Kestomagnetoidun roottorin mekaniikkasuunnittelu ja -analysointi

Abstract

Työssä kehitettiin suurnopeuskäyttöön soveltuva kestomagnetoitu roottori olemassa olevan induktiokoneen staattorirunkoon. Kehitystyön tarkoituksena oli selvittää roottorin mekaaniset raja-arvot, kuten maksimi kehänopeus. Samalla otettiin kantaa myös tarvittaviin analysointi- ja mitoitusmenetelmiin. Maksimi kehänopeuden, laakeroinnin ja roottorin skaalattavuuden selvittäminen edellytti myös tarkkaa materiaaliselvitystä ja optimointia. Tästä syystä työn aikana tehtiin tiivistä yhteistyötä materiaalitoimittajien kanssa.

Työn tuloksena syntyi uusi menetelmä toteuttaa radiaalisen magneettivuon luova kestomagneettiroottori 200 m/s kehänopeudelle. Suunniteltua roottoriratkaisua käytetään testausroottorina, jolla selvitetään valmistuksen, kokoonpanon ja sähkötehon rajoitteet käytännössä. Suunnittelutyö edellyttikin jatkuvaa iterointia sähkösuunnittelun ja roottorin osien valmistajien kanssa, jotta löydettiin paras kompromissiratkaisu roottorin prototyyppiin. Tämän seurauksena saatiin luotua varsin tarkat suunnittelu- ja analysointiraja-arvot kestomagneettiroottorin tuotteistettavia versioita varten.

This Master’s thesis is focused on mechanical design of the high-speed permanent magnet rotor for an existing induction motor’s frame. The main idea of the development work was to find the mechanical limitations, like the maximum circumferential velocity. At the same time the most suitable mechanical analysis methods were found. Finding the maximum circumferential velocity, best bearing methods and scalability options required precise material research and optimizing. For this reason there were a lot of communication and cooperation with the material suppliers.

The resulted rotor design is a new way to make a radial magnetic field PM-rotor for circumferential velocity of 200 m/s. The designed rotor is used as a prototype solution to find limitations of the manufacturing, assembly and electrical power in practice. The design work included a constant iteration between the electrical designers and the rotor manufacturers so that the best compromise solution could be found for the prototype. As a result of the cooperation the strict design and analysis limitations were found, which can be used in the future design of the productized machines.