Come può una curva cicloidale rendere più fluido il volante elettrico?

Nel volante elettrico di un’auto, la sensazione di sterzo dipende da un motore chiamato SPMSM, cioè motore sincrono a magneti permanenti di superficie. Un problema tipico è la "cogging torque", una vibrazione che si avverte quando il rotore passa sopra le dentature dello statore. Per rendere la guida più stabile, gli ingegneri hanno ideato due trucchi: una forma magnetica a curva cicloidale e un rotore leggermente spostato (step‑skew). La curva cicloidale, simile a una spirale, modifica la distribuzione del campo magnetico e riduce le forze di attrito tra magneti e lamelle. Poi, inclinando di poco le file di magneti (step‑skew), si spezza la simmetria che genera le vibrazioni. I risultati, ottenuti con simulazioni FEM e test su prototipi, mostrano una diminuzione significativa della cogging torque e una maggiore robustezza rispetto a design tradizionali. Questo approccio promette di migliorare la risposta del volante in molte auto elettriche, rendendo la sterzata più leggera e precisa.

Il cogging torque nasce dall’interazione tra i poli magnetici permanenti del rotore e le dentature dello statore, generando una forza di attrazione periodica. La curva cicloidale, definita matematicamente da r(θ)=a+ b·cos(kθ), permette di variare localmente la larghezza del magnete, creando un gradiente di densità magnetica che smussa le variazioni di flusso. Questo approccio riduce il coefficiente di armonica dominante nella serie di Fourier del campo magnetico, abbattendo il picco di cogging. Il passo‑skew, invece, consiste nello spostare longitudinalmente le file di magneti di un angolo α, tipicamente 5–10°, interrompendo la coerenza spaziale delle forze di attrazione. L’effetto combinato è una riduzione del torque pulsante fino al 70 % rispetto al design tradizionale, come confermato da analisi FEM 3‑D con mesh di 0,2 mm e test dinamici a 2000 rpm. Inoltre, la robustezza al variare della temperatura (‑40 °C → +150 °C) è migliorata grazie alla minore sensibilità del profilo cicloidale alle variazioni di permeabilità del materiale magnetico. Questi risultati aprono la strada a motori più leggeri, con minori requisiti di controllo attivo, favorendo l’efficienza energetica nei veicoli elettrici.