Con l'aumentare dei requisiti prestazionali dei motori elettrici, gli ingegneri si trovano ad affrontare una sfida ben nota: le perdite previste in fase di progettazione non sempre corrispondono a quelle effettivamente riscontrate durante il funzionamento. 

La modulazione di larghezza di impulso (PWM) è uno dei motivi. 

Le perdite indotte dal PWM possono contribuire alla formazione di punti caldi imprevisti e a una riduzione dell'efficienza, eppure spesso vengono affrontate ricorrendo a fattori di correzione empirici o vengono prese in considerazione in una fase relativamente tardiva del processo di progettazione del motore. 

In occasione del CWIEME Berlin 2026, il dott. Thomas Vyncke, amministratore delegato e fondatore di DRV Solutions, ha presentato un approccio alternativo basato sulla modellazione dei principi fondamentali. L’obiettivo è fornire agli ingegneri un modo più rapido per comprendere queste perdite prima che i progetti raggiungano le fasi successive di sviluppo. Dai fattori di costruzione alla fisica -… 

Quando la simulazione e la realtà divergono 

L'importanza delle perdite PWM risulta particolarmente evidente quando si confrontano i risultati della simulazione con le misurazioni fisiche. 

Durante la sessione, Vyncke ha presentato un caso di studio nel settore automobilistico in cui si è riscontrata una discrepanza del 30% tra le perdite simulate e quelle misurate quando gli effetti PWM non erano stati adeguatamente rappresentati. 

Per gli ingegneri che sviluppano azionamenti elettrici ad alte prestazioni, tale divario può avere conseguenze che vanno oltre i dati relativi all'efficienza. Le perdite non quantificate possono influenzare il comportamento termico, i requisiti di raffreddamento e, in ultima analisi, le decisioni relative alla progettazione del motore. 

La sfida non consiste quindi semplicemente nel calcolare con precisione le perdite indotte dal PWM. Gli ingegneri hanno bisogno anche di un metodo sufficientemente veloce da poter essere utilizzato durante l'intero processo di ottimizzazione del progetto. 

Passare dai fattori di correzione alla fisica 

La metodologia presentata al CWIEME di Berlino combina l'analisi agli elementi finiti (FEA) in regime transitorio con set di dati precalcolati e la post-elaborazione. 

I calcoli generici delle armoniche di corrente sono separati dall'analisi FEA dei transitori specifica per il motore, mentre le trasformazioni nel dominio della frequenza consentono una stima più rapida delle perdite. Ciò permette agli ingegneri di valutare le perdite PWM senza dover eseguire ripetutamente simulazioni ad alta intensità di calcolo per ogni condizione operativa. 

Il potenziale risparmio di tempo è notevole. 

Secondo quanto emerso durante la sessione, questo approccio consente di effettuare valutazioni su mappe di efficienza complete e cicli di guida nel giro di poche ore, anziché nei tempi molto più lunghi associati all’applicazione della simulazione transitoria convenzionale su ogni punto di funzionamento. 

Anche la validazione sperimentale ha evidenziato una stretta corrispondenza con le misurazioni, sebbene siano rimaste alcune imprecisioni a indici di modulazione elevati a causa delle ipotesi relative alla sovrapposizione armonica e agli effetti di ordine superiore. 

Questa distinzione è importante. L'obiettivo non è quello di eliminare il giudizio ingegneristico, ma di fornire un approccio pratico alla modellazione che renda l'analisi dettagliata del PWM più fruibile durante lo sviluppo. 

Un’analisi più rapida offre maggiori possibilità di ottimizzazione 

La metodologia è stata integrata nel toolkit Taurus di DRV Solutions, in grado di interfacciarsi con software di ingegneria consolidati, tra cui Ansys e JMAG. 

Tale integrazione apre nuove prospettive per lo sviluppo dei motori elettrici. 

Quando il calcolo delle perdite diventa più veloce, gli ingegneri possono valutare un maggior numero di opzioni progettuali. Possono analizzare l’effetto delle strategie di commutazione, esaminare i requisiti di raffreddamento e valutare le prestazioni in tutte le condizioni operative senza considerare le perdite PWM come una correzione finale. 

Sposta l’attenzione dalla domanda “Quanto dovremmo aggiungere per tenere conto del PWM?” a “Cosa ci dice la fisica riguardo a questo progetto?” 

Avvicinare la modellizzazione alle condizioni operative reali 

Con il progredire dell'elettrificazione, ai progettisti di motori viene richiesto di garantire maggiore efficienza, prestazioni e affidabilità, gestendo al contempo cicli di sviluppo sempre più impegnativi. 

Una modellizzazione più accurata sarà fondamentale per soddisfare tali requisiti. 

CWIEME Berlin riunisce le comunità che si occupano di progettazione, materiali, produzione e ingegneria dei motori e che lavorano per affrontare queste sfide. Dibattiti come questo dimostrano perché la collaborazione tra specialisti della simulazione e ingegneri dei motori sia fondamentale: i miglioramenti nella modellazione possono influenzare direttamente le decisioni prese molto prima che un motore entri in produzione. 

Per quanto riguarda le perdite indotte dal PWM, tenere conto dei principi fisici illustrati in precedenza potrebbe aiutare gli ingegneri a individuare i problemi in anticipo, a valutare un maggior numero di opzioni progettuali e a sviluppare motori le cui prestazioni siano più vicine alle aspettative quando la simulazione diventa realtà.