IT201900014334A1

IT201900014334A1 - “Motore elettrico con smaltitore di calore”

Info

Publication number: IT201900014334A1
Application number: IT102019000014334A
Authority: IT
Inventors: Adriano Girotto; Bruno Vianello
Original assignee: Texa Dynamics S R L
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2021-02-07
Also published as: WO2021024190A1; EP4085516A1; US20220286021A1

Description

“Motore elettrico con smaltitore di calore”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad uno smaltitore di calore per motore elettrico, in particolare un motore elettrico a flusso assiale. L’invenzione si riferisce anche al motore dotato del sistema di estrazione e smaltimento di calore e ad un veicolo elettrico che monta il motore.

I veicoli elettrici, soprattutto quelli ad elevate prestazioni, montano motori elettrici molto potenti. Come tali, dissipano parecchio calore, che va smaltito. Ad es. i veicoli ad alta potenza hanno motori elettrici con potenze nominali di centinaia di KW, da cui la primaria esigenza di raffreddarli.

Di solito si usano due sistemi di raffreddamento: il bagno d’olio e il circuito ad acqua periferico. Nel bagno d’olio, mutuato dalla tecnologia dei trasformatori, le bobine del motore sono immerse in olio, il quale poi scambia calore con un circuito ad acqua separato. Il circuito ad acqua periferico è costituito da un anello percorso da acqua che si sviluppa attorno al motore.

Il difetto maggiore del bagno d’olio è la capacità termica minore rispetto all’acqua. Il difetto maggiore del circuito ad acqua periferico è la bassa invasività dell’acqua, che circola distante dalle bobine da raffreddare.

Scopo principale dell’invenzione è migliorare il presente stato dell’arte.

Lo scopo è raggiunto da quanto riportato nelle rivendicazioni allegate; vantaggiose caratteristiche tecniche sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.

Si propone un motore elettrico comprendente:

un rotore girevole attorno ad un asse di rotazione,

uno statore comprendente

una serie circolare di avvolgimenti per create un campo magnetico tramite cui mettere in rotazione il rotore, preferibilmente l’asse polare del campo magnetico è parallelo all’asse di rotazione;

un supporto dotato di una serie circolare di sedi per alloggiare gli avvolgimenti;

un elemento, montato fra un avvolgimento e una parete della rispettiva sede che lo alloggia, configurato per condurre calore dall’avvolgimento verso l’esterno dello statore onde dissipare il calore.

In particolare, l’invenzione è diretta preferibilmente ad un motore elettrico a flusso assiale, cioè un motore avente uno statore con una serie circolare di avvolgimenti, disposti attorno all’asse di rotazione del rotore, che generano un flusso magnetico con asse polare parallelo all’asse di rotazione del rotore. Questo tipo di motore ha struttura più complessa dei motori a flusso radiale ma è più leggero e piccolo a parità di potenza.

Un vantaggio del motore suddetto è che implementa un migliore raffreddamento, perché l’estrazione di calore avviene in un punto (la zona esterna degli avvolgimenti) non solo molto sollecitata termicamente ma generalmente inaccessibile ai noti sistemi di raffreddamento.

Secondo una preferita forma di realizzazione, detto elemento è metallico, ad es. fatto di Al, Cu, Au o Ag.

Secondo una preferita forma di realizzazione, detto elemento comprende una pluralità di placche concave che si estendono lungo direzioni parallele tra loro, ciascuna placca essendo configurata per essere infilata in uno spazio vuoto fra un avvolgimento e una parete della rispettiva sede che lo alloggia per sottrarre calore da questo spazio vuoto.

Così si può dissipare il calore verso l’esterno dello statore.

Secondo una più preferita forma di realizzazione, detto elemento comprende un anello e la pluralità di placche concave si estendono dall’anello ortogonalmente ad un piano immaginario in cui giace l’anello. L’anello consente di raggruppare solidalmente le placche, è facile da montare ed è sottile.

Secondo una preferita forma di realizzazione, una o ciascuna placca ha una sezione trasversale sostanzialmente costante lungo detta direzione di estensione (o in una direzione ortogonale a detto piano immaginario).

Preferibilmente la sezione trasversale sostanzialmente costante di una o ciascuna placca è un segmento arcuato.

Secondo una preferita forma di realizzazione, detta pluralità di placche concave è in numero uguale al numero delle sedi per gli avvolgimenti.

Secondo una preferita forma di realizzazione, la pluralità di placche concave, che si estendono dall’anello se presente, hanno concavità che sono tutte rivolte radialmente verso l’asse di rotazione o sono tutte rivolte verso una direzione radiale opposta all’asse di rotazione.

