Analisi termo-fluidodinamica del raffreddamento tramite albero di un motore elettrico.

The development of electric mobility is increasingly pushing car manufacturers to produce more compact, high-performance electric motors. However, down-sizing (the process by which the dimensions of a motor are reduced keeping unchanged the performances) leads to the increase of generated heat per volume unit. In order not to compromise the performance, active methods of heat dissipation need to be developed. Recently, the attention paid to the cooling of the rotor has increased since excessive temperatures of it can lead to a drastic reduction in electromagnetic performances and windings insulation failure. This Master Thesis reports a study in which all the different aspects involving the thermal-fluid dynamics of a cooling system have been analysed. It starts with an overview of the different cooling systems suitable for electric motors (with their advantages and their weaknesses) with specific attention to the one being analysed in the second part of the text; then the focus is moved on to the presentation of the most suitable analytical and numerical models to describe the flow occurring in the chosen system; then, the set-up of thermal-fluid dynamics simulations is described with the aim of evaluating the performances of the system under investigation; finally, the results obtained are presented, their physics is checked and they are compared with data obtained from other literature’s studies.

Lo sviluppo della mobilità elettrica spinge le case automobilistiche a produrre motori elettrici sempre più compatti e ad alte prestazioni. Tuttavia il down-sizing (processo di riduzione delle dimensioni del motore a parità di prestazioni erogate) porta ad un aumento del calore generato per unità di volume e, onde evitare di compromettere le prestazioni, è necessario sviluppare dei metodi attivi per la dissipazione del calore. Negli ultimi anni è soprattutto aumentata l'attenzione rivolta al raffreddamento del rotore in quanto eccessive temperature di quest'ultimo possono comportare una drastica riduzione delle performance elettromagnetiche e minare l’integrità strutturale degli isolamenti termici. In questo elaborato viene presentato uno studio nel quale sono stati analizzati tutti i diversi aspetti che coinvolgono la termo-fluidodinamica di un sistema di un raffreddamento. Si parte da una panoramica dei diversi sistemi di raffreddamento applicabili ai motori elettrici (con i loro pregi e limiti) con specifica attenzione su quello oggetto di analisi nella seconda parte del testo; si passa poi all'esposizione dei modelli analitici e numerici più adatti a descrivere il moto che si verifica nel sistema scelto; si descrive il processo seguito nell'impostare delle simulazioni termo-fluidodinamiche atte a valutare le prestazioni del sistema in esame; si presentano infine i risultati ottenuti, se ne valuta il senso fisico e li si confronta con dei dati ricavati da altri studi presenti in letteratura.