Sviluppo ed applicazione di una metodologia CFD 3D per la progettazione di sistemi di raffreddamento innovativi di motori elettrici per powertrain ad alte prestazioni

Questo lavoro di tesi ha come obbiettivo principale lo studio e la caratterizzazione CFD di un sistema di raffreddamento, tramite circuito d'olio, degli avvolgimenti statorici (testate) di un motore sincrono a magneti permanenti (PMSM) di derivazione Maserati, con conseguente ottimizzazione e realizzazione di metodologia per la progettazione del sistema stesso. L'intero sistema di raffreddamento prevede una parte esterna, detta “Water Jacket” per il raffreddamento della parte centrale dello statore (Stator Core), e una parte interna. Quest'ultima parte, oggetto di studio della tesi, ਠcomposta da un circuito interno, ricavato nell'albero su cui ਠcalettato il rotore, costituito da canali al cui interno fluisce olio per trasmissione. Il sistema sfrutta l'energia cinetica rotativa del motore per far fluire l'olio all'interno dei canali e innaffiare le superfici esterne dello statore. L'intero sistema permette quindi di raffreddare sia la parte centrale che le parti terminali statoriche dette “End-Windings” o testate. Un metodo predittivo sulle temperature raggiunte dai componenti di un motore elettrico risulta cruciale nella prevenzione della demagnetizzazione dei magneti, nelle diverse condizioni operative e di fondamentale importanza per l'ottimizzazione delle condizioni operative di utilizzo del motore. L'intera analisi e ottimizzazione del sistema di raffreddamento ਠstata effettuata utilizzando un software commerciale per simulazioni fluidodinamiche Simcenter STAR-CCM+, il quale permette di predire il comportamento fluido e termodinamico del sistema di raffreddamento nelle tre dimensioni spaziali e nei transitori temporali di funzionamento. L'intero lavoro si ਠbasato sull'ottimizzazione della geometria dei canali e degli ugelli di sfogo del circuito d'olio che innaffiano le parti terminali degli avvolgimenti statorici. Questi ultimi componenti infatti, secondo misure dirette tramite sensori e metodi numerici monodimensionali, risultano essere quelle pi๠termicamente sollecitate, raggiungendo le temperature pi๠alte all'interno del motore. Un adeguato raffreddamento di questi componenti ਠpertanto cruciale per evitare perdite di efficienza e per garantire un corretto funzionamento del motore. La parte finale di questo lavoro di tesi ਠcostituita dalla realizzazione di un nuovo canale per gli ugelli in modo tale da evitare fenomeni fluidodinamici come cavitazione e formazione di spray d'olio, all'aumentare dei regimi di rotazione, che possa inficiare il raffreddamento statorico e il comportamento fluidodinamico dell'intero circuito.