[en] Transverse flux machines (TFMs) are usually presented as low-speed, high-torque electrical machines with high torque density. As TFMs enable the allocation of a high number of poles, direct-drive electric vehicles emerge as a promising application for TFMs. However, high torque ripple and low power factor are major concerns for TFMs design and operation, most of them working as permanent magnet synchronous machines. The literature describes many TFM topologies regarding the stator core shape and rotor magnets, as well as design techniques with different accuracy and computation burden. TFMs structure is generally complex, thus limiting large-scale manufacturing, therefore a trade-off between good performance and simple assembly should be found. Previous analyses of TFMs focus on specific topologies and applications, and it is not possible to draw general conclusions about TFMs potential in the field of electric vehicles. In this doctoral research several TFMs have been investigated for vehicle traction applications. Firstly, analytical sizing equations for TFMs are proposed from a first-harmonic analysis, integrating the vehicle requirements given by flux-weakening operation. This analytical approach makes possible a straightforward comparison between TFMs and widely-used radial flux machines (RFMs), as sizing equations can be easily adapted to different machine topologies. The proposed model considers all main dimensions and design parameters, thus setting the basis for TFMs analysis from a general perspective. Moreover, similarity equations are presented here in order to compare TFMs with U-cores and RFMs, then two case studies are discussed regarding TFMs integration in electric vehicles, comparing their performance with analogous RFMs. As leakage flux reduction is crucial to meet the inverter specifications and flux-weakening requirements, the TFM with C-cores is introduce here Reused materials and 3D printing have been combined to build a two-phase axial-gap transverse flux machine (TPAGTFM) prototype. The TPAGTFM is designed and optimized for e-scooter traction applications as it potentially enables the combination of two major advantages of axial and transverse flux machines, i.e. short axial length and high number of poles. Moreover, the rotor has no ferromagnetic material and benefits from a simple assembly. Co-simulation models are presented in order to analyze transient performance of the TPAGTFM when the motor is driven by an inverter, and then the prototype is validated for steady state operation. Furthermore, some manufacturing defects are investigated using the finite element method. As TFMs with C-cores show good potential for leakage flux reduction, a prototype based on soft magnetic composites (SMC) is characterized with experimental tests and using the finite element method. First, the static parameters of the equivalent circuit are determined experimentally. Then, both no-load and load tests are conducted, and SMC losses are investigated using different computational models.

[es] Las máquinas de flujo transversal (MFT) se presentan habitualmente como máquinas eléctricas de baja velocidad, alto par y elevada densidad de par. Puesto que las MFT permiten la disposición de un elevado número de polos, los vehículos eléctricos de transmisión directa se plantean como una aplicación prometedora para las MFT. Sin embargo, el elevado rizado de par y bajo factor de potencia de las MFT son grandes inconvenientes para su diseño y operación, la mayoría de ellas funcionando como máquinas síncronas de imanes permanentes. La literatura describe muchas topologías de MFT respecto a la forma de los núcleos del estátor y a los imanes del rotor, así como técnicas de diseño con diferente precisión y coste computacional. La estructura de las MFT es generalmente compleja, limitando así su fabricación a gran escala, por lo que que se debe encontrar un compromiso entre buenas prestaciones y fabricación sencilla. Los análisis previos de MFT se centran en topologías y aplicaciones específicas, por lo que no es posible obtener conclusiones generales sobre el potencial de las MFT en el campo de los vehículos eléctricos. En esta investigación doctoral se han investigado varias MFT para aplicaciones de tracción de vehículos. Primeramente, se han propuesto ecuaciones analíticas de dimensionamiento a partir de un análisis de primer armónico, integrando los requerimientos del vehículo derivados de la operación con debilitamiento de flujo. Esta aproximación analítica hace posible una comparación directa entre las MFT y las bien conocidas máquinas de flujo radial (MFR), ya que las ecuaciones analíticas se pueden adaptar fácilmente a diferentes topologías. El modelo propuesto considera todas las dimensiones principales y parámetros de diseño, sentando así las bases para el análisis de las MFT desde una perspectiva general. En este sentido, se han propuesto ecuaciones de semejanza con el objeto de comparar MFT con núcleos en U y MFR, y seguidamente se discuten dos casos de estudio en relación a la integración de las MFT en vehículos eléctricos, comparando sus prestaciones con las MFR análogas. Puesto que la reducción del flujo de dispersión es crucial para cumplir con las especicaciones del inversor y los requisitos del debilitamiento de flujo, se introduce aquí la MFT con núcleos en C. Se han combinado materiales reutilizados e impresión 3D para construir un prototipo de máquina de flujo transversal de dos fases con entrehierro axial (MFTDFEA). La MFTDFEA se diseña y optimiza para la tracción de un patinete eléctrico ya que combina potencialmente dos ventajas fundamentales de las máquinas axiales y transversales: reducida longitud axial y elevado número de polos. Es más, el rotor no tiene ningún tipo de material ferromagnético y cuenta con un ensamblaje sencillo. Por otro lado, se presentan modelos de cosimulación con el objeto de analizar el régimen transitorio de la MFTDFEA cuando el motor se controla mediante un inversor, y seguidamente el prototipo se valida en régimen estacionario. También se investigan algunos defectos de fabricación mediante el método de los elementos finitos. Ya que las MFT con núcleos en C tienen un gran potencial para la reducción del flujo de dispersión, finalmente se caracteriza experimentalmente un prototipo basado en composites magnéticos blandos (SMC en inglés) mediante ensayos experimentales y utilizando el método de los elementos finitos. Primero, se determinan experimentalmente los parámetros estáticos del circuito equivalente. Después, se realizan ensayos de vacío y en carga, y se investigan las pérdidas en el SMC utilizando distintos modelos computacionales