IT201900018461A1 - “Componente di raffreddamento per motore elettrico” - Google Patents

Description

“Componente di raffreddamento per motore elettrico”

DESCRIZIONE

L'invenzione si riferisce - in generale - ad un componente di raffreddamento per un motore elettrico, ad es. montato su veicoli elettrici. Il componente può essere applicato vantaggiosamente soprattutto a motori elettrici ad alta potenza per veicoli, qui presi ad esempio.

I veicoli ad alta potenza hanno motori elettrici con potenze nominali di centinaia di KW, da cui la primaria esigenza di raffreddarli.

La titolare ha realizzato uno statore di un motore elettrico capace di raffreddare gli avvolgimenti in esso montati, comprendente un anello esterno, un anello interno concentrico all’anello esterno, segmenti che si estendono radialmente dall’anello interno verso l’anello esterno, ove gli anelli e i segmenti sono cavi internamente e si raccordano per formare un canale continuo al loro interno capace di trasportare un fluido di raffreddamento lungo un percorso che passa da un anello all’altro,

gli anelli e i segmenti essendo disposti per formare o delimitare delle aperture passanti in grado di accogliere e circondare gli avvolgimenti.

Per ottime prestazioni lo statore deve poter essere raffreddato molto accuratamente, e la sua costruzione deve impedire la generazioni di correnti parassite al suo interno.

Scopo principale dell’invenzione è migliorare questo stato dell’arte.

Tali scopi sono raggiunti con uno statore e/o componente e/o metodo come alle rivendicazioni allegate, in cui quelle dipendenti definiscono varianti vantaggiose.

Si propone un componente di motore elettrico configurato per raffreddare avvolgimenti in esso montati, ove il componente è fatto di un materiale formato da un aggregato di granuli rivestiti di uno strato elettricamente isolante e preferibilmente immersi in una matrice legante.

I granuli nell’aggregato sono preferibilmente metallici. I granuli nell’aggregato sono preferibilmente sostanzialmente a contatto fra loro.

In particolare si propone uno statore di motore elettrico configurato per raffreddare avvolgimenti in esso montati, ove ad es. il motore è montato su un veicolo elettrico, lo statore comprendendo

un anello esterno,

un anello interno concentrico all’anello esterno,

segmenti che si estendono radialmente dall’anello interno verso l’anello esterno,

ove gli anelli e i segmenti sono cavi internamente e si raccordano per formare un canale continuo al loro interno capace di trasportare un fluido di raffreddamento lungo un percorso che passa da un anello all’altro,

gli anelli e i segmenti essendo disposti per formare o delimitare delle aperture passanti in grado di accogliere e circondare gli avvolgimenti,

ove lo statore è fatto di un materiale formato da

granuli metallici rivestiti di uno strato elettricamente isolante e preferibilmente immersi in una matrice legante.

Con questa struttura il materiale si comporta per le correnti elettriche come un buon isolante mentre ha una buona conducibilità termica, data dalla vicinanza dei granuli.

I granuli possono essere in rame, alluminio o ferro, ossido di magnesio o nitruro di boro; diamante, argento, oro, alluminio laminato, ottone, platino, acciaio laminato, piombo, acciaio inox. In generale il materiale per i granuli ha conduttività termica λ [W·m<−1>·K<−1>] > 15, più preferibilmente λ [W·m<−1>·K<−1>] > 100, ancor più preferibilmente λ [W·m<−1>·K<−1>] > 300.

Lo strato isolante può essere uno strato di ossido, o di smalto isolante o allumina, in generale un materiale plastico o una resina.

La matrice legante può essere colla, plastica, o un polimero o una resina o un tecnopolimero. La matrice legante è opzionale, potendo una forte pressione far legare la pellicola isolante di ogni singolo granulo.

I granuli metallici possono avere ad es. un diametro massimo di 1 mm, più preferibilmente di 0,5 mm.

La percentuale relativa di granuli metallici dentro la matrice è tale per cui la maggior parte dei granuli si toccano o quasi, in modo che il calore abbia percorsi continui (le catene di granuli attaccati o vicini) su cui propagarsi.

Lo statore consente di far circolare il fluido attorno agli avvolgimenti, aumentando l’area di prelievo del calore. Inoltre, il canale continuo assicura una tenuta stagna, e si può usare l’acqua come fluido per sfruttarne l’alta capacità termica.

