Vierasmagnetoidut tahtikoneet sähkö- ja hybridiajoneuvoissa

Abstract

Tämän kandidaatintyön tavoitteena on selvittää vierasmagnetoitujen tahtikoneiden ominaisuuksia sähkö- ja hybridiajoneuvoissa. Työssä tutkitaan, miten roottorin magnetointi voidaan toteuttaa, mitkä ovat vierasmagnetoidun tahtikoneen keskeiset edut ja haitat verrattuna kestomagneettitahtikoneeseen sekä millainen on teknologian nykyinen markkinatilanne ja tulevaisuuden näkymät.

Tutkimus rajataan henkilöautojen moottoreihin. Työ toteutetaan kirjallisuustyönä, jossa hyödynnetään tieteellisiä artikkeleita, patentteja, valmistajien julkaisuja sekä aihetta käsitteleviä verkkoartikkeleita ja muita täydentäviä lähteitä.

Tulosten perusteella vierasmagnetoidun tahtikoneen keskeisiä etuja ovat roottorin magneettikentän säätömahdollisuus ja hyvä hyötysuhde erityisesti kentänheikennysalueella. Heikkouksia on rakenteen monimutkaisuus sekä heikompi hyötysuhde pienellä pyörimisnopeudella ja suurilla kuormilla. Vierasmagnetoituja tahtikoneita hyödynnetään toistaiseksi rajallisesti sarjatuotantoajoneuvoissa, mutta teknologian kehitys viittaa niiden yleistymispotentiaaliin. Roottorin magnetointi toteutetaan näissä hiiliharjojen ja liukurenkaiden avulla, mutta harjattomat ratkaisut muodostavat keskeisen kehityssuunnan.

The objective of this bachelor’s thesis is to examine the characteristics of externally excited synchronous machines in electric and hybrid vehicles. The study investigates how rotor excitation can be implemented, analyses the key advantages and disadvantages of externally excited synchronous machines compared to permanent magnet synchronous machines, and evaluates the current market situation and future of the technology.

The study is limited to passenger vehicle applications. The study is conducted as a literature review based on scientific articles, patents, manufacturer publications, online articles related to the topic, and other supplementary sources.

The results indicate that the main advantages of externally excited synchronous machines are the controllability of the rotor magnetic field and high efficiency, particularly in the field-weakening region. The main disadvantages are structural complexity and lower efficiency at low rotational speeds and high loads. Currently, externally excited synchronous machines are used only to a limited extent in mass-produced vehicles, but technological development suggests potential for wider adoption in the future. At present, rotor excitation is typically implemented using slip rings and carbon brushes, while brushless solutions represent a key direction for further development.