IT201800004700A1

IT201800004700A1 - STATORS FOR ROTATING ELECTRIC MACHINES WITH INNOVATIVE WINDINGS MADE VIA FLUID COOLED CABLE CONDUCTORS

Info

Publication number: IT201800004700A1
Application number: IT102018000004700A
Authority: IT
Inventors: Mario Burigo; Gianni Santareli; Mascio Fabrizia Di
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2019-10-20

Description

STATORI PER MACCHINE ELETTRICHE ROTANTI CON INNOVATIVI AVVOLGIMENTI REALIZZATI TRAMITE CONDUTTORI CAVI RAFFREDDATI A FLUIDO. STATORS FOR ROTATING ELECTRICAL MACHINES WITH INNOVATIVE WINDINGS MADE VIA FLUID COOLED CABLE CONDUCTORS.

STATO DELL'ARTE STATE OF THE ART

La continua ricerca di macchine rotanti elettriche con rapporti potenza / peso più elevati ha portato a vari sviluppi per cercare di mantenere i loro componenti critici entro intervalli di temperatura accettabili. Le cause principali di riscaldamento negli statori sono l'effetto Joule nei conduttori di avvolgimento e le correnti parassite nei nuclei ferromagnetici. Esistono molti modi per fornire lo scambio termico necessario, utilizzando sistemi con raffreddamento ad aria o liquido. L'energia termica viene trasferita principalmente per convezione dai componenti riscaldati al fluido. La transizione di fase non viene solitamente impiegata. The ongoing search for electric rotating machines with higher power-to-weight ratios has led to various developments to try to keep their critical components within acceptable temperature ranges. The main causes of heating in stators are the Joule effect in winding conductors and eddy currents in ferromagnetic cores. There are many ways to provide the necessary heat exchange, using systems with air or liquid cooling. Thermal energy is mainly transferred by convection from the heated components to the fluid. Phase transition is not usually used.

La macchina più semplice usa come fluido l'aria circostante senza ventilazioni forzate. Altre macchine utilizzano un sistema di raffreddamento a liquido forzato con acqua, soluzioni acquose, olio e altri fluidi con alto punto di ebollizione ed elevata stabilità chimica alle temperature di esercizio. Questi sistemi di raffreddamento a liquido hanno circuiti termici in alcune parti della macchina. Anche il trasferimento di calore per conduzione e radiazione può contribuire al raffreddamento. Un compromesso tra le varie alternative possibili viene solitamente effettuato nella progettazione di una specifica macchina elettrica. Per densità di potenza elevata viene spesso scelto un sistema di raffreddamento a liquido. Molte volte le macchine elettriche ad alta densità possono sfruttare la loro potenza di picco, che è considerevolmente superiore alla potenza nominale continua, solo per brevi periodi di tempo a causa delle difficoltà di dissipare il calore in eccesso prodotto ai valori di picco. The simplest machine uses the surrounding air as fluid without forced ventilation. Other machines use a forced liquid cooling system with water, aqueous solutions, oil and other fluids with high boiling point and high chemical stability at operating temperatures. These liquid cooling systems have thermal circuits in some parts of the machine. Conduction and radiation heat transfer can also contribute to cooling. A compromise between the various possible alternatives is usually made in the design of a specific electrical machine. For high power density a liquid cooling system is often chosen. Many times high-density electrical machines can harness their peak power, which is considerably higher than the continuous rated power, for only short periods of time due to the difficulty of dissipating excess heat produced at peak values.

Per quanto riguarda i conduttori elettrici nell’arte nota è possibile trovare documenti tecnici relativi a conduttori cavi raffreddati ma essi presentano differenze sostanziali con la presente invenzione. With regard to electrical conductors, in the known art it is possible to find technical documents relating to cooled hollow conductors but they present substantial differences with the present invention.

Ad esempio, l'applicazione CN106847377, Fig. 1a descrive un cavo raffreddato ad aria ad alta temperatura comprendente un tubo interno ed un tubo esterno con una pluralità di conduttori interposti tra i tubi. In particolare, in Fig.1a sono mostrati i seguenti elementi: 1. Filo rame, 2. Tubo interno, 3. Tubo esterno, 4. Tubo conduttore, 5. Strato isolante ad alta temperatura, 6. Strato di gomma siliconica alta temperatura, 7 Strato esterno di isolamento ad alta temperatura, 8.Strato esterno di acciaio inossidabile a zigzag. For example, application CN106847377, Fig. 1a describes a high temperature air-cooled cable comprising an inner tube and an outer tube with a plurality of conductors interposed between the tubes. In particular, the following elements are shown in Fig.1a: 1. Copper wire, 2. Internal tube, 3. External tube, 4. Conducting tube, 5. High temperature insulation layer, 6. High temperature silicone rubber layer, 7 Outer layer of high temperature insulation, 8. Outer layer of zigzag stainless steel.

