STUDY AND DEVELOPMENT OF ANALYTICAL AND ANALYTICAL-NUMERICAL METHODS FOR THE STUDY OF ELECTRICAL MACHINES

L’attività di ricerca si è focalizzata sulla determinazione di metodi analitici e analitico-numerici per la soluzione di alcuni problemi “aperti” di interesse nella progettazione e l'analisi di macchine elettriche. La tesi include una gamma piuttosto ampia di argomenti, ma è stata sviluppata seguendo una singola linea di indagine unitaria, che consiste nel tentativo di cercare e, dove possibile, definire e implementare, metodi matematici sufficientemente veloci ma accurati per eseguire calcoli su macchine elettriche in modo da evitare l'uso massiccio di tecniche basate su analisi agli elementi finiti. Queste infatti sono note per essere precise ed affidabili, ma allo stesso tempo richiedono ingenti risorse computazionali e sono quindi poco adatte quando è necessario esplorare un gran numero di varianti di progetto, come nel caso di programmi di ottimizzazione progettuale basati su algoritmi genetici. I metodi agli elementi finiti non sono stati esclusi, naturalmente, ma piuttosto utilizzati come “benchmark” per valutare la validità delle tecniche di calcolo alternative proposte, ove non fosse possibile effettuare un confronto diretto con dati sperimentali. I tipi di macchine elettriche a cui si sono applicati i metodi di calcolo sviluppati in questa tesi sono diversi e vanno dai motori a magneti permanenti superficiali con cave statoriche a motori a magneti permanenti superficiali con statore slotless ,dalle macchine sincrone a riluttanza alle macchine sincrone a rotore avvolto, per finire con motori a induzione a gabbia di scoiattolo. Tutti questi tipi di macchine sono sempre più importanti nelle applicazioni odierne, sia nel settore industriale che per i sistemi di trazione. Per affrontare lo studio di queste macchine si sono di volta in volta sviluppati approcci di calcolo analitico diversi, anche in funzione degli obiettivi da raggiungere. Esempi di questi approcci analitici impiegati sono i seguenti: la teoria della “winding function” applicata al calcolo della coppia di macchine a magneti superficiali; la teoria della “permeance function” applicata al calcolo delle macchine con eccentricità di rotore ; l'approccio mediante circuito equivalente magnetico o reti di riluttanze in combinazione a tecniche basate sulle mappe conformi per lo studio dei motori sincroni a riluttanza; la soluzione delle equazioni di Laplace e di Poisson per determinare il campo magnetico nelle macchine a magneti permanenti superficiali slotless e a gabbia di scoiattolo. Inoltre, l'applicazione degli algoritmi di calcolo proposti è illustrata mediante opportuni casi di studio ed i risultati ottenuti sono sempre convalidati mediante confronto con tecniche di calcolo alternative (in particolare l’analisi agli elementi finiti)