Ottimizzazione di motore sincrono a eccitazione ibrida con cambio di polarità

Il futuro del settore dell'automotive è elettrico e gli attuali protagonisti sono i motori a magneti permanenti a terre rare. Le loro ottime caratteristiche quali l'alta densità di coppia e l'elevata efficienza li rendono difficili da eguagliare. Se a livello prestazionale questi magneti sono ottimi, a livello economico-sociale pongono dei limiti. Infatti, essi rappresentano una parte ingente dei costi di realizzazione della macchina e inoltre, sono al centro di questioni sociali legate alla loro estrazione. Una delle principali sfide che ci troviamo ad affrontare è quella di progettare nuovi motori, con caratteristiche simili, che utilizzino sempre meno i magneti a terre rare. Un altro limite legato ai motori elettrici destinati all'automotive è l'impossibilità di avere una curva di coppia ottimale sia per le basse che per le alte velocità. Negli ultimi anni, l'Università degli studi di Padova ha portato avanti la ricerca su un motore sincrono ad eccitazione ibrida con cambio di polarità HEPM (Hybrid Excitation Permanent Magnet) che consente di avere due rapporti a coppia e velocità diverse senza l'utilizzo di un cambio meccanico. Il primo rapporto permette di avere un numero alto di poli che garantisce una coppia elevata alle basse velocità. Il secondo, invece, fornisce coppia alle alte velocità utilizzando un numero di poli dimezzato. Per "eccitazione ibrida" si intende che il rotore è composto da metà poli salienti e metà da magneti permanenti. In questo modo, si riesce a ridurre l'impatto economico-sociale di quest'ultimi. Il cambio di polarità, già noto alle sole macchine asincrone, viene effettuato tramite 2 inverter di potenza (per lo statore) e invertendo la corrente di eccitazione nelle spazzole (per il rotore). Il progetto della geometria del motore è stato effettuato nella tesi precedente, analizzando le configurazioni IPM e SPM. Mentre lo statore studiato sarà lo stesso, il progetto dei rotori verrà modificato per risolvere alcuni problemi. Inoltre, verrà preso in considerazione anche un rotore a soli poli salienti indicato, da qui in poi, con la sigla PS. In tale tesi è stata dimostrata la fattibilità dell'HEPM ma è sorto il problema dell'eccessivo ripple di coppia. Questa tesi, dunque, si pone l'obiettivo di ottimizzare la sagomatura del rotore per contenere il più possibile tale problema. Successivamente verranno scelti i due motori migliori per la realizzazione di prototipi. Per lo studio delle varie configurazioni ci si avvale di Matlab e del software agli elementi finiti FEMM. Le condizioni di simulazione verranno specificate di volta in volta.