Secondo una preferita forma di realizzazione, il motore comprende su un lato dello statore due elementi come sopra definiti, ove

l’anello del primo elemento è posto concentrico e complanare all’anello del secondo elemento,

l’anello del primo elemento ha raggio maggiore dell’anello del secondo elemento,

le placche del primo elemento hanno concavità che sono tutte rivolte radialmente verso l’asse di rotazione, e

le placche del secondo elemento hanno concavità che sono tutte rivolte radialmente in direzione opposta all’asse di rotazione.

Un altro aspetto dell’invenzione si riferisce ad un veicolo elettrico che monta il motore, ad es. un automobile, un camion, un autocarro, o una nave. In questi casi il motore ha potenza non trascurabile e/o con sollecitazioni notevoli, ergo i vantaggi dell’invenzione sono particolarmente significativi.

Un altro aspetto dell’invenzione si riferisce ad un metodo per raffreddare un motore elettrico,

il motore elettrico comprendendo:

un rotore girevole attorno ad un asse di rotazione,

uno statore comprendente

una serie circolare di avvolgimenti per create un campo magnetico per mettere in rotazione il rotore, preferibilmente l’asse polare del campo magnetico è parallelo all’asse di rotazione; un supporto dotato di una serie circolare di sedi per alloggiare gli avvolgimenti;

con la fase di

raffreddare un avvolgimento verso l’esterno dello statore asportando calore, preferibilmente tramite conduzione termica, da un punto posto tra un avvolgimento e una parete della rispettiva sede che lo alloggia.

Una variante del metodo prevede di raffreddare un avvolgimento montando in corrispondenza di detto punto un elemento conduttore di calore che si estende da detto punto verso l’esterno dello statore.

Ulteriori vantaggi risulteranno chiari dalla descrizione seguente, che si riferisce ad un esempio di realizzazione preferito di motore in cui:

- la figura 1 mostra una vista in esploso di un motore elettrico;

- la figura 2 mostra una vista di fronte del motore;

- la figura 3 mostra una vista in sezione del motore secondo il piano II-II; - la figura 4 mostra un ingrandimento dell’area A1 in fig. 3.

Numeri uguali nelle figure indicano parti uguali o sostanzialmente uguali. Per non affollare i disegni, gli elementi uguali non sono tutti numerati.

Fig. 1 illustra un motore elettrico MC che comprende un albero 70 solidale ad un rotore 100 (mostrato in tratteggio), entrambi girevoli attorno ad un asse X.

Il motore MC ha simmetria polare attorno all’asse X.

L’albero 70 attraversa coassialmente uno statore 10 col quale si accoppia tramite cuscinetti 98 posti tra lo statore 10 e l’albero 70.

Lo statore 10 comprende un disco 20 comprendente, attorno all’asse X, una serie di razze radiali 24 che delimitano una serie circolare di aperture passanti 22 in cui sono alloggiati rispettivi avvolgimenti elettrici 12, contenenti un nucleo ferromagnetico 18, che in uso generano campi magnetici che portano in rotazione il rotore 100.

Per smaltire il calore sviluppato dagli avvolgimenti 12, il motore MC comprende quattro elementi dissipatori, ovvero due coppie per ciascun lato dello statore 10.

Ogni coppia di elementi dissipatori comprende un elemento dissipatore esterno 40, di diametro maggiore, che è concentrico e complanare a un elemento dissipatore interno 50 di diametro minore.

Ogni elemento dissipatore 40, 50 è formato rispettivamente da un anello sostanzialmente piatto 42, 52, una sorta di cornice, da cui si estende, nello stesso semi-piano e parallelamente all’asse X, una serie circolare di placche curve 44, 54.

Le placche curve 54 hanno una concavità rivolta verso l’asse X, mentre le placche curve 44 hanno una concavità rivolta in direzione opposta ortogonale all’asse X. Pertanto due placche 44, 54 affacciate hanno concavità che sono rivolte una verso l’altra.

Sugli elementi 40, 50 vi è uno stesso numero di placche curve 44, 54, e tale numero è uguale al numero di avvolgimenti 12 e aperture 22. Inoltre le placche esterne 54 sono proporzionalmente più grandi delle placche interne 44. Anche se la suddetta configurazione assicura il massimo smaltimento di calore, il numero e/o la disposizione di placche curve 44, 54 può essere diverso da quanto illustrato.

