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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, è composta da un circuito interno, ricavato nell’albero su cui è calettato 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 è stata 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 è basato 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 più termicamente sollecitate, raggiungendo le temperature più alte all’interno del motore. Un adeguato raffreddamento di questi componenti è pertanto cruciale per evitare perdite di efficienza e per garantire un corretto funzionamento del motore.
La parte finale di questo lavoro di tesi è costituita 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.

This thesis has the main objective of the CFD study and characterization of a cooling system, through an oil circuit, of the stator windings of a permanent magnet synchronous motor (PMSM) from Maserati, with the optimization and implementation of a methodology for the design of the cooling system. The entire cooling effect is composed by an external part, called "Water Jacket" for the cooling of the stator core, and an internal part. The latter part, object of the thesis , is composed by an internal circuit, obtained in the shaft on which the rotor is keyed, integrated by channels inside which transmission oil flows. The system uses the rotary kinetic energy of the motor to make everything flow inside the channels and to water the external surfaces of the stator. The entire system therefore allows to cool both stator core and the End-Windings. A predictive method for the temperatures reached by the components of an electric motor is crucial in preventing the demagnetization of the magnets, along the various operating conditions, and is of fundamental importance for the optimization of the operating conditions of the motor. The entire analysis and optimization of the cooling system was carried out using commercial software for fluid dynamic simulations Simcenter STAR-CCM +, which allows to predict the fluid and thermodynamic behavior in the three spatial dimensions and in temporal transients. The whole work was based on the optimization of the channel geometry and the outlet nozzles of the oil circuit which water the end parts of the stator windings. In fact, these latter components, according to direct measurements through sensors and one-dimensional numerical methods, are the most thermally stressed, reaching the highest temperatures inside the motor. Adequate cooling of these components is therefore crucial to avoid efficiency losses and to ensure proper engine operation. The final part of this thesis is based on the creation of a new channel for the nozzles in order to avoid fluid dynamic phenomena such as cavitation and the formation of oil sprays which can affect the stator cooling and the fluid dynamic behavior of the entire circuit.