Riassunto analitico
Il motore elettrico, già da tempo diffuso in ambito industriale, si sta sempre più diffondendo anche in ambito automotive, grazie alle elevate prestazioni ottenibili con ingombri limitati rispetto una architettura dotata di motore endotermico.
Una delle caratteristiche / differenze principali con il motore termico ricade nella curva caratteristica di coppia del motore elettrico, altamente disponibile già dai più bassi regimi.
Questa caratteristica permette di poter scegliere una architettura dell’assale veicolo che può non presentare un cambio, necessario invece per i motori endotermici.
Avendo disponibilità di elevata coppia anche per piccole dimensioni del motore, la scelta critica riguarda il numero massimo di giri al minuto (rpm) sopportabili dal motore: target di potenza.
Questo target può essere, per esempio, scomposto in una serie di specifiche veicolo come:
- alte performance (hypercar)
- tempo necessario per lo 0-100 km/h
- raggiungimento di 400 km/h
- tempo sul giro su un determinato circuito (es. Nurburgring)
- efficienza veicolo
Il problema principale di raggiungere elevate velocità di rotazione risiede nel fatto che si vengono a generare elevate tensioni e deformazioni all’interno delle parti rotanti.
Stabiliti architettura e ingombri del motore quale è il numero massimo di giri al minuto che è possibile raggiungere?
Tale ricerca è stata portata avanti grazie a simulazioni strutturali agli elementi finiti, mediante il software ABAQUS, delle parti in rotazione del motore, ovvero:
- albero
- rotore
- magneti
La parte di design è avvenuta con il supporto del software CATIA V5.
Inizialmente è stato generato un modello matematico, implementato in un foglio di calcolo Excel, secondo la teoria dei tubi formulata da Lamè, in base alla quale sono stati calibrati i valori per la simulazione Abaqus.
Successivamente si è identificato il trend costruttivo per poter salire con il numero di giri al minuto in base a variazioni di numero, ampiezza e disposizioni dei magneti all’interno del rotore.
Si è notato come serva, da un punto di vista puramente strutturale, avere magneti quanto più piccoli e distribuiti all’interno del rotore. Questo trend si scontra però con le problematiche relative all’efficienza del circuito elettromagnetico del motore che ne deriva e alla effettiva fattibilità delle parti.
I design presentati sono quindi il frutto di una soluzione di compromesso, in base ai target di partenza, tra la parte strutturale e la parte elettromagnetica.
L’identificazione del tipo di rotore da utilizzare verrà effettuata in base a considerazioni elettromagnetiche sulla macchina completa e alla delibera strutturale del prototipo in base a test a banco.
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