Kestomagneettitahtikoneen lämpömallinnus

Abstract

Sähkökoneenterminen suunnittelu on yhtä tärkeätä kuin koneen sähköisten piirien ja magneettipiirin mitoitus, koska koneen lämpenemä määrää koneesta saatavan tehon. Pääosasähkökoneista suunnitellaan edelleen ns. perimätiedon avulla, jossa tukeudutaanvalmiiksi koeteltuihin ratkaisuihin ja kokemusperäiseen tietoon tiettyjen rakenteiden toimivuudesta. Perinteisin menetelmin uusia konerakenteita suunniteltaessa ei pystytä saamaan luotettavaa tietoa uusien ratkaisuiden toimivuudesta. Etenkin hitaasti pyörivien ja suuren vääntötiheyden omaavien kestomagneettitahtikoneiden jäähdytyksen mitoitus on ongelmallista. Siten tarve kehittää analyyttisiä työkaluja lämpenemän mallinnukseen on perusteltua.

Tässä työssäperehdytään suuren tehotiheyden omaavien kestomagneettikoneiden urakoon ja virrantiheyden valintaan termisen mitoituksen kannalta. Työn tavoitteena on laatia yksinkertainen analyyttinen työkalu urakoon ja virrantiheyden valintaan. Työkaluavoidaan hyödyntää jo koneensuunnittelun alkuvaiheessa.

Thermal design of an electric machine is as important as the design of the electromagnetic circuit of the electric machine, because the temperature rise of the machine determines the power output, that can be achieved. Most of the electric machines are still designed using inherited knowledge which is based on the known functional structures. With new machine designs the prediction whether new machinestructures work or not, especially on low speed high torque permanent magnet synchronous machines, is very insecure. Relating to that, it is necessary to develop analytical tools for thermal modeling.

In this thesis a thermal network model of a high torque permanent magnet synchronous machine is developed to help predict the temperature rise with different slot geometries and different levels of linear current density at the beginning of machine design todetermine suitable values of slot geometry and linear current density.