Vista la crescente domanda di mezzi di trasporto a propulsione ettrica o ibrida, ad oggi si ha sempre più necessità di disporre di azionamenti elettrici aventi una elevata efficienza, elevata affidabilità in dimensioni e pesi sempre più ridotti. Ovviamente, questi requisiti spesso sono conflittuali e non sempre sono facilmente raggiungibili contemporaneamente. In questo progetto si vuole sviluppare un nuovo concetto di integrazione di macchina e convertitore che, unito all'adozione di una nuova metodologia progettuale e di nuovi materiali come carburi carburi di Silicio o nitruri di Gallio, mira a soddisfare tali requisisti. La struttura della macchina elettrica che si vuole adottare e la particolare geometria scelta per l'integrazione, inoltre consente di abbattere i costi di produzione dell'oggetto finale, suscitando così maggiore interesse anche dal punto di vista commerciale.
Il carattere innovativo della ricerca si basa sull'integrazione funzionale di un convertitore con un motore elettrico in un unico circuito stampato avente una struttura modulare. Tale integrazione è finalizzata alla riduzione dei pesi, all'aumento dell'efficienza ma anche alla semplicità realizzativa e progettuale, garantendo così minori costi di progettazione, produzione ma anche di esercizio, sia a livello di azionamento che a livello di sistema.
Nel campo dei veicoli elettrici, sia che si parli di micro-mobilità che di trasporto aeronavale, in generale i requisiti fondamentali dei sistemi di potenza presenti al loro interno, come ad esempio gli azionamenti elettrici adibiti alla propulsione o alla generazione di bordo, sono efficienza, leggerezza e affidabilità. L'integrazione convertitore-motore nel campo della trazione elettrica già oggi trova riscontri applicativi con l'impiego di convertitori e motori elettrici di tipo convenzionale, dove il termine convenzionale sta a specificare convertitori elettronici basati sulla consolidata tecnologia a IGBT al Silicio e, nel campo delle macchine elettriche, motori asincroni, sincroni a magneti permanenti o a riluttanza, tutti caratterizzati da avere circuiti magnetici in lamierino; la frequenza di alimentazioni di questi motori impiegati nella trazione e qualche centinaio di Hz e per la loro alimentazione vengono impiegati convertitori commutati al massimo a qualche decina di kHz. E' noto che per ottenere caratteristiche di compattezza e leggerezza di una macchina elettrica, la direzione progettuale è quella di aumentarne il numero di coppie polari che, per una assegnata velocità di rotazione, significa aumentarne la frequenza elettrica di alimentazione. Esempi applicativi si trovano sulla generazione elettrica a bordo di aerei effettuata con alternatori a 400 Hz. Per poter salire ulteriormente con le frequenze di alimentazione contenendo però le perdite è indispensabile adottare una struttura con materiali sinterizzati ad elevata induzione di saturazione o una struttura che non prevede la presenza di materiali magneti fonte di perdite dipendenti dalla frequenza. Questa seconda scelta dunque elimina del tutto le barriere associate alla frequenza di funzionamento e contemporaneamente consente di ridurre le perdite in valore assoluto, il tutto senza inficiare le prestazioni complessive. L'unico svantaggio che si potrebbe individuare risiede nel fatto che, per via della maggiore riluttanza del circuito magnetico, si ha una maggiore quantità di magnete rispetto alle macchine elettriche tradizionale. Tuttavia, l'alimentazione di queste innovative macchine elettriche a frequenze dell'ordine di alcuni kHz non può essere effettuata con convertitori convenzionali in cui le basse frequenze di commutazioni ammissibili per i componenti elettronici porterebbero a contenuti armonici elevati nelle forme d'onda d'alimentazione della macchina, con conseguente decadimento delle prestazioni. In questa problematica si inserisce uno degli aspetti innovativi della ricerca, cioè l'impiego di interruttori elettronici commutabili ad alta frequenza, che rappresentano l'unica soluzione per alimentare correttamente le macchine elettriche in riferimento.
Il secondo aspetto che più contraddistingue il progetto di ricerca è l'integrazione e la modularità dei due apparati di potenza. Da un lato la modularità assicura la scalabilità di macchina e convertitore in termini di potenza e dimensioni garantendo un'elevata flessibilità di progetto, dall'altra garantisce una affidabilità e resilienza al guasto di notevole riguardo. L'integrazione invece semplifica anch'esso la produzione e l'assemblaggio abbattendo i costi e, allo stesso tempo, consente di ottenere densità di potenza ragguardevoli.