Analysis and comparison of in-wheel motor structure for high performance applications

The use of high power electrical motors, which have been relegated to industrial applications for a long time, is spreading to every aspect of life. One example of this trend is the growing interest in the development of electrical vehicles (EVs) capable of a wide range of performances. In particular, sport car producers are investigating high performance EVs. To guarantee almost any required power, electrical motors must be pushed to their top limits. In particular, in-wheel motors are arranged in small volumes and they must ensure high power densities as well. These requirements lead to investigate different electrical machine structures that may be suitable for this specific application. Among them, axial flux synchronous motors are becoming more and more popular, due to their particular compact disk shape and their high torque generation capability. This thesis presents a comparison between three machine typologies which can be adopted for in-wheel applications. The analysis is based either on analytical estimations and on numerical electromagnetic simulations. Namely, these motors are surface mounted permanent magnet, interior permanent magnet (in both cases the flux flows radially) and axial flux synchronous machines.

La richiesta di motori elettrici ad alta potenza si sta diffondendo in molti ambiti nonostante siano stati impiegati nel solo settore industriale per lungo tempo. Un esempio di questa nuova tendenza è il crescente interesse verso i veicoli elettrici aventi le più diverse prestazioni. In particolare, le grandi case automobilistiche stanno investendo nello sviluppo di veicoli elettrici ad alte prestazioni. Di conseguenza, i motori impiegati devono presentare soluzioni estreme in modo da poter garantire praticamente qualsiasi potenza. In particolare, le motoruote devono essere collocate in piccoli spazi e fornire alte densità di potenza. Queste richieste hanno portato allo studio di tutte le possibili tipologie di motori elettrici candidabili a questo particolare tipo di impiego. Tra loro, i motori sincroni a flusso assiale stanno trovando sempre maggior impiego grazie alla loro forma compatta e la loro capacità di fornire coppie elevate. Questa tesi presenta un confronto tra tre tipologie di macchina utilizzabili come motoruote. L'analisi si basa su risultati provenienti sia da calcoli analitici che da simulazioni numeriche elettromagnetiche. I motori presi in considerazione sono macchine sincrone a magneti incollati sulla superficie del rotore, a magneti sommersi e a flusso assiale.