Progettazione di Macchine a Magneti Permanenti Interni con SyR-e

La tesi si focalizza sulla progettazione di macchine elettriche a magneti permanenti, argomento che negli ultimi anni ha ricevuto l’attenzione di università, centri di ricerca ed aziende grazie alla crescente richiesta di veicoli elettrici, che hanno un impatto ambientale minore rispetto ai veicoli convenzionali. Allo stato dell’arte i veicoli elettrici utilizzano motori sincroni a magneti permanenti interni (IPM), che presentano, oltre al contributo di coppia derivata dai magneti, anche un contributo di coppia dato dall’anisotropia magnetica del rotore, detto coppia di riluttanza. La coppia di riluttanza permette ampia regolazione in termini di coppia e velocità, mantenendo l’efficienza relativamente elevata, e riduce i costi della macchina elettrica minimizzando la quantità di magneti. Questo tipo di motori sono difficili da progettare per varie ragioni, tra le quali la difficoltà di formulazione di equazioni analitiche di progetto generali. L’obiettivo della tesi è migliorare la procedura di progetto di questi motori andando oltre l’approccio comunemente utilizzato oggigiorno, che si basa fortemente su complessi e pesanti algoritmi di ottimizzazione e simulazioni agli elementi finiti (FEA). La procedura di progetto proposta è l’evoluzione di quella adottata per motori sincroni a riluttanza assistiti da magneti (PM-SyR) utilizzando la piattaforma opensource per la progettazione SyR-e. L’approccio consiste nel progettare la macchina PM-SyR per passi, concentrandosi prima su una geometria SyR preliminare, e poi aggiungendo i magneti permanenti, progettati per il funzionamento ad alta velocità. Uno degli aspetti chiave di SyR-e è la possibilità di ottenere in pochi secondi il progetto preliminare delle macchine sincrone a riluttanza (SyR), basato su equazioni analitiche. Il modello analitico della macchina SyR è corretto dall’approccio FEAfix con poche simulazioni FEA. Una volta fissata la geometria SyR, i magneti della macchina PM-SyR sono progettati con un numero limitato di simulazioni. La procedura proposta viene testata ed aggiornata sulle specifiche di un benchmark esistente, riuscendo a progettare una macchina con prestazioni simili a quella iniziale. Viene valutata, infine, la possibilità di estendere la progettazione preliminare a macchine PM-SyR, includendo il progetto dei magneti sin dall’inizio della procedura di progetto, in modo che si possa creare una geometria corretta ed ottimale tenendo conto sin da subito della presenza dei magneti.