Kestomagneettitahtikoneen magneettien käsittely ja magnetointi
Hyttinen, Topias (2021)
Kandidaatintyö
2021
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202101252635
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202101252635
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä tehdään kirjallisuuskatsaus kestomagnetoitujen sähkökoneiden toimintaperiaatteeseen, niiden kestomagneeteilta vaadittaviin ominaisuuksin sekä magneettien magnetointiin sähkövirralla tuotetulla magneettikentällä. Työssä eritellään magneettien käsittelyssä huomioitavia seikkoja logistiikan, tuotannon sekä suunnittelun kannalta keskeisellä tavalla. Työn tavoitteena on suunnitella ja valmistaa tehdastyöskentelyyn soveltuva, turvallinen magnetointipukki. Tutkielma on tehty yhteistyössä The Switch Drive Systems Oy / Yaskawa Environmental Energy Division:n kanssa.
Generaattorikäytössä kestomagnetoitu tahtikone mahdollistaa hyvän hyötysuhteen jo nimellispyörimisnopeutta pienemmällä kierrosnopeudella. Kestomagnetoitu tahtikone voi olla magneettiselta luonteeltaan avo- tai umpinapainen sen roottorille asennettujen magneettien asennustavan mukaan.
Magneettien asennustapa sähkökoneen roottoriin voi suosia joko magneettien hankkimista magnetoituna tai magnetoimattomana. Yksittäin asennettavat magneetit voivat olla perusteltua hankkia magnetoituna, mutta alikokonpanoa ennen magnetointia vaativiin kokonaisuuksiin magneettiaihiot täytyy hankkia magnetoimattomana. Kestomagneettien kuljettaminen on usein kalliimpaa ja hankalampaa ei-magneettisiin pakkauksiin verrattuna.
Kestomagneettimateriaalista valmistettu kappale voidaan magnetoida viemällä se ulkoiseen magneettikenttään. Magneettikenttä synnytetään yleensä sähkövirralla, siihen tarkoitettua laitteistoa käyttäen. Suuren koersitiivivoiman NdFeB-materiaaleilla magnetoituminen vaatii voimakkaan, jopa yli 1 MA/m vahvuisen, ulkoisen magneettikentän.
Magneettien käsittelyssä tehdasolosuhteissa on ensiarvoisen tärkeää huolehtia työturvallisuudesta ehkäisemällä toisiaan magneettisesti puoleensa vetävien kappaleiden tahatonta kontaktia. Työkalujen ja laitteiston suunnittelussa tämä tarkoittaa, että ferromagneettisten materiaalien käyttö rakenteissa on mahdollista vain poikkeustilanteissa. Nämä seikat huomioiden tämän tutkielman yhteydessä osittain suunniteltu magnetointilaitteisto on ennen tutkielman julkaisua todettu käyttökelpoiseksi ja tuotantoon sopivaksi. Lisäksi sen kehityskohteita ja niiden tarpeellisuutta on arvioitu, eikä tämänhetkiseen laitteistoon ole nähty tarpeelliseksi tehdä muutoksia. This bachelor’s thesis includes literary review about fundamentals of permanent magnet synchronous motors, required characteristics of permanent magnets in PMSM’s and magnetizing permanent magnets with external magnetic field produced with electrical current. Thesis also includes analyzing required actions when working with permanent magnets in logistics, production and while designing tools. Object of this thesis is to design and assemble functional and safe magnetizing bench. This thesis has been done together with The Switch Drive Systems Oy / Yaskawa Environmental Energy Division.
PMSM, when used as a generator, can produce electricity with great efficiency before nominal rotational speed is achieved. PMSM’s can be divided into two groups: salient pole and non-salient pole machines based on how their magnets are assembled into rotor.
Based on how rotor assembly is done, magnet blanks can be purchased magnetized or un-magnetized. If magnets are assembled one by one, blanks can be purchased magnetized. However, if sub-assembling is required, magnet blanks are purchased unmagnetized and magnetize them after sub-assembling. Transportation expenses of permanent magnets are often higher than transportation expenses of non-magnetic parcels.
