Il progetto ha come obiettivo la studio di un azionamento elettrico modulare integrato per la propulsione di eliche utilizzate in droni di elevata potenza. L'azionamento, della taglia di circa 1kW , è costituito da un motore elettrico ad alta frequenza di alimentazione, direttamente accoppiato all'elica, e da un apparato di conversione, per l'alimentazione del motore dalla batteria di accumulatori elettrochimici, integrato nella stessa carcassa che svolge anche funzioni di supportazione meccanica dell'elica all'estremità dei bracci di cui è munito il drone. Il drone impiega una pluralità dei suddetti azionamenti e quindi di eliche per raggiungere la capacità di portanza necessaria per il trasporto di oggetti.
Il carattere innovativo della ricerca si basa sull'integrazione funzionale di un convertitore con un motore elettrico, finalizzata alla realizzazione di un azionamento ad elevata frequenza di alimentazione per una particolare applicazione in un veicolo elettrico aereo.
Nel campo dei veicoli elettrici in generale, ma ancor più in quello dei veicoli elettrici aerei, i requisiti fondamentali del power-train, e quindi dell'azionamento elettrico che ne costituisce la parte fondamentale, sono efficienza e leggerezza. 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 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 raggiunge 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.
Frequenze di funzionamento elevate hanno un impatto importante sul comportamento dei materiali magnetici con cui si costruiscono le macchine elettriche: i due fenomeni legati alla magnetizzazione alternativa ad alta frequenza, cioè l'isteresi magnetica e le correnti parassite, determinano perdite di potenza rilevanti nel materiale magnetico, con conseguente sviluppo di calore. La recente disponibilità commerciale di materiali magnetici sinterizzati ad elevata induzione di saturazione (1.5-1.7 T), costituiti da microgranuli di ferro singolarmente isolati con resine che, una volta stampati, permettono di realizzare elementi massicci di circuiti magnetici, ha aperto la strada verso configurazioni innovative di macchine elettriche in cui il campo magnetico può svilupparsi su percorsi tridimensionali resi possibili dalla isotropia del circuito magnetico sinterizzato e la magnetizzazione ad elevata frequenza nel materiale sinterizzato non produce effetti dissipativi considerevoli poiché le correnti parassite vengono fortemente inibite dall'isolamento elettrico interposto fra i singoli granuli del materiale magnetico. Si sono in questo modo raggiunte densità di coppia notevoli anche per macchine elettriche di piccole dimensioni, che da 1.2-1.5 Nm/kg di materiale attivo, hanno raggiunto i 3-4 Nm/kg.
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 l'altro aspetto innovativo 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. L'integrazione dei due apparati è resa necessaria dal fatto che, in questo campo di frequenze, non è possibile mantenere fisicamente separato il convertitore dal motore elettrico ed utilizzare una lunga connessione in cavo per l'alimentazione elettrica; l'integrazione proposta va nella direzione di avvicinare il più possibile convertitore e motore realizzando un elemento modulare composto da un ramo del convertitore interconnesso con una fase del motore. L'elemento modulare così ottenuto viene replicato per il raggiungimento delle prestazioni nominali dell'azionamento, conservando una simmetria geometrica fra convertitore e macchina che risolve anche le problematiche di compatibilità elettromagnetica.