Evaluation of the effects of design choices on surface mounted permanent magnet machines using an analytical dimensioning tool

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Master's thesis
Date
2012
Major/Subject
Sähkömekaniikka
Mcode
S-17
Degree programme
Language
en
Pages
76 + [5] s.
Series
Abstract
Tämä diplomityö käsittelee kestomagnetoidun tahtikoneen suunnitteluparametrien kuten esimerkiksi napapariluvun tai ilmavälivuontiheyden vaikutusta koneen ominaisuuksiin. Työssä toteutettiin analyyttisiin laskentakaavoihin perustuva mitoitustyökalu pintamagneettikoneelle, jonka staattorissa on yksikerroskäämitys. Tämän avulla pyrittiin selvittämään, miten eri suunnitteluparametrien valinta vaikuttaa koneen hyötysuhteeseen, tehokertoimeen, kokoon sekä kestomagneettimateriaalin määrään. Erityisesti pyrittiin selvittämään, miten koneesta voitaisiin saada mahdollisimman kompakti. Toteutettu mitoitustyökalu verifioitiin vertaamalla sen antamia tuloksia elementtimenetelmällä laskettuihin tuloksiin. Esimerkkinä työkalua testattiin kuvitteellisen 22 kW teollisuuspumpun suunnittelemiseen. Suunnitteluparametrien vaikutuksen selvittämiseksi työkalulla laskettiin joukko erilaisia mitoituksia valitulle koneelle. Havaittiin, että koneesta saadaan kevyempi kasvattamalla napaparilukua, virran tiheyttä staattorikäämityksessä sekä magneettivuon tiheyttä staattorissa. Tällöin haittapuolena oli hyötysuhteen huononeminen.

During the design of a permanent magnet machine, there are several parameters that can be chosen quite freely. These parameters affect the machine properties such as efficiency, power factor, size and volume of the permanent magnets. By choosing these parameters well, a compact design is obtained. The purpose of this Master's Thesis is to evaluate the effect of different design parameters. The study concentrates on surface mounted permanent magnet machines with single layer winding in the stator. To be able to evaluate the effect of the design choices, a dimensioning tool is implemented with MATLAB software. The tool is based on analytical equations that can be found from the literature. The implemented dimensioning tool was verified by comparing the results with FEM calculations. The results show that the machine size can be reduced by for example increasing the pole pair number, the current density in the stator winding or the magnetic flux density in the stator. On the other hand, the efficiency is decreased.
Description
Supervisor
Arkkio, Antero
Thesis advisor
Pippuri, Jenni
Tammi, Kari
Keywords
permanent magnet synchronous machine, design, dimensioning tool, kestomagnetoitu tahtikone, suunnittelu, mitoitustyökalu
Other note
Citation