L'applicazione CN106910553, fig.1b, descrive un filo di alluminio raffreddato cavo, comprendente un tubo di raffreddamento in acciaio inossidabile non magnetico, conduttori principali di alluminio, linee di spessore di alluminio e strati isolanti. In particolare, in Fig.1b sono mostrati i seguenti elementi: 1. Tubo di raffreddamento in acciaio inossidabile non magnetico, 2. linea principale in alluminio puro, 3. linea di alluminio puro, 4. strato isolante. Application CN106910553, fig.1b, describes a hollow cooled aluminum wire, comprising a non-magnetic stainless steel cooling tube, aluminum main conductors, aluminum shim lines and insulating layers. In particular, in Fig.1b the following elements are shown: 1. Cooling tube in non-magnetic stainless steel, 2. main line in pure aluminum, 3. line in pure aluminum, 4. insulating layer.

Tuttavia, la differenza sostanziale tra queste soluzioni e quella mostrata nella presente domanda di brevetto è che descrivono cavi multipolari, in cui i conduttori elettrici non sono cavi e vi sono tubi dedicati per il raffreddamento con altri elementi complementari. However, the substantial difference between these solutions and the one shown in the present patent application is that they describe multipolar cables, in which the electrical conductors are not hollow and there are dedicated tubes for cooling with other complementary elements.

OGGETTO E SOMMARIO DELL’INVENZIONE OBJECT AND SUMMARY OF THE INVENTION

Scopo della presente invenzione è un avvolgimento innovativo, per statori di macchine elettriche rotanti, opportunamente progettato per fornire sia conduzione elettrica che termica, che risolve alcuni inconvenienti dell’arte nota e apporta ulteriori vantaggi alle macchine elettriche. In particolare, questa combinazione innovativa di conduzione dovrebbe rendere più semplice la costruzione di macchine elettriche ad alta densità di potenza. The purpose of the present invention is an innovative winding, for stators of rotating electrical machines, suitably designed to provide both electrical and thermal conduction, which solves some drawbacks of the known art and brings further advantages to electrical machines. In particular, this innovative combination of conduction should make it easier to build high-power-density electrical machines.

Questi ed altri scopi sono raggiunti per mezzo di un sistema dotato con le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, che sono parte integrante della presente descrizione. These and other objects are achieved by means of a system equipped with the characteristics of the attached claims, which are an integral part of the present description.

L'idea di base della presente invenzione è una macchina rotante elettrica il cui statore (i) comprende conduttori di avvolgimento cavi che utilizzano il materiale conduttivo per condurre la corrente elettrica e l'area cava per far circolare un fluido di raffreddamento. In questo modo il fluido di raffreddamento può trasferire sia il calore prodotto dall'effetto joule nel materiale conduttivo sia quello generato nel nucleo ferromagnetico, attorno al quale sono avvolti i conduttori cavi. Una parte del circuito termico è infatti costituita dagli stessi conduttori di avvolgimento cavi. Questi conduttori di avvolgimento cavi avranno terminazioni che potranno essere connesse, tramite opportuni elementi di interfaccia, ai circuiti esterni per trasferire: The basic idea of the present invention is an electric rotary machine whose stator (i) comprises hollow winding conductors that use the conductive material to conduct the electric current and the hollow area to circulate a cooling fluid. In this way the cooling fluid can transfer both the heat produced by the joule effect in the conductive material and that generated in the ferromagnetic core, around which the hollow conductors are wound. A part of the thermal circuit is in fact made up of the cable winding conductors themselves. These cable winding conductors will have terminations that can be connected, through suitable interface elements, to external circuits to transfer:

- il flusso di corrente elettrica tra i conduttori di avvolgimento e i conduttori del circuito elettrico esterno e, - the flow of electric current between the winding conductors and the conductors of the external electric circuit and,

- il flusso del fluido di raffreddamento tra gli avvolgimenti cavi ed i tubi o tubi flessibili del circuito termico esterno e poi alla/e pompa/e e al/i radiatore/i. - the flow of the cooling fluid between the cable windings and the pipes or hoses of the external thermal circuit and then to the pump (s) and the radiator (s).

