Trazione elettrica leggera senza l'uso di terre rare: progettazione di un motore sincrono a riluttanza

Il presente elaborato affronta la progettazione di un motore sincrono a riluttanza (SynRM) destinato alla trazione di veicoli elettrici leggeri (LEV), con l’obiettivo di ridurre l’impiego di magneti permanenti a base di terre rare e, con esso, l’impatto ambientale e la dipendenza dalla loro filiera, geograficamente concentrata. Come caso di studio è stato assunto un quadriciclo pesante di categoria L7e-CP. Dopo un inquadramento sulle criticità legate all’approvvigionamento delle terre rare e sul ruolo dei LEV nella mobilità urbana, il lavoro motiva la scelta della topologia SynRM come alternativa a basso costo e potenzialmente ad alta efficienza, evidenziandone pregi e i limiti intrinseci legati alla geometria anisotropa del rotore. Le specifiche di coppia e potenza sono state ricavate dall’analisi del ciclo di guida WMTC mediante un modello delle resistenze al moto del veicolo. Su tali specifiche è stato condotto il dimensionamento elettromagnetico della macchina, seguito da un’ottimizzazione multi-obiettivo della geometria, basata sulla ricerca del fronte di Pareto, volta a massimizzare la coppia media e a minimizzarne l’ondulazione. Le prestazioni della configurazione finale sono state infine valutate mediante simulazioni agli elementi finiti (FEM), comprendenti l’identificazione del punto di lavoro ottimale, la caratteristica esterna coppia-velocità e la mappa di rendimento. La macchina progettata raggiunge un rendimento elettromagnetico di picco del 94% e un’ondulazione di coppia ridotta all’1.2% mediante skewing discreto del pacco lamellare di rotore; fornendo una coppia media di 48 N m e 123.3 N m di picco, con un campo di velocità a potenza costante ≈ 3 ∶ 1. L’analisi evidenzia inoltre il limite caratteristico dei SynRM a salienza finita, il cui campo di velocità a potenza costante è intrinsecamente ristretto, di cui vengono discussi gli effetti e le possibili evoluzioni progettuali per superarlo.