Una macchina sincrona ibrida a rotore a doppia modalità e doppio statore e macchina vernier per applicazioni a velocità variabile

Perché il motore di una lavatrice conta

Nascosto in ogni lavatrice automatica c’è un motore elettrico che deve mescolare delicatamente capi bagnati e pesanti a bassa velocità e poi far girare il tamburo ad alta velocità per centrifugare l’acqua. Svolgere entrambi i compiti in modo efficiente, silenzioso ed economico è più difficile di quanto sembri. Questo articolo descrive un nuovo tipo di motore che può passare tra una forte personalità da “lavaggio” e una veloce ed efficiente personalità da “centrifuga” all’interno di un unico progetto compatto, promettendo bollette energetiche più basse e minor uso di materiali rari e costosi.

Due lavori molto diversi in una sola macchina

Le lavatrici attraversano due fasi principali. Durante il ciclo di lavaggio il tamburo ruota lentamente ma deve fornire una coppia elevata per muovere la biancheria imbevuta d’acqua. Durante il ciclo di centrifuga il tamburo ruota molto velocemente, ma richiede meno coppia e un’efficienza molto alta per evitare sprechi di elettricità e surriscaldamenti. Oggi i produttori solitamente scelgono tra motori a induzione tradizionali, economici ma poco efficienti, e motori a magneti permanenti, efficienti ma dipendenti da costosi magneti di terre rare e talvolta meno efficaci a velocità molto basse. Il nuovo progetto mira a catturare il meglio di entrambi gli approcci, risultando al contempo più semplice da mantenere e meno dipendente da materiali rari.

Un motore, due involucri e un rotore intelligente

La macchina proposta utilizza una disposizione insolita: due involucri fissi (statori) che circondano un unico anello rotante centrale (rotore). Lo statore esterno funziona in uno stile “ingranato” che produce naturalmente coppia elevata a bassa velocità, ideale per il ciclo di lavaggio. Lo statore interno lavora come un classico motore sincrono ad alta efficienza pilotato da magneti permanenti sulla faccia interna del rotore, ideale per la rapida fase di centrifuga. Il rotore porta sia un insieme di molti denti sottili per l’interazione esterna sia un più semplice schema di magneti per l’interazione interna, così la stessa parte rotante può servire entrambe le modalità senza cambiare componenti.

Potenza senza spazzole e senza parti d’usura aggiuntive

I motori tradizionali con rotore avvolto richiedono contatti elettrici scorrevoli, chiamati spazzole e anelli di contatto, per alimentare gli avvolgimenti sul rotore. Queste parti si usurano, provocano scintille e richiedono manutenzione. In questo progetto lo statore esterno ospita due avvolgimenti diversi: un avvolgimento principale a tre fasi che produce la forza di rotazione e un avvolgimento ausiliario più piccolo che crea un particolare schema magnetico a bassa frequenza. Quando il rotore attraversa questo schema, un avvolgimento dedicato sul rotore rileva una corrente alternata che viene immediatamente convertita in corrente continua da un piccolo raddrizzatore montato direttamente sul rotore. Questa corrente continua alimenta quindi l’avvolgimento campo principale del rotore, tutto senza alcun contatto elettrico fisico. In pratica, la macchina “carica” il campo magnetico del rotore in modalità wireless mentre è in funzione.

Adattare il motore ai cicli di lavaggio e centrifuga

Gli autori simulano il comportamento del motore in entrambe le modalità usando modelli informatici dettagliati. Nella modalità di lavaggio a bassa velocità, la sezione esterna in stile vernier produce circa 20 newton‑metro di coppia dopo le ottimizzazioni, più del doppio rispetto a un progetto di riferimento recente, con un’efficienza di circa il 77%. Inizialmente la coppia era piuttosto irregolare, ma il team ha ridotto questo “ripple di coppia” inclinando leggermente i denti del rotore, sacrificando solo una piccola parte della coppia media. Nella modalità di centrifuga ad alta velocità a 1200 giri al minuto, viene eccitata solo la sezione interna a magneti permanenti. Qui il motore eroga circa 5,9 newton‑metro di coppia con rotazione molto regolare e un’impressionante efficienza di circa il 95%, molto superiore rispetto a macchine solo vernier comparabili a velocità simili.

Cosa potrebbe significare per gli elettrodomestici

Combinando due stili di funzionamento in una struttura condivisa, questo motore a doppia modalità e doppio statore può comportarsi come un robusto lavoratore a bassa velocità durante il lavaggio e come un veloce atleta ad alta velocità durante la centrifuga. Utilizza relativamente poco materiale magnetico permanente, evita spazzole e anelli di contatto e comunque soddisfa le stringenti esigenze di coppia ed efficienza delle lavatrici moderne. Per l’utente medio ciò potrebbe tradursi in funzionamento più silenzioso, consumi energetici ridotti e elettrodomestici più durevoli, mentre i produttori guadagnano flessibilità per rispettare severi standard di efficienza senza dipendere pesantemente da materiali magnetici scarsi.

Citazione: Ali, S., Ali, Q., Munir, H.M. et al. A dual-mode dual-stator hybrid rotor synchronous and vernier machine for variable speed applications. Sci Rep 16, 10315 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40821-y

Parole chiave: motore per lavatrice, azionamento a velocità variabile, rotore senza spazzole, macchina vernier, elettrodomestici ad alta efficienza energetica