Sistemi di trasmissione ibridi per applicazioni off-highway: le macchine elettriche, la loro alimentazione e il loro controllo. Analisi dei vantaggi competitivi ottenibili attraverso schemi e soluzioni innovative

L'elettrificazione e l'ibridizzazione delle macchine agricole e industriali sono e saranno negli anni a venire le principali aree di ricerca e sviluppo per il settore off-highway. In questo contesto la modellazione numerica gioca un ruolo fondamentale nel predire le prestazioni del sistema di trasmissione del veicolo ed ottimizzare il suo funzionamento. Una buona progettazione della componente meccanica ed elettrica di una trasmissione ibrida può essere raggiunta solo tramite un approccio sistemico. Attraverso il percorso di Apprendistato in Alta Formazione ho proceduto all'individuazione di alcuni architetture realizzabili nell'ambito della trazione ibrido elettrica, ed alla loro analisi finalizzata allo sviluppo di soluzioni innovative per il settore. Ho affrontato soluzioni all'avanguardia concentrandomi sulla modellazione di trasmissioni industriali ibride elettro-idrodinamiche e trasmissioni agricole a ripartizione di potenza elettrica. Ho scelto di utilizzare AMESim come strumento di simulazione dinamica 1D multidominio. I risultati hanno dimostrato come un veicolo industriale equipaggiato con una trasmissione ibrida elettro-idrodinamica dimostri consumi di carburante inferiori dell'8% rispetto al veicolo convenzionale in un ciclo rappresentativo di utilizzo definito dall'Autore in base all'esperienza aziendale e a dati reperiti in letteratura. Nell'ambito delle trasmissioni agricole la ripartizione di potenza elettrica si è dimostrata concorrenziale se non vantaggiosa rispetto all'odierna ripartizione di potenza idrostatica. Sulla base dei modelli sviluppati, ho approfondito gli aspetti di progettazione delle macchine elettriche e le relative tecnologie di alimentazione e di controllo, anche in relazione con il loro impiego nei sistemi ibridi di trasmissione per applicazioni nel settore off-highway e alla loro integrazione con le componenti meccaniche. Questa attività, finalizzata alla progettazione di un azionamento elettrico per una applicazione industriale, mi ha consentito di definire un modello di macchina elettrica, completo di perdite, da poter integrare nel modello di simulazione del veicolo. In questo percorso, gli aspetti di progettazione elettromagnetica e termica sono stati approfonditi, permettendo di identificare i parametri di ottimizzazione ed i trade-offs che giocano un ruolo primario nella progettazione di una macchina elettrica sincrona a magneti permanenti e nello sviluppo degli algoritmi di controllo. Dopo aver identificato e quantificato i vantaggi delle soluzioni ibride rispetto alle trasmissioni tradizionali, grazie alla competenze che ho acquisito nel percorso di alta formazione in azienda, la mia attività di ricerca si è concentrata sullo sviluppo di un design preliminare per una trasmissione ibrida industriale, affrontando gli aspetti costruttivi, dal dimensionamento meccanico alla produzione ed assemblaggio. Una volta completata la progettazione di dettaglio, questo concept, verrà testato nell'ambito della ricerca e sviluppo di nuovi prodotti dell'azienda.