Inoltre, un conduttore cavo è vantaggioso in altri modi. Innanzitutto, a frequenza finita, l'effetto pelle spinge la densità di corrente verso il diametro esterno di qualsiasi conduttore e il materiale interno del metallo viene usato meno per la conduzione elettrica. In secondo luogo, un maggiore diametro efficace del conduttore permette campi magnetici più bassi nella zona di maggiore densità di corrente e quindi a una più piccola autoinduttanza parassitica. Terzo, il più grande diametro efficace del conduttore è anche vantaggioso perché porta a campi elettrici inferiori sulla superficie del conduttore e riduce la quantità dell’effetto corona. Furthermore, a hollow conductor is advantageous in other ways. First, at finite frequency, the skin effect pushes the current density towards the outer diameter of any conductor and the inner material of the metal is used less for electrical conduction. Secondly, a larger effective conductor diameter allows for lower magnetic fields in the area of higher current density and therefore a smaller parasitic self-inductance. Third, the larger effective diameter of the conductor is also advantageous because it leads to lower electric fields on the surface of the conductor and reduces the amount of the corona effect.

Questa combinazione di conduzione elettrica e termica è adatta a macchine a rotazione elettrica con densità di potenza più elevate grazie al migliore sfruttamento del materiale dei conduttori nella macchina. I conduttori di avvolgimento rappresentano infatti una parte sostanziale del peso complessivo della macchina. Con il sistema proposto viene utilizzata solo la sezione dei conduttori esterna attorno alla cavità e questa è la sezione in cui la corrente tende ad andare comunque anche su conduttori solidi. I conduttori cavi forniscono loro stessi la parte principale del circuito di scambio termico (tubi di avvolgimento). Inoltre, la densità di corrente nei conduttori può essere aumentata grazie all'effettivo raffreddamento forzato disponibile su gran parte dei conduttori. This combination of electrical and thermal conduction is suitable for electrically rotating machines with higher power densities due to the better utilization of the conductor material in the machine. The winding conductors in fact represent a substantial part of the overall weight of the machine. With the proposed system, only the external conductor section around the cavity is used and this is the section in which the current tends to go anyway even on solid conductors. Hollow conductors themselves provide the main part of the heat exchange circuit (winding tubes). Additionally, the current density in conductors can be increased due to the effective forced cooling available on most conductors.

Il coefficiente di scambio termico convettivo è fortemente influenzato dalle condizioni del moto, in particolare dalla velocità del fluido. Nel sistema proposto la circolazione forzata del fluido fornisce la velocità desiderata mentre in convezione naturale o libera è la differenza di temperatura tra la parete e il fluido che più influenza il movimento e quindi il coefficiente di scambio termico. The convective heat transfer coefficient is strongly influenced by the motion conditions, in particular by the fluid velocity. In the proposed system, the forced circulation of the fluid provides the desired speed while in natural or free convection it is the temperature difference between the wall and the fluid that most influences the movement and therefore the heat exchange coefficient.

Le capacità di trasferimento del calore del sistema termico dipendono anche dal tipo di fluido utilizzato e dall'area di scambio disponibile, che in questo caso comprende l'intera superficie interna dei conduttori cavi dell'avvolgimento. La scelta corretta di questi elementi e della velocità del fluido nei conduttori cavi offre un'ampia gamma di possibilità per raffreddare i componenti critici degli statori della macchina elettrica. Possono essere utilizzati anche fluidi che cambiano fase a determinate temperature. The heat transfer capabilities of the thermal system also depend on the type of fluid used and the available exchange area, which in this case includes the entire internal surface of the hollow conductors of the winding. The correct choice of these elements and the fluid velocity in the hollow conductors offers a wide range of possibilities for cooling the critical components of the electrical machine stators. Fluids that change phase at certain temperatures can also be used.

