The development of production methods for large enamel copper poles on electrical machines and specification of the design

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2012
Major/Subject
Tuotantotekniikka
Mcode
Kon-15
Degree programme
Language
fi
Pages
72
Series
Abstract
In the thesis a new production method for long enamel copper poles has been developed. The method should meet the quality standards as well as the need for effective production. In addition, the criteria for the design of synchronous machines have been reviewed. The thesis was made for a large Finnish manufacturing industry company which produces synchronous machines. A synchronous machine consists of stator, rotor and frame. The focal point for the thesis is the rotor, which in turn, consists of poles, axel, and exciter machine. The poles for large synchronous machines have traditionally been manufactured from flat bar copper. Recently it has been noted that frame sizes for synchronous machines are increasing, therefore, the produced number of flat bar copper machines has increased as well. Flat bar copper raises few challenges for the production. Firstly it is more expensive to produce. Secondly, the supplier of the focal company has strict capacity limitations for the flat bar copper production. Firstly a survey was made into the issues at hand. Challenging areas were found and the work continued to address these issues. The areas were: vacuum pressure impregnation of the poles, winding operation of the pole coils, and the criteria for electrical design. Vacuum pressure impregnation causes several problems for the tool design mainly due to the features of resin. Problems of the winding operation rise from the mechanical strength of the coil when the length of the pole is increased. Lastly the new production method alters the design criteria for electrical design; therefore, the criteria will be reviewed. The theoretical framework revolves around Design For Manufacturability, supplier cooperation and the International Electrotechnical Comission's standard 60034-1 which gives guidelines for the performance of the electrical machine. The theory indicates that the design of the new production method needs to be user-friendly and efficient to use. As a result of the thesis a new production method has been designed including a new way to impregnate the poles of a rotor. The method will be tested in near future, when suitable projects present themselves. Furthermore, at the end of the thesis recommendations are given to develop the production of the synchronous machines. In particular, these recommendations concern the manufacturing of the rotor.

Työssä kehitetään tuotantomenetelmä pitkien lankakuparinapojen laadukkaaseen ja tehokkaaseen tuottamiseen. Lisäksi työn aikana tutkitaan sähkömoottoreiden suunnittelun kriteerejä. Työ tehtiin suureen suomalaiseen kokoonpanoteollisuuden yritykseen, jossa valmistetaan tahtimoottoreita ja tahtigeneraattoreita. Tahtikoneen pääkomponentit ovat staattori, roottori ja runko. Roottori, joka on tämän työn fokuksen kohteena, puolestaan koostuu magnetointinavoista, akselista ja usein myös magnetointikoneesta. Suurien tahtikoneiden roottoreiden magnetointikäämit ovat usein perinteisesti valmistettu lattakuparikiskosta. Viime aikoina on kuitenkin huomattu, että tahtikoneiden kokoluokat ovat kasvamaan päin, jolloin lättäkuparikäämittyjä tahtikoneita myydään enemmän. Ongelmana on, että lattakuparinapojen valmistaminen on kustannuksiltaan kalliimpaa kuin lankakuparinapojen valmistaminen. Lisäksi lattakuparinapojen valmistaminen on hitaampaa ja alihankkijalla on valmistuskapasiteetin kanssa rajoitteita. Näitä ongelmia varten työssä ensin määriteltiin ongelma-alueet, joita lähdettiin ratkomaan. Ongelma-alueiksi muodostuivat tyhjiöpainekyllästys, magnetointinapojen käämintä ja lankakuparinapaisten roottoreiden suunnittelukriteeristä. Tyhjiöpainekyllästys aiheuttaa suuria haasteita työvälinesuunnittelulle hartsin ominaisuuksien vuoksi. Pitkien lankakuparinapojen valmistaminen tuo mukanaan haasteita käämin rakenteelliselle kestävyydelle. Käämiä ei ennen kyllästystä kiinnitetä teräksiseen napasydämeen mekaanisesti, joten käämin pituuden kasvattaminen tulee ottaa huomioon napakäämintää kehitettäessä, jotta käämi ei pääse pullahtamaan alimmilla käämin kierroksilla. Suunnittelukriteeristöä tarkastettaessa kiinnitettiin huomiota siihen, että varsinkin sähkösuunnittelijoilla on tiedossa uuden tuotantotavan mahdollisuus. Työn teoriaosuus nivoutuu valmistettavuuden ja kokoonpantavuuden ympärille. Lisäksi teoriassa käsitellään toimittajayhteistyötä ja sähkökoneiden standardia IEC 60034-1. Teorian antamien suuntaviivojen mukaan työvälineistä suunniteltiin mahdollisimman valmistettavuusystävällisiä. Työn tuloksena saatiin aikaiseksi uusi tuotantotapa pitkille lankakuparinavoille. Tuotantotavan tärkein osa on uusi kyllästysväline napojen erilliskyllästämiseen. Tätä tuotantotapaa voidaan käyttää tulevaisuudessa, kun yritykselle tulee sopivia toimitusprojekteja. Työn lopuksi on lueteltu myös monia parannusehdotuksia ja jatkotoimenpiteitä.
Description
Supervisor
Aaltonen, Kalevi
Thesis advisor
Jernström, Juha
Keywords
DFM, DFM, supplier cooperation, toimittajayhteistyö, synchronous machine, tahtikone
Other note
Citation