Potential of multilayer punching of electrical steel components
Kovasiipi, Santtu (2021)
Diplomityö
Kovasiipi, Santtu
2021
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021052431345
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021052431345
Tiivistelmä
As the use of electric motors is rapidly growing and their performance is required to continuously improve, the electric motor industry is demanded to constantly develop more efficient motors with smaller size and lower costs.
This Master’s thesis studied the potential of multilayer punching of electrical steel sheets. Multilayer punching is a manufacturing method where a stack of metal sheets is punched with a single punch stroke. The research was done as a combination of laboratory tests, literature review and manufacturer interviews. In addition, the financial potential of using thin electrical steel sheets in electric motor iron core was examined.
In literature review no previous research reports or scientific articles were found on the subject. Multilayer punching was not mentioned in books either. Instead, multiple patent applications with short descriptions were discovered. Laboratory tests proved that multilayer punching is possible, but the process parameters are different than in single layer punching. Based on the interviews, manufacturers question the feasibility of multilayer punching in electric motor production. Financial potential of thin electrical sheets is based on energy savings. The equation of Net Present Value was used to determine the value of savings created during electric motor lifetime in present moment.
In conclusion, multilayer punching was found to have a great potential in electric motor manufacturing. Significant energy savings are possible if thin electrical steel is utilized in electric motors. The method is feasible but further research is recommended. Sähkömoottorien käyttö kasvaa nopeasti ja niiden suorituskyvyltä vaaditaan yhä enemmän. Moottorin hyötysuhteen parantamisen ja fyysisen koon pienentämisen vaatimukset ajavat sähkömoottoriteollisuutta kehittämään yhä tehokkaampia ja pienikokoisempia moottoreita alati matalammalla hinnalla.
Työssä käsitellään sähkölevyn monilävistämisen tuomia mahdollisuuksia sähkömoottorien valmistuksessa. Monilävistämisellä tarkoitetaan usean päällekkäisen sähkölevyn lävistämistä kerralla. Tutkimus toteutettiin laboratoriokokeiden, kirjallisuuskatsauksen sekä valmistajahaastatteluiden avulla. Lisäksi selvitettiin ohuiden ja vähemmän häviöitä tuottavien sähkölevyjen mahdollistamaa energian säästöä sähkömoottoreissa.
Kirjallisuuskatsauksen yhteydessä ei löydetty aiempia tutkimuksia tai tieteellisiä artikkeleita. Monilävistämistä ei myöskään mainittu alan kirjallisuudessa. Sen sijaan aiheeseen liittyviä patenttihakemuksia löytyi useita, joten katsaus keskittyi niihin. Laboratoriokokeissa havaittiin, että monilävistäminen on mahdollista, mutta prosessiparametrit eivät noudattaneet tavanomaisia yksittäisen levyn lävistämisen parametreja. Ennakkohaastatteluiden perusteella selvisi, että valmistajat eivät pitäneet menetelmää toteutuskelpoisena nykytekniikoita käyttäen. Ohuiden sähkölevyjen taloudellinen potentiaali perustuu energian säästymiseen. Sähkömoottorin elinkaaren aikana toteutuvien säästöjen arvo nykyhetkessä laskettiin nettonykyarvon kaavalla.
Työn tuloksena todettiin monilävistämisen olevan potentiaalinen valmistusmenetelmä sähkömoottorien valmistuksessa. Merkittävä määrä energiaa voidaan säästää käyttämällä sähkömoottorissa ohutta ja vähemmän häviöitä tuottavaa sähkölevyä. Monilävistäminen on toteutuskelpoinen valmistusmenetelmä, mutta vaatii jatkotutkimuksia.
This Master’s thesis studied the potential of multilayer punching of electrical steel sheets. Multilayer punching is a manufacturing method where a stack of metal sheets is punched with a single punch stroke. The research was done as a combination of laboratory tests, literature review and manufacturer interviews. In addition, the financial potential of using thin electrical steel sheets in electric motor iron core was examined.
In literature review no previous research reports or scientific articles were found on the subject. Multilayer punching was not mentioned in books either. Instead, multiple patent applications with short descriptions were discovered. Laboratory tests proved that multilayer punching is possible, but the process parameters are different than in single layer punching. Based on the interviews, manufacturers question the feasibility of multilayer punching in electric motor production. Financial potential of thin electrical sheets is based on energy savings. The equation of Net Present Value was used to determine the value of savings created during electric motor lifetime in present moment.
In conclusion, multilayer punching was found to have a great potential in electric motor manufacturing. Significant energy savings are possible if thin electrical steel is utilized in electric motors. The method is feasible but further research is recommended.
Työssä käsitellään sähkölevyn monilävistämisen tuomia mahdollisuuksia sähkömoottorien valmistuksessa. Monilävistämisellä tarkoitetaan usean päällekkäisen sähkölevyn lävistämistä kerralla. Tutkimus toteutettiin laboratoriokokeiden, kirjallisuuskatsauksen sekä valmistajahaastatteluiden avulla. Lisäksi selvitettiin ohuiden ja vähemmän häviöitä tuottavien sähkölevyjen mahdollistamaa energian säästöä sähkömoottoreissa.
Kirjallisuuskatsauksen yhteydessä ei löydetty aiempia tutkimuksia tai tieteellisiä artikkeleita. Monilävistämistä ei myöskään mainittu alan kirjallisuudessa. Sen sijaan aiheeseen liittyviä patenttihakemuksia löytyi useita, joten katsaus keskittyi niihin. Laboratoriokokeissa havaittiin, että monilävistäminen on mahdollista, mutta prosessiparametrit eivät noudattaneet tavanomaisia yksittäisen levyn lävistämisen parametreja. Ennakkohaastatteluiden perusteella selvisi, että valmistajat eivät pitäneet menetelmää toteutuskelpoisena nykytekniikoita käyttäen. Ohuiden sähkölevyjen taloudellinen potentiaali perustuu energian säästymiseen. Sähkömoottorin elinkaaren aikana toteutuvien säästöjen arvo nykyhetkessä laskettiin nettonykyarvon kaavalla.
Työn tuloksena todettiin monilävistämisen olevan potentiaalinen valmistusmenetelmä sähkömoottorien valmistuksessa. Merkittävä määrä energiaa voidaan säästää käyttämällä sähkömoottorissa ohutta ja vähemmän häviöitä tuottavaa sähkölevyä. Monilävistäminen on toteutuskelpoinen valmistusmenetelmä, mutta vaatii jatkotutkimuksia.