I conduttori dell’avvolgimento sono isolati elettricamente l'uno dall'altro e dal nucleo ferromagnetico; questo di solito è fatto con un rivestimento sulla superficie esterna dei conduttori o con una spaziatura corretta tra le spire. Il circuito elettrico comprenderà alle terminazioni di avvolgimento elementi conduttivi elettrici per dare continuità ai circuiti elettrici e connettere le terminazioni dei conduttori di avvolgimento cavi ai conduttori del circuito elettrico esterno e poi alle proprie fasi. The winding conductors are electrically isolated from each other and from the ferromagnetic core; this is usually done with a coating on the outer surface of the conductors or with proper spacing between the turns. The electrical circuit will include electrical conductive elements at the winding terminations to give continuity to the electrical circuits and connect the terminations of the cable winding conductors to the conductors of the external electrical circuit and then to their own phases.

Il circuito termico comprenderà agli estremi dell’avvolgimento delle terminazioni per connettere i conduttori di avvolgimento tubi o tubi flessibili del circuito esterno che portano il flusso di fluido termico a pompe e radiatori e completano i loro rispettivi circuiti. The thermal circuit will include terminations at the ends of the winding to connect the pipe winding conductors or hoses of the external circuit that carry the flow of thermal fluid to pumps and radiators and complete their respective circuits.

Anche se la conduttività elettrica di molti fluidi utilizzati come vettori termici è bassa, tuttavia questa conduttività deve essere compatibile con la densità di corrente e il campo elettrico presente nella macchina. Although the electrical conductivity of many fluids used as thermal carriers is low, however this conductivity must be compatible with the current density and the electric field present in the machine.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

L'invenzione verrà descritta nel seguito con riferimento a esempi non limitativi forniti a titolo esplicativo e non limitativo dei disegni allegati. Questi disegni mostrano alcuni aspetti e forme di realizzazione della presente invenzione e, ove necessario, numeri di riferimento che indicano strutture, componenti, materiali e/o elementi strutturali simili nelle varie figure, sono indicati con lo stesso numero di riferimento. The invention will be described below with reference to non-limiting examples provided by way of non-limiting explanation of the attached drawings. These drawings show some aspects and embodiments of the present invention and, where necessary, reference numbers indicating similar structures, components, materials and / or structural elements in the various figures, are indicated with the same reference number.

La Fig.1a e la Fig.1b sono viste in sezione di conduttori cavi dell’arte nota. Fig.1a and Fig.1b are sectional views of hollow conductors of the known art.

La figura 2 è una vista prospettica di parte di uno statore di una macchina a flusso assiale. Figure 2 is a perspective view of part of a stator of an axial flux machine.

Fig. 2b è una vista in sezione della parte dello statore. Fig. 2b is a sectional view of the stator part.

La figura 3 mostra tre esempi di possibili conduttori cavi. Figure 3 shows three examples of possible hollow conductors.

La Fig.4 è una vista prospettica di un esempio di interfacce elettriche e termiche. Fig.4 is a perspective view of an example of electrical and thermal interfaces.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Sebbene l'invenzione sia suscettibile di numerose modifiche e costruzioni alternative, alcune delle sue forme di realizzazione preferite sono mostrate nei disegni e saranno descritte in dettaglio nel seguito. Tuttavia, è da intendersi che la presente invenzione non è limitata alle forme di realizzazione mostrate, ma al contrario, l'invenzione è intesa a coprire tutte le modifiche, costruzioni alternative ed equivalenti entro l'ambito dell'invenzione come rivendicato. Although the invention is susceptible of numerous modifications and alternative constructions, some of its preferred embodiments are shown in the drawings and will be described in detail below. However, it is to be understood that the present invention is not limited to the embodiments shown, but conversely, the invention is intended to cover all modifications, alternative and equivalent constructions within the scope of the invention as claimed.

Le parole o le frasi "per esempio", "ecc.", "o" indicano alternative non esclusive e senza limitazione, se non diversamente specificato. La parola "comprende" significa "comprende ma non limitato a", a meno che non sia diversamente indicato e la parola "include" significa "include ma non limitato a", se non diversamente specificato. The words or phrases "for example", "etc.", "or" indicate non-exclusive and without limitation alternatives, unless otherwise specified. The word "includes" means "includes but not limited to", unless otherwise indicated and the word "includes" means "includes but not limited to", unless otherwise specified.

La parola "macchina" si riferisce sia al motore che al generatore. The word "machine" refers to both the engine and the generator.