Preferibilmente, per semplicità costruttiva, l’anello esterno e l’anello interno descrivono una circonferenza.

Preferibilmente, per semplicità costruttiva, i segmenti sono segmenti lineari.

Preferibilmente, per semplicità costruttiva, l’anello esterno e l’anello interno giacciono sostanzialmente su un piano e sono sostanzialmente complanari.

Preferibilmente, l’anello esterno, l’anello interno e i segmenti sono gusci cavi.

Preferibilmente il canale continuo forma un percorso che compie un giro completo attorno al centro degli anelli, in modo da prelevare calore estensivamente dagli avvolgimenti.

Preferibilmente i segmenti si estendono radialmente lungo un asse passante per il centro degli anelli, e in particolare con simmetria polare rispetto a tale centro. Ne risulta che i segmenti formano per gli anelli una sorta di raggiera che lambisce vantaggiosamente i lati degli avvolgimenti a cui asporta calore.

Preferibilmente c’è più di un canale continuo all’interno dello statore, in particolare due. Canali multipli consentono uno smaltimento più veloce del calore e un bilanciamento dello smaltimento, evitando ad es. che il fluido nella parte finale di un canale sia troppo caldo per asportate calore efficacemente.

E’ conveniente che lo statore così componibile risulti un solido uniforme, ad es. per facilità di montaggio.

Una struttura preferita per i segmenti cavi di ciascuna di dette due o più parti sovrapposte e isolate tra loro è che i segmenti formino una partizione di un segmento complessivo avente spessore pari a quello di tutti gli anelli sovrapposti.

Preferibilmente, per massimizzare lo smaltimento di calore, dette aperture passanti hanno un contorno complementare al perimetro degli avvolgimenti che circondano. In particolare, la superficie del bordo interno dell’anello esterno e la superficie del bordo esterno dell’anello interno comprendono cuspidi con le punte dirette radialmente e rivolte verso le cuspidi del bordo opposto.

Un altro aspetto dell’invenzione riguarda un metodo per costruire un componente come sopra definito, in particolare uno statore di motore elettrico, in una o ciascuna variante, con il detto materiale aggregato.

Una variante del metodo ha la fase di stampare e/o compattare il detto materiale dentro uno stampo per ottenere il componente.

Un altro aspetto dell’invenzione riguarda un motore elettrico dotato dello statore o del componente come sopra definito in una o ciascuna delle varianti.

In particolare, l’invenzione è diretta preferibilmente alla realizzazione di uno statore di motore elettrico a flusso assiale, cioè un motore avente uno statore con una serie circolare di avvolgimenti, disposti attorno all’asse di rotazione di un 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.

Si propone allora in particolare un motore elettrico a flusso assiale comprendente:

rotore girevole attorno ad un asse di rotazione e dotato di una serie circolare di elementi magnetici (ad es. magneti permanenti),

uno statore comprendente una serie circolare di sedi per alloggiare una serie circolare di avvolgimenti, ciascuno in grado di creare un campo magnetico con asse l’asse polare parallelo all’asse di rotazione,

ove ciascun avvolgimento è configurato per creare un campo magnetico tramite cui mettere in rotazione il rotore grazie all’interazione magnetica tra i campi magnetici generati e la serie circolare di elementi magnetici del rotore,

ove lo statore è realizzato in una o ciascuna variante qui definita.

Un altro aspetto dell’invenzione riguarda un veicolo elettrico dotato del motore come sopra definito in una o ciascuna delle varianti.

I vantaggi dell’invenzione saranno più chiari dalla seguente descrizione di una preferita forma realizzativa di statore, riferimento facendo all’allegato disegno in cui

●Fig.1 mostra una vista tridimensionale di uno statore,

Fig.1 mostra uno statore 10 di un motore elettrico, costituito da un anello circolare esterno 30, un anello circolare interno 40 concentrico all’anello esterno 30, e da segmenti o razze rettilinee 50 che uniscono radialmente i due anelli 30, 40. L’anello esterno 30 e l’anello interno 40 hanno centro sull’asse di rotazione di un rotore (non mostrato).

Due segmenti adiacenti 50 e gli archi di anello 30, 40 da essi compresi delimitano cavità passanti 36 di perimetro complementare ad avvolgimenti montati nello statore 10.

Il numero di segmenti o razze 50 può variare, variando allora il numero di avvolgimenti.