Part made from permanent magnet material can be magnetized with external magnetic field. Common way for generating magnetic field is utilizing coil and electrical current. Magnetizing of high-coercivity NdFeB-materials requires strong external magnetic field, often exceeding 1 MA/m.
Handling of magnets in factory circumstances requires extreme caution to avoid unintentional contact between magnetically attracted parts. Therefore, using ferromagnetic structural parts in magnetizing equipment can be done only in exceptional situations. These factors taken into consideration, as a practical partition of this thesis re-designed magnetizing bench has been proved suitable for magnetizing permanent magnets for electrical machines. Future development of magnetizing equipment has been considered, but for the present developing has not been seen necessary.
Generaattorikäytössä kestomagnetoitu tahtikone mahdollistaa hyvän hyötysuhteen jo nimellispyörimisnopeutta pienemmällä kierrosnopeudella. Kestomagnetoitu tahtikone voi olla magneettiselta luonteeltaan avo- tai umpinapainen sen roottorille asennettujen magneettien asennustavan mukaan.
Magneettien asennustapa sähkökoneen roottoriin voi suosia joko magneettien hankkimista magnetoituna tai magnetoimattomana. Yksittäin asennettavat magneetit voivat olla perusteltua hankkia magnetoituna, mutta alikokonpanoa ennen magnetointia vaativiin kokonaisuuksiin magneettiaihiot täytyy hankkia magnetoimattomana. Kestomagneettien kuljettaminen on usein kalliimpaa ja hankalampaa ei-magneettisiin pakkauksiin verrattuna.
Kestomagneettimateriaalista valmistettu kappale voidaan magnetoida viemällä se ulkoiseen magneettikenttään. Magneettikenttä synnytetään yleensä sähkövirralla, siihen tarkoitettua laitteistoa käyttäen. Suuren koersitiivivoiman NdFeB-materiaaleilla magnetoituminen vaatii voimakkaan, jopa yli 1 MA/m vahvuisen, ulkoisen magneettikentän.
Magneettien käsittelyssä tehdasolosuhteissa on ensiarvoisen tärkeää huolehtia työturvallisuudesta ehkäisemällä toisiaan magneettisesti puoleensa vetävien kappaleiden tahatonta kontaktia. Työkalujen ja laitteiston suunnittelussa tämä tarkoittaa, että ferromagneettisten materiaalien käyttö rakenteissa on mahdollista vain poikkeustilanteissa. Nämä seikat huomioiden tämän tutkielman yhteydessä osittain suunniteltu magnetointilaitteisto on ennen tutkielman julkaisua todettu käyttökelpoiseksi ja tuotantoon sopivaksi. Lisäksi sen kehityskohteita ja niiden tarpeellisuutta on arvioitu, eikä tämänhetkiseen laitteistoon ole nähty tarpeelliseksi tehdä muutoksia.
PMSM, when used as a generator, can produce electricity with great efficiency before nominal rotational speed is achieved. PMSM’s can be divided into two groups: salient pole and non-salient pole machines based on how their magnets are assembled into rotor.
Based on how rotor assembly is done, magnet blanks can be purchased magnetized or un-magnetized. If magnets are assembled one by one, blanks can be purchased magnetized. However, if sub-assembling is required, magnet blanks are purchased unmagnetized and magnetize them after sub-assembling. Transportation expenses of permanent magnets are often higher than transportation expenses of non-magnetic parcels.
Part made from permanent magnet material can be magnetized with external magnetic field. Common way for generating magnetic field is utilizing coil and electrical current. Magnetizing of high-coercivity NdFeB-materials requires strong external magnetic field, often exceeding 1 MA/m.
Handling of magnets in factory circumstances requires extreme caution to avoid unintentional contact between magnetically attracted parts. Therefore, using ferromagnetic structural parts in magnetizing equipment can be done only in exceptional situations. These factors taken into consideration, as a practical partition of this thesis re-designed magnetizing bench has been proved suitable for magnetizing permanent magnets for electrical machines. Future development of magnetizing equipment has been considered, but for the present developing has not been seen necessary.