Le placche curve 44 dell’elemento 40 sono complementari ad uno spazio vuoto presente tra gli avvolgimenti 12 e il perimetro radialmente più esterno delle aperture 22, mentre le placche curve 54 dell’elemento 50 sono complementari ad uno spazio vuoto presente tra gli avvolgimenti 12 e il perimetro radialmente più interno (più vicino all’asse X) delle aperture 22.

L’elemento 40 viene montato in modo che l’anello 42 poggi su un lato dello statore 10 e le placche curve 44 finiscano tra gli avvolgimenti 12 e il perimetro radialmente più esterno delle aperture 22. A sua volta, l’elemento 50 viene montato in modo che l’anello 52 poggi sullo stesso lato dello statore 10 e le placche curve 54 finiscano tra gli avvolgimenti 12 e il perimetro radialmente più interno delle aperture 22.

Il lato opposto dello statore 10 viene equipaggiato allo stesso modo.

Le placche 44, 54 raccolgono il calore generato dagli avvolgimenti 12 e lo trasferiscono all’esterno del rotore 12 agli anelli 42, 52, i quali, rimanendo sulla superficie dei lati del rotore 12, possono smaltire il calore in aria e/o cederlo all’adiacente rotore e/o ad un circuito di fluido refrigerante (non mostrato). Gli elementi 40, 50 fungono allora come una sorta di alettatura equivalente per gli avvolgimenti 12.

Come variante si può impiegare un diverso numero di elementi dissipatori, ad es. una sola coppia o uno solo per lato dello statore.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Motore elettrico (MC) comprendente: un rotore (100) girevole attorno ad un asse di rotazione (X), uno statore (10) comprendente una serie circolare di avvolgimenti (12) per create un campo magnetico tramite cui mettere in rotazione il rotore; un supporto (20) dotato di una serie circolare di sedi (22) per alloggiare gli avvolgimenti; un elemento (40, 50), montato fra un avvolgimento (12) e una parete della rispettiva sede (22) che lo alloggia, configurato per condurre calore dall’avvolgimento verso l’esterno dello statore onde dissipare il calore.
2. Motore elettrico (MC) secondo la rivendicazione 1, in cui detto elemento è metallico, ad es. fatto di Al, Cu, Au o Ag.
3. Motore elettrico (MC) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto elemento comprende una pluralità di placche concave (44, 54) che si estendono lungo direzioni parallele tra loro, ciascuna placca (44, 54) essendo configurata per essere infilata in uno spazio vuoto fra un avvolgimento (12) e una parete della rispettiva sede (22) che lo alloggia per sottrarre calore da questo spazio vuoto.
4. Motore elettrico (MC) secondo la rivendicazione 3, in cui detto elemento comprende un anello (42, 52) e la pluralità di placche concave (44, 54) si estendono dall’anello ortogonalmente ad un piano immaginario in cui giace l’anello.
5. Motore elettrico (MC) secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui una o ciascuna placca (44, 54) ha una sezione trasversale sostanzialmente costante lungo detta direzione di estensione.
6. Motore elettrico (MC) secondo la rivendicazione 3 o 4 o 5, in cui la pluralità di placche concave hanno concavità che sono tutte rivolte radialmente verso l’asse di rotazione (X) o sono tutte rivolte verso una direzione radiale opposta all’asse di rotazione (X).
7. Motore elettrico (MC) secondo la rivendicazione 4 o 5 o 6, comprendente su un lato dello statore due elementi come sopra definiti, ove l’anello (42) del primo elemento è posto concentrico e complanare all’anello (52) del secondo elemento, l’anello (42) del primo elemento ha raggio maggiore dell’anello (52) del secondo elemento, le placche (44) del primo elemento hanno concavità che sono tutte rivolte radialmente verso l’asse di rotazione (X), e le placche (54) del secondo elemento hanno concavità che sono tutte rivolte radialmente in direzione opposta all’asse di rotazione (X).
8. Metodo per raffreddare un motore elettrico, il motore elettrico comprendendo: un rotore (100) girevole attorno ad un asse di rotazione (X), uno statore (10) comprendente una serie circolare di avvolgimenti (12) per create un campo magnetico per mettere in rotazione il rotore; un supporto (20) dotato di una serie circolare di sedi (22) per alloggiare gli avvolgimenti; con la fase di raffreddare un avvolgimento (12) verso l’esterno dello statore asportando calore da un punto posto tra un avvolgimento e una parete della rispettiva sede che lo alloggia.
9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui si raffredda un avvolgimento montando in corrispondenza di detto punto un elemento conduttore di calore che si estende da detto punto verso l’esterno dello statore.
10. Metodo secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui detto elemento è metallico, ad es. fatto di Al, Cu, Au o Ag.