PM vs PM-less motor topologies for electric vehicles: a comparative analysis

With the increasing demand for electric vehicles, the automotive industry is focusing on developing more efficient and sustainable powertrains. In this thesis, we compare the performance of different electric motor topologies that require fewer or no permanent magnets. Our analysis includes both electromagnetic and thermal studies aimed at identifying the limits of operation of each machine. Specifically, we compare the Interior Permanent Magnet (IPM) motor, which utilizes NdFeB magnets, with various permanent magnet-free motor designs such as the Wound Rotor (WR) motor and Hybrid Excited Permanent Magnet (HEPM) motor. In addition to the motor comparison, we also discuss recent trends in the field of traction, including the push for more environmentally friendly and sustainable technologies. We explore the growing trend among motor manufacturers to reduce their reliance on permanent magnets and discuss the benefits and drawbacks of using alternative motor designs. Our findings provide valuable insights into the performance characteristics of permanent magnet-free electric motor topologies and can guide motor designers and manufacturers in their quest to develop more efficient and sustainable EV powertrains, while keeping up with the latest trends in the industry.

Con l’aumentare della domanda di veicoli elettrici, l’industria automobilistica si sta concentrando nello sviluppo di powertrain piu` efficienti e sostenibili. In questa tesi, si confrontano le prestazioni di diverse tipologie di motori elettrici che richiedono quantit`a ridotte o nulle di magneti permanenti. La seguente analisi include studi elettromagnetici e termici, volti a identificare i limiti di funzionamento di ciascuna macchina. In particolare, si considera, come termine di paragone, un motore a magneti permanenti in NdFeB (IPM), confrontandolo con altri motori come un Wound Rotor (WR), un Hybrid Excited Permanent Magnet (HEPM), un motore a riluttanza (REL) e uno a riluttanza assistita da magneti in ferrite (PMaREL). Oltre al confronto tra i motori, si discutono anche le tendenze recenti nel campo della trazione, inclusa la spinta verso tecnologie piu` ecologiche e sostenibili. Si esplora la crescente tendenza tra i produttori di motori a ridurre la loro dipendenza dai magneti permanenti e si analizzano i vantaggi e gli svantaggi dell’utilizzo di progetti alternativi. Le conclusioni forniscono preziosi spunti sulle caratteristiche prestazionali delle diverse tipologie di motori elettrici presentate e possono guidare progettisti e produttori di motori nella loro ricerca di sviluppare powertrain per veicoli elettrici piu` efficienti e sostenibili, mantenendosi al passo con le ultime tendenze del settore.