Sähkömoottorien häviöt autokäytöissä
Ruotsalainen, Markus (2024)
Kandidaatintyö
2024
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20241218104173
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20241218104173
Tiivistelmä
Tämän kandidaatintyön tavoitteena on selvittää häviöiden ilmenemistä eri moottorityypeissä sekä vertailla erilaisten sähkömoottorien häviöitä henkilöautokäytöissä. Lisäksi työssä selvitetään tulevaisuuden mahdollisuuksia häviöiden minimointiin liittyen. Työssä tutkitaan moottorityyppien hyötysuhdekarttoja sekä häviötaulukoita ja moottoreihin liittyviä patentteja. Työssä vertailtavat moottorityypit ovat induktiomoottori (IM), kestomagneettitahtimoottori (PMSM), vaihtoreluktanssimoottori (SRM), synkroninen reluktanssimoottori (SynRM) sekä kestomagnetoitu reluktanssimoottori (PMaSynRM). Työ toteutetaan kirjallisuuskatsauksena ja tulokset perustuvat aiheeseen liittyviin tutkimuksiin, artikkeleihin sekä patenttitiedostoihin.
Liikenteessä sähköauton moottorin kokonaisajosyklialue on suuri käsittäen laajat pyörimisnopeuden ja vääntömomentin alueet. Häviöiden ilmeneminen vaihtelee eri ajosyklialueilla, ja lisäksi eri moottorityyppien välillä on huomattavia eroja häviöiden esiintymisessä. Esimerkiksi kuparihäviöt ovat merkittäviä suuren vääntömomentin alueella, kun taas rautahäviöt lisääntyvät pyörimisnopeuden kasvaessa. Häviöiden kartoittaminen mahdollistaa moottorin optimoinnin, mikä johtaa parempaan hyötysuhteeseen ja pienempään energiankulutukseen.
Työn avulla on saatu käsitys häviöiden ilmenemisestä eri ajosyklialueilla sekä niiden vertautuvuudesta eri moottorityyppien välillä. Häviöiden taustalla on monia tekijöitä, jotka liittyvät moottorin toimintamekanismiin, rakenteeseen sekä erilaisiin ajosykleihin. Tulevaisuuden mahdollisuudet moottorien häviöiden pienentämisessä painottuvat optimoituihin materiaaleihin, viilennystapoihin, ohjausmenetelmiin kuin myös optimoituun moottorityyppien yhteiskäyttöön. The aim of this thesis is to investigate the losses in different types of motors and to compare the losses of different electric motors in vehicle use. Thesis also explores future possibilities for minimizing losses. Thesis examines the efficiency maps of motor types as well as loss tables and patents related to the motors. The motor types compared are the Induction Motor (IM), Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM), Switched Reluctance Motor (SRM), Synchronous Reluctance Motor (SynRM) and Permanent Magnet assisted Synchronous Reluctance Motor (PMaSynRM). The work is carried out as a literature review and the results are based on related studies, articles and patent files.
In traffic, the total duty cycle range of an electric vehicle motor is large, comprising wide ranges of rotational speed and torque. Not only does the occurrence of losses vary over different duty cycle ranges, but there are also significant differences in the occurrence of losses between different motor types. For example, copper losses are significant in the high torque range, while iron losses increase with increasing rotational speed. Identifying losses allows the motor to be optimized, leading to better efficiency and lower energy consumption.
The thesis has provided an understanding of the occurrence of losses over different duty cycle ranges and their comparability between different motor types. The losses are caused by several factors related to the motor operating mechanism, its structure and the different driving cycles. Future opportunities for reducing motor losses will focus on optimized materials, cooling methods, control methods as well as optimized shared use of different motors.
Liikenteessä sähköauton moottorin kokonaisajosyklialue on suuri käsittäen laajat pyörimisnopeuden ja vääntömomentin alueet. Häviöiden ilmeneminen vaihtelee eri ajosyklialueilla, ja lisäksi eri moottorityyppien välillä on huomattavia eroja häviöiden esiintymisessä. Esimerkiksi kuparihäviöt ovat merkittäviä suuren vääntömomentin alueella, kun taas rautahäviöt lisääntyvät pyörimisnopeuden kasvaessa. Häviöiden kartoittaminen mahdollistaa moottorin optimoinnin, mikä johtaa parempaan hyötysuhteeseen ja pienempään energiankulutukseen.
Työn avulla on saatu käsitys häviöiden ilmenemisestä eri ajosyklialueilla sekä niiden vertautuvuudesta eri moottorityyppien välillä. Häviöiden taustalla on monia tekijöitä, jotka liittyvät moottorin toimintamekanismiin, rakenteeseen sekä erilaisiin ajosykleihin. Tulevaisuuden mahdollisuudet moottorien häviöiden pienentämisessä painottuvat optimoituihin materiaaleihin, viilennystapoihin, ohjausmenetelmiin kuin myös optimoituun moottorityyppien yhteiskäyttöön.
In traffic, the total duty cycle range of an electric vehicle motor is large, comprising wide ranges of rotational speed and torque. Not only does the occurrence of losses vary over different duty cycle ranges, but there are also significant differences in the occurrence of losses between different motor types. For example, copper losses are significant in the high torque range, while iron losses increase with increasing rotational speed. Identifying losses allows the motor to be optimized, leading to better efficiency and lower energy consumption.
The thesis has provided an understanding of the occurrence of losses over different duty cycle ranges and their comparability between different motor types. The losses are caused by several factors related to the motor operating mechanism, its structure and the different driving cycles. Future opportunities for reducing motor losses will focus on optimized materials, cooling methods, control methods as well as optimized shared use of different motors.