La parola “statore” o "elettromagnete" o "bobina" o "bobina elettromagnetica" è intesa includere la parte di circuito magnetico il/i conduttore/i indotti o induttori avvolto/i nella forma di una bobina, spirale o elica e il nucleo ferromagnetico attorno al quale detti conduttori sono avvolti. La parola “statore” è anche intesa includere statori disposti in vari modi: esternamente, internamente, assialmente. The word "stator" or "electromagnet" or "coil" or "electromagnetic coil" is intended to include the portion of the magnetic circuit the induced conductor (s) or inductor (s) wound in the form of a coil, spiral or helix and the core ferromagnetic around which said conductors are wound. The word "stator" is also intended to include stators arranged in various ways: externally, internally, axially.

La locuzione "conduttori cavi" comprende conduttori cavi circolari nonché conduttori cavi con forme di sezione trasversale ed esterne diverse da quelle circolari. I termini "tubi di avvolgimento" e "conduttori di avvolgimento" comprendono i conduttori cavi elettrici avvolti attorno al nucleo ferromagnetico. The term "hollow conductors" includes circular hollow conductors as well as hollow conductors with cross-sectional and external shapes other than circular ones. The terms "winding tubes" and "winding conductors" include electrical cable conductors wrapped around the ferromagnetic core.

La locuzione "terminazione degli avvolgimenti" intende comprendere l'inizio e/o la fine della parte del/i conduttore/conduttori utilizzati per l'avvolgimento. The term "termination of the windings" is intended to include the beginning and / or the end of the part of the conductor (s) used for the winding.

Il termine "esterno" intende comprendere la parte dei circuiti o sistemi elettrici e/o termici che sono collegati ai conduttori di avvolgimento. The term "external" is intended to include the portion of the electrical and / or thermal circuits or systems which are connected to the winding conductors.

Nelle figure e nella descrizione degli elementi viene utilizzato un sistema di coordinate ortogonali indicato dalle lettere x, y e z dove l'asse y è orientato lungo la locale direzione radiale e l'asse z è parallelo all'asse di rotazione della macchina. In the figures and in the description of the elements, an orthogonal coordinate system is used, indicated by the letters x, y and z where the y axis is oriented along the local radial direction and the z axis is parallel to the rotation axis of the machine.

In generale, è descritto qui un avvolgimento innovativo, per statori di macchine elettriche rotanti, opportunamente progettati per fornire una conduzione sia elettrica che termica che comprende conduttori cavi avvolti attorno ai nuclei ferromagnetici. Questi conduttori cavi utilizzano il materiale conduttivo per condurre la corrente elettrica e l'area vuota per far circolare un fluido di raffreddamento. In general, an innovative winding is described here, for stators of rotating electrical machines, suitably designed to provide both electrical and thermal conduction which comprises hollow conductors wrapped around ferromagnetic cores. These hollow conductors use the conductive material to conduct electrical current and the void area to circulate a cooling fluid.

La descrizione viene eseguita per una macchina elettrica rotante a flusso assiale con statore senza giogo, ma è applicabile a qualsiasi macchina elettrica, a flusso radiale, assiale od obliquo, con statore senza giogo o con giogo. Queste macchine possono includere uno o più statori e uno o più rotori. The description is carried out for an axial flow rotating electric machine with stator without yoke, but it is applicable to any electric machine, with radial, axial or oblique flow, with stator without yoke or with yoke. These machines may include one or more stators and one or more rotors.

La figura 2 è una vista prospettica di alcuni elementi di uno statore di una macchina a flusso assiale costruita e disposta secondo il principio dell'invenzione. In particolare, è indicato un elettromagnete 10 comprendente il nucleo 12 e i conduttori di avvolgimento cavi 11 con le terminazioni di avvolgimento 111. Lo statore in generale comprende uno o più di detti elettromagneti 10 disposti circolarmente intorno all’asse di rotazione della macchina. I conduttori 11 forniscono sia la conduzione elettrica che la conduzione termica. Figure 2 is a perspective view of some elements of a stator of an axial flux machine constructed and arranged according to the principle of the invention. In particular, an electromagnet 10 is indicated comprising the core 12 and the cable winding conductors 11 with the winding terminations 111. The stator in general comprises one or more of said electromagnets 10 arranged circularly around the rotation axis of the machine. Conductors 11 provide both electrical conduction and thermal conduction.