Gli anelli 30, 40 e i segmenti 50 sono preferibilmente gusci cavi e complessivamente formano al loro interno un canale continuo per trasportare un fluido di raffreddamento, che entra nello statore 10 da un ingresso ed esce da uno scarico.

La circolazione del fluido dentro lo statore 10 avviene lungo un percorso che coinvolge almeno una volta i due anelli 30, 40 e almeno due segmenti 50. Ovvero, il fluido circola dentro lo statore 20 passando dall’anello 30 all’anello 40 tramite un segmento 50 e poi passando dall’anello 40 all’anello 30 tramite un diverso segmento 50. Durante lo scorrimento il fluido lambisce gli avvolgimenti e sottrae loro calore.

Il numero di canali per il fluido raffreddante all’interno del componente può variare, in particolare il numero di canali indipendenti. Due o più canali separati possono meglio asportare calore dagli avvolgimenti, garantendo una temperatura più uniforme di esercizio al motore.

Lo statore 10 è costruito con un particolare materiale, v. ingrandimento in fig.1.

Il materiale è composto di granuli compattati, o immersi in un legante 60. Ogni granulo è formato da un nucleo metallico 62 rivestito da uno strato o pellicola elettricamente isolante 64.

La densità di granuli nel legante 60 è tale che la distanza fra i granuli sia minima, preferibilmente che si tocchino tutti o quasi.

Così l’agglomerato dei granuli si comporta complessivamente come un buon conduttore di calore, grazie alla continuità offerta dal materiale metallico che forma i granuli ravvicinati.

Invece l’agglomerato dei granuli si comporta complessivamente come un cattivo conduttore di corrente elettrica, grazie alle proprietà isolanti dello strato 64.

Quindi lo statore 10 riesce a smaltire bene il calore generato dagli avvolgimenti senza incorrere in perdite significative causate da correnti parassite.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Componente (10) di motore elettrico configurato per raffreddare avvolgimenti in esso montati, ove il componente è fatto di un materiale formato da un aggregato di granuli rivestiti di uno strato elettricamente isolante, ove i granuli sono sostanzialmente a contatto fra loro.
2. 2. Componente (10) secondo la rivendicazione 1, in cui il materiale che compone i granuli ha conduttività termica λ [W·m<−1>·K<−1>] > 15, più preferibilmente λ [W·m<−1>·K<−1>] > 100, ancor più preferibilmente λ [W·m<−1>·K<−1>] > 300.
3. 3. Componente (10) secondo la rivendicazione 1, in cui il materiale che compone i granuli è scelto fra: rame, alluminio o ferro, ossido di magnesio o nitruro di boro; diamante, argento, oro, alluminio laminato, ottone, platino, acciaio laminato, piombo, acciaio inox.
4. 4. Componente (10) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui lo strato isolante è un materiale plastico o una resina.
5. 5. Componente (10) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui lo strato isolante è uno strato di ossido, o di smalto isolante o allumina.
6. 6. Componente (10) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui i granuli sono immersi in una matrice legante.
7. 7. Componente (10) secondo la rivendicazione 6, in cui la matrice legante è scelta fra: colla, plastica, o un polimero o una resina o un tecnopolimero.
8. 8. Componente (10) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dall’essere uno statore di motore elettrico configurato per raffreddare avvolgimenti in esso montati, lo statore comprendendo un anello esterno, un anello interno concentrico all’anello esterno, esegmenti che si estendono radialmente dall’anello interno verso l’anello esterno, ove gli anelli e i segmenti sono cavi internamente e si raccordano per formare un canale continuo al loro interno capace di trasportare un fluido di raffreddamento lungo un percorso che passa da un anello all’altro, gli anelli e i segmenti essendo disposti per formare o delimitare delle aperture passanti in grado di accogliere e circondare gli avvolgimenti.
9. 9. Componente (10) secondo la rivendicazione 8, in cui lo statore appartiene ad un motore elettrico a flusso assiale, lo statore comprendendo una serie circolare di avvolgimenti, disposti attorno all’asse di rotazione di un rotore, per generare un flusso magnetico con asse polare parallelo all’asse di rotazione del rotore, il rotore essendo dotato di magneti permanenti per interagire col campo magnetico generato.
10. 10. Metodo per costruire uno statore di motore elettrico, in cui lo statore è realizzato di un materiale formato da un aggregato di granuli metallici rivestiti di uno strato elettricamente isolante.