Transcript Document
TRUPER TRAKTIONSMOTORER UTAN PERMANENTMAGNETER - ALTERNERAD POLKONFIGURATION Samuel Estenlund, [email protected] IEA: Industriell Elektroteknik och Automation, Lunds Universitet TRUPER, Traktionsmotorer Utan PermanentmagnetER – Alternerad polkonfiguration Bakgrund Koncept Rotordesign Distribution • • Bakgrund Koncept – Alternerande polkonfiguration • Rotordesign – Vridmoment, värme • Prestanda – Vridmoment, hastighet • Avslutning – Slutsatser, framtiden Prestanda Avslutning TRUPER, Traktionsmotorer Utan PermanentmagnetER – Alternerad polkonfiguration Bakgrund Koncept Rotordesign Prestanda Avslutning Permanentmagneter (PM) • • • • • Neodym viktigaste komponenten Hälsofarlig, dyr och omiljövänlig utvinning 95 % av all export från Kina Oförutsägbara priser Kan utgöra 60 % av materialkostnader för PMSM TRUPER, Traktionsmotorer Utan PermanentmagnetER – Alternerad polkonfiguration Bakgrund Koncept Rotordesign Prestanda Avslutning Traktionsmotorer • Permanentmagnetisering – Hög energitäthet • Vridmoment Energiomvandlingens verkningsgrad Hastighet Elektromagnetisering – Kan reglera fältstyrkan och därmed högre hastighet – Kan reglera vridmomentet • Hybridmagnetisering – Kan kombinera dessa fördelar TRUPER, Traktionsmotorer Utan PermanentmagnetER – Alternerad polkonfiguration Bakgrund Koncept Rotordesign Prestanda Avslutning Uttryck • • • +A Hybridiseringsfaktor pm -C -B +B +C pm i f Lsf Vridmoment 3 T p i L i L L i i x x y 2 pm f sf y y -A T Hastighet och EMK u i L i L s pm x x f sf 2 i L y y 2 ω TRUPER, Traktionsmotorer Utan PermanentmagnetER – Alternerad polkonfiguration Bakgrund Koncept Rotordesign Prestanda Avslutning Alternerad polkonfiguration • Magnetkonfiguration – EM: Utpräglade poler – PM: Ytmonterade • Hybridiseringsfaktor α – Lätt att definiera om EM och PM förutsätts vara lika • Topologi – Magnetisk och mekanisk balans TRUPER, Traktionsmotorer Utan PermanentmagnetER – Alternerad polkonfiguration Bakgrund Koncept Rotordesign Prestanda Simuleringar • • Studera EM- and