La figura 2a mostra una sezione dell'elettromagnete 10 su un piano perpendicolare all'asse y dove è possibile vedere la sezione del nucleo 12, che in questo caso include scrpe 12 per estendere le terminazioni polari, e le sezioni dei conduttori cavi 11. Nell'esempio di Fig.2a il conduttore cavo ha sia la sezione cava 11a, sia la sezione esterna di forma circolare. Tuttavia, per gli avvolgimenti è possibile utilizzare conduttori cavi con sezione trasversale di forme diverse, ad esempio quadrata, rettangolare, ecc. Fig.2a mostra come esempio un nucleo 12 con cinque spire di un conduttore cavo circolare 11. In generale potrebbero esserci uno o più giri di un conduttore cavo avvolto attorno a ciascun nucleo o potrebbero esserci uno o più giri di uno o più conduttori cavi in parallelo, avvolti attorno ad ogni nucleo. Inoltre, la Fig.2a mostra un esempio di un singolo "strato" di conduttori cavi ma potrebbero esserci due o più strati a seconda della configurazione scelta. I conduttori cavi possono comprendere un rivestimento isolante elettrico sulla loro superficie esterna e/o i conduttori possono essere distanziati l'uno dall'altro per fornire l'isolamento elettrico necessario. Figure 2a shows a section of the electromagnet 10 on a plane perpendicular to the y axis where it is possible to see the section of the core 12, which in this case includes scrpe 12 to extend the polar terminations, and the sections of the hollow conductors 11. In the In the example of Fig.2a, the hollow conductor has both the hollow section 11a and the external circular section. However, for the windings it is possible to use hollow conductors with cross section of different shapes, for example, square, rectangular, etc. Fig.2a shows as an example a core 12 with five turns of a circular hollow conductor 11. In general there could be one or more turns of a hollow conductor wrapped around each core or there could be one or more turns of one or more hollow conductors in parallel, wrapped around each core. Furthermore, Fig.2a shows an example of a single "layer" of hollow conductors but there could be two or more layers depending on the configuration chosen. The hollow conductors may comprise an electrical insulating coating on their outer surface and / or the conductors may be spaced from each other to provide the necessary electrical insulation.

Il nucleo 12 attorno alla quale i conduttori sono avvolti può comprendere espansioni o "scarpe" 12 per estendere l'area di terminazione dei poli. Il nucleo dell'elettromagnete può comprendere pile di sottili fogli di materiale ferromagnetico o lamierini, con materiale isolante sulle superfici. The core 12 around which the conductors are wound may comprise expansions or "shoes" 12 to extend the pole termination area. The core of the electromagnet may comprise stacks of thin sheets of ferromagnetic material or laminations, with insulating material on the surfaces.

La figura 3 mostra diverse forme di sezione trasversale di conduttori cavi, a) circolare, b) quadrata e c) rettangolare. Figure 3 shows different cross-sectional shapes of hollow conductors, a) circular, b) square and c) rectangular.

La Fig.4 mostra un esempio di interfacce elettriche e termiche per trasferire il flusso di corrente elettrica e il flusso del liquido di raffreddamento tra i conduttori di avvolgimento cavi (o tubi di avvolgimento) W, i conduttori del circuito elettrico esterno E e i tubi del circuito termico esterno T. Il circuito termico "esterno" interfacciato con i tubi di avvolgimento comprende: tubi e/o tubi flessibili esterni, di cui una parte è indicata in figura con 13, radiatore per scambiare il calore con l'aria o l'acqua circostante, vaso di espansione/riempimento e pompa per far circolare il fluido termico tra il radiatore e i conduttori di avvolgimento cavi. I circuiti elettrici esterni interfacciati con i conduttori di avvolgimento cavi comprendono conduttori elettrici 14 per connettersi alle rispettive fasi per fornire (motore) o ricevere (generatore) le correnti elettriche. Fig. 4 shows an example of electrical and thermal interfaces for transferring the flow of electric current and the flow of coolant between the cable winding conductors (or winding tubes) W, the conductors of the external electrical circuit E and the tubes of the external thermal circuit T. The "external" thermal circuit interfaced with the winding tubes includes: external tubes and / or flexible tubes, part of which is indicated in the figure with 13, radiator to exchange heat with air or surrounding water, expansion / filling tank and pump to circulate the thermal fluid between the radiator and the cable winding conductors. The external electrical circuits interfaced with the cable winding conductors comprise electrical conductors 14 for connecting to the respective phases to supply (motor) or receive (generator) the electrical currents.

Tranne le parti troncate 13 e 14, gli elementi "esterni" dei circuiti elettrico e termico non sono mostrati nella figura. Except for the truncated parts 13 and 14, the "external" elements of the electrical and thermal circuits are not shown in the figure.

