Validation of electric motor’s laminate rotor stack characteristics for finite element modelling
Virtanen, Pekka (2021)
Diplomityö
2021
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021090645181
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021090645181
Tiivistelmä
Green thinking and different environmental regulations have pushed electric motors from the small-scale consumer products to even the main power source of the modern cars. Increasing number of applications mean that the technology is rapidly developed, and the performance of the systems continuously analyzed and optimized.
The goal of this thesis is to study the material properties of electric motor’s laminated rotor stack and create as accurate digital model of the motor as possible. Finite element models are created for two different electric motors and numerical modal analysis is performed. The material properties of the laminated rotor stack are validated by comparing the results the numerical modal analysis to experimental measurements. The whole motor assembly is validated to acquire information of the complete system and the behavior of the rotor in it.
The models of both motors were successfully validated with the numerical results being close to the measurements. The results imply that laminated rotor stack does not significantly increase the stiffness of the rotor and the Young’s modulus rather matches with various polymers and fiberboard. Vihreä ajattelu ja erilaiset ympäristöön liittyvät määräykset ovat ajaneet sähkömoottorit pienen mittakaavan kuluttajalaitteista jopa nykyautojen päävoimanlähteeksi. Lisääntyneet käyttökohteet lisäävät myös teknologian kehitystahtia ja laitteiden suorituskyvyn jatkuvaa analysointia ja optimointia.
Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia sähkömoottorien laminoidun roottoripakan materiaaliominaisuuksia ja luoda moottorista mahdollisimman tarkka digitaalinen malli. Tutkimus tehdään kahdelle erilaiselle sähkömoottorille luomalla laitteista digitaaliset mallit elementtimenetelmää hyödyntäen ja suorittamalla numeerinen moodianalyysi. Roottoripakan materiaaliominaisuudet validoidaan vertaamalla moodianalyysin tuloksia kokeellisiin mittauksiin. Myös koko moottori malli validoidaan, jotta saadaan kerättyä dataa roottorista mahdollisimman realistisissa olosuhteissa.
Validointiprosessi onnistui molempien moottorien kanssa. Kerätyt tulokset viittaavat, että roottoripakka ei oikeastaan lisää roottorin jäykkyyttä. Roottoripakan kimmomoduuli vastaa nimittäin polymeerejä ja kuitulevyä.
The goal of this thesis is to study the material properties of electric motor’s laminated rotor stack and create as accurate digital model of the motor as possible. Finite element models are created for two different electric motors and numerical modal analysis is performed. The material properties of the laminated rotor stack are validated by comparing the results the numerical modal analysis to experimental measurements. The whole motor assembly is validated to acquire information of the complete system and the behavior of the rotor in it.
The models of both motors were successfully validated with the numerical results being close to the measurements. The results imply that laminated rotor stack does not significantly increase the stiffness of the rotor and the Young’s modulus rather matches with various polymers and fiberboard.
Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia sähkömoottorien laminoidun roottoripakan materiaaliominaisuuksia ja luoda moottorista mahdollisimman tarkka digitaalinen malli. Tutkimus tehdään kahdelle erilaiselle sähkömoottorille luomalla laitteista digitaaliset mallit elementtimenetelmää hyödyntäen ja suorittamalla numeerinen moodianalyysi. Roottoripakan materiaaliominaisuudet validoidaan vertaamalla moodianalyysin tuloksia kokeellisiin mittauksiin. Myös koko moottori malli validoidaan, jotta saadaan kerättyä dataa roottorista mahdollisimman realistisissa olosuhteissa.
Validointiprosessi onnistui molempien moottorien kanssa. Kerätyt tulokset viittaavat, että roottoripakka ei oikeastaan lisää roottorin jäykkyyttä. Roottoripakan kimmomoduuli vastaa nimittäin polymeerejä ja kuitulevyä.