path inserito in un modello dinamico è la minor strada che il flusso della bobina deve fare per arrivare sul rotore, in quanto il flusso presente sul rotore è quello Deviato dalla bobina. Il vantaggio di questa applicazione è oltretutto che la bobina non risente delle perdite di flusso presenti quando il rotore viene frenato applicando un carico, in quanto la bobina risente solamente delle forze elettromotrici inverse che compiono effettivamente lavoro utile. Il flusso disperso e che quindi non compie lavoro, è quello dei magneti permanenti.Il rendimento maggiore si realizza in quanto il flusso si sposta in modo efficiente come quando applichiamo una leva per sollevare un peso.La possibilità di poter utilizzare una "leva", permette di mantenere il motore sempre nel range ottimale di resa. Possiamo anche utilizzare il riferimento al meccanismo di "cambio" dell'automobile. Se si provasse a partire con la quinta marcia il motore non ce la farebbe, in quanto avrebbe bisogno di una coppia troppo alta. Allora tramite il cambio (leva), si riesce ad ottenere la coppia ottimale all'avvio dell'automobile.Un altro esempio empirico si ha con il crick per il sollevamento dell'auto. Se si prova ad alzare l'automobile con la sola forza fisica, a meno di una forza atletica nonn comune, l'energia spesa produrrà un lavoro pari a zero. Se invece si utilizza il proprio crick, il tempo impiegato sarà sicuramente maggiore, ma è anche vero che spendendo energia si otterrà un lavoro utile: resa superiore allo 0%.Si paragoni un motore elettrico tradizionale alla persona che alza la macchina senza crick, e il motore a PP alla persona che alza la macchina con il crik. Chi rende di più?Il PP realizza esattamente questo: ha la stessa funzione di un cambio o un variatore, il quale permette al motore di restare sempre nel range ottimale di resa. Si ha quindi una resa costante su un qualsiasi carico, senza subire, chiaramente, le perdite meccaniche che sarebbero generate da un cambio.In virtù di quanto detto l’MK12 riesce a mantenere rese elevate sopra il 90% in qualsiasi tipo di condizione di carico, a differenza degli altri motori elettrici che hanno invece un picco di rendimento limitato al loro range di utilizzo.


Il motore è dimensionato per lavorare con un flusso di 1,7 T nei nuclei e nelle teste polari. Grazie a quanto spiegato sopra le perdite del lamierino non vanno ad influenzare la resa finale del motore, che anche lavorando al limite della saturazione risulta essere superiore al 90%, resa misurata facendo il rapporto fra l’energia meccanica disponibile sull’asse, e l’energia elettrica in ingresso prima dell’inverter.I magneti utilizzati sono al neodimio, che mantenendo invariata la loro rimanenza fino a 150 °C riescono ad avere un flusso di circa 1,42 T. Per poter portare i nuclei a 1,7 T concentrando il flusso dei magneti, si hanno a disposizione due soluzioni, una di queste due è quella di aumentare la superficie del magnete. Per fare ciò si è però costretti ad aumentare significativamente anche la superficie di appoggio del magnete dovendo aumentare la dimensione e quindi il diametro del motore. Di conseguenza si va ad aumentare il peso ed il volume del motore a scapito del rapporto peso potenza. Per ovviare a ciò abbiamo progettato dei magneti a sezione circolare (spicchio di torta), così facendo abbiamo sottratto ferro al motore sostituendolo con il magnete che è quindi aumentato in termini di volume e superficie presentando una forza di attrazione assai maggiore. Utilizzando questa soluzione abbiamo potuto alleggerire il motore in termini di quantità di ferro lasciando invariato il diametro e potendo però portare i nuclei a 1,7 T.Anche le bobine sono state modificate rispetto a quelle utilizzate da Flynn e a quelle derivate dai modelli statici. La bobina deve generare un flusso di 1,7 T e per fare ciò va dimensionata in modo completamente diverso dai motori di Flynn. Deve essere molto più grande e la cosa fondamentale è che deve generare un flusso pari a quello dei magneti. Anche i Kg di tiro della bobina devono essere gli stessi di quelli del magnete, questo per rispettare il principio spiegato sopra. Il nucleo della bobina è stato modificato in modo da risultare più voluminoso sia come spessore, sia come spazio per alloggiare il filo, inoltre lo spessore finale dell’avvolgimento di filo deve avere uno spessore pari a quello del nucleo dove è avvolto. Infine per facilitare la costruzione e rendere la bobina avvolgibile con le bobinatrici da trasformatore abbiamo fatto il nucleo ferromagnetico completamente dritto come quello di un trasformatore classico. Ciò rende ancora più semplice la costruzione del motore, lasciando inoltre inalterate le prestazioni. Per diminuire il coefficiente di ingombro dell’avvolgimento delle bobine, abbiamo preferito usare una piattina piuttosto che un classico filo tondo, questo ci permette di avere meno aria nell’avvolgimento e di aumentare quindi la quantità di rame del solenoide, facendo aumentare significativamente la resa della bobina e il flusso a disposizione. Se infatti l’avvolgimento fosse stato un blocco unico di rame sarebbe pesato circa 310 gr, utilizzando un filo tondo siamo arrivati a circa 230 gr, con la piattina a circa 290 gr.Un altro problema non affrontato da Flynn è il flusso magnetico che fuoriesce inevitabilmente dalle teste polari statoriche esterne al motore. Utilizzando delle flange in alluminio si vanno a creare delle correnti parassite che oltre a dissipare potenza utile, mandano letteralmente a fuoco le flange. Questo perché la flangia deve poggiare per forza sulle teste polari esterne per dare robustezza al motore stesso e dissiparne il calore, cosa però non possibile visto il calore generato dalle stesse flange. Ciò oltre a dare problemi di calore, fa diminuire anche la resa di parecchi punti percentuale, perché il calore, generato dal cortocircuito delle correnti parassite nelle flange, va a sottrarre potenza al motore. Per risolvere questo problema, senza dover ricorrere all’acciaio inox 316 (amagnetico), che presenta un costo di produzione elevatissimo specie per flange di elevato diametro, abbiamo scelto di utilizzare flange in grafite sinterizzata. La grafite sinterizzata ha la caratteristica di pesare molto poco, ancor meno dell’alluminio e di presentare una resistenza alla compressione elevatissima, si parla di circa 1 tonnellata a cm3. Abbiamo così sviluppato una flangia dove le forze distribuite, siano prevalentemente di compressione. La grafite ha inoltre un costo molto basso, poco più dell’alluminio comprandolo da privati quindi non all’ingrosso, è completamente amagnetico, riesce a dissipare molto bene il calore, grazie alla sua struttura cristallina smorza ogni tipo di vibrazione e rumore, conferendo all’MK12 silenziosità e basso contenuto di vibrazioni. Questo materiale è inoltre ecologico, in quanto è carbonio puro, e quindi non necessita di processi industriali di estrazione come per la bauxite.La trovata della grafite ci ha permesso di migliorare ancora di più le prestazioni finali del motore, potendogli così associare la definizione di motore perfetto, dove la resa costante, la coppia, il rapporto peso potenza, il basso costo dei materiali e della realizzazione sono le sue armi vincenti, dove nessun motore di pari prestazioni può competere.Per ora stiamo sviluppando un prototipo monostadio da 2 KW per testarne le prestazioni, il prototipo gemello a questo sviluppato seguendo i disegni di Flynn aveva una potenza di circa 380 W. Successivamente svilupperemo il tristadio da 6 KW, il motore trifase che risolve i problemi di spunto.L’ MK12 è ormai realtà speriamo solamente di trovare la persona giusta che creda in questa nuova tecnologia che rivoluzionerà il mondo dei motori elettrici.Per maggiori approfondimenti abbiamo anche un sito:
http://newmagneticengine.blogspot.com/Saluti Kekko!