In Fig.4 è mostrato un esempio di elemento di interfaccia elettrica che comprende un morsetto elettrico 111e per collegare i conduttori di avvolgimento cavi alla corretta fase elettrica attraverso un conduttore 14. Il conduttore 14 comprende materiale conduttore elettrico la cui area di sezione trasversale può essere anche più grande o più piccola della sezione trasversale conduttiva del conduttore cavo 11. Il conduttore 14 può avere un isolamento di rivestimento esterno o altro tipo di isolante e/o una spaziatura appropriata. Nel caso di conduttori di avvolgimento cavi 11 con rivestimento isolante esterno, è necessario garantire la conduttività elettrica desiderata, ad esempio rimuovendo il rivestimento superficiale esterno sulla terminazione 111. In Fig. 4 an example of an electrical interface element is shown which includes an electrical clamp 111e for connecting the cable winding conductors to the correct electrical phase through a conductor 14. The conductor 14 comprises electrical conducting material whose cross-sectional area can be even larger or smaller than the conductive cross-section of the hollow conductor 11. The conductor 14 may have outer jacket insulation or other type of insulation and / or appropriate spacing. In the case of cable winding conductors 11 with external insulating coating, it is necessary to ensure the desired electrical conductivity, for example by removing the external surface coating on the termination 111.

In Fig.4 è anche mostrato un esempio di interfaccia termica che può comprendere un tubo flessibile di materiale non conduttivo 13 per collegare la pompa e il radiatore alle ai conduttori di avvolgimento cavi. In questo caso vi è un tubo flessibile 13 con un diametro maggiore del diametro 111 di terminazione dell'avvolgimento che è fissato al tubo di terminazione con un morsetto metallico 111t. In generale, il tubo o tubo flessibile circolare esterno può avere dimensioni maggiori, dimensioni più piccole o dimensioni uguali alle dimensioni della terminazione 111 del conduttore di avvolgimento cavo. Nel caso di tubi esterni che comprendono materiale conduttivo elettrico, le interfacce termiche includeranno elementi non conduttivi elettrici per separare elettricamente i conduttori di avvolgimento cavi dai tubi o tubi flessibili esterni. Fig.4 also shows an example of a thermal interface which can comprise a flexible tube of non-conductive material 13 for connecting the pump and the radiator to the cable winding conductors. In this case there is a flexible tube 13 with a diameter greater than the winding termination diameter 111 which is fixed to the termination tube with a metal clamp 111t. In general, the outer circular tube or flexible tube may be larger in size, smaller in size, or in size equal to the size of the termination 111 of the hollow winding conductor. In the case of external tubes which include electrical conductive material, the thermal interfaces will include electrical non-conductive elements to electrically separate the cable wrapping conductors from the external tubes or hoses.

L'innovativa soluzione proposta consente di posizionare uno o più conduttori di avvolgimento cavi in serie o in parallelo con altri conduttori di avvolgimento cavi in base alla progettazione termica richiesta. The proposed innovative solution allows to place one or more cable winding conductors in series or in parallel with other cable winding conductors according to the required thermal design.

A seconda se si sceglie di collegare conduttori di avvolgimento cavi in serie e/o in parallelo, il sistema di controllo termico può naturalmente comprendere una o più pompe e uno o più radiatori nonché elementi per regolare e/o bilanciare i flussi su ciascun circuito in base a i bisogni. Depending on whether you choose to connect cable winding conductors in series and / or in parallel, the thermal control system can of course include one or more pumps and one or more radiators as well as elements for regulating and / or balancing the flows on each circuit in according to needs.

Claims

STATORS FOR ROTATING ELECTRICAL MACHINES WITH INNOVATIVE WINDINGS MADE VIA FLUID COOLED CABLE CONDUCTORS. CLAIMS 1. A stator of a rotating electric machine comprising: - a number of conductors wrapped around cores that include ferromagnetic material, where the windings include hollow conductors, wherein said cable winding conductors can conduct both electric current through their conductive electrical materials and a cooling fluid through their hollow areas, wherein said cable winding conductors comprise terminations which can be connected to the external electrical circuit and to the external thermal circuit, in which said terminations can be connected, through appropriate interface elements, to external circuits in order to be able to transfer: - the flow of electric current between the winding conductors and the conductors of the external electric circuit, - the flow of the cooling fluid between the cavities of the winding conductors and the pipes or hoses of the external thermal circuit.