  
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NonSoloBolleDiAcqua
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Re:MK12 motore a deviazione di flusso magnetico
Reply #1 - 04.02.10 at 14:15:00
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Sarò scontato...ma rinnovo i complimenti!!!
Bolle

PS:Non sapevo del Blog!!! Ottima cosa!!!
  
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max_linux2000
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Re:MK12 motore a deviazione di flusso magnetico
Reply #2 - 11.02.10 at 05:09:00
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veramente interessante questo motore.
Sarebbe veramente utile da inserire dentro a delle ruote da bicicletta per costruire un quadriciclo 4x4 elettrico.

Avremmo una land rover leggerissima(200-300 kg), senza cambio,senza differenziali, ma con grande capacità.

Sarebbe possible creare un motore del genere, ma in corrente continua, magari con doppia o tripla alimentazione? intendo dire alimentato con 3 batterie (una per fase)

altra cosa interessante sarebbe quella di creare un alternatore che riesca a convertire il moto in energia elettrica ad un voltaggio più o meno fisso, variando solo l'amperaggio in base alla velocità del rotore.

utilissimo per mulini eolici grandi e piccoli

io butto li idee, poi vedete voi.

ciao,
MaX
  
Cogito ergo no SUV
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kekko.alchemi
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Re:MK12 motore a deviazione di flusso magnetico
Reply #3 - 20.02.10 at 01:35:00
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Ho quasi finito la nuova centralina, ora riusciamo a regolare l'anticipo e il ritardo da software, e un paio di cosette che più avanti posterò.

Oggi abbiamo fatto un po' di prove per vedere l'MK12 quanto tira, siamo arrivati fino a 1450 W sull'asse senza problemi a quasi 3000 RPM. Promette davvero bene, contiamo di passare i 2 KW. E' davvero impressionante vedere un motore di soli 20 mm di spessore tirare così tanto, i 5 Nm li tira ad "occhi chiusi", e aumentando i Volts sotto carico, accelera come se stesse girando a vuoto.

A presto kekko
  
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ferryboat62
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Re:MK12 motore a deviazione di flusso magnetico
Reply #4 - 17.03.10 at 00:07:00
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vorrei associarmi alle persone ammirate da questo eccellente lavoro .
Quello che mi ha colpito è la trasparenza che viene usata da Kekko Alchemi, gli autori nella descrizione dei vari progressi raggiunti durante la costruzione sono chiari e semplici e meritano un successo pieno.
Sono certo che troveranno chi vuole investire in un motore così efficiente .
La auto elettrica è la prima cosa che mi viene in mente ma immagino che le applicazioni siano infinite.
I più sentiti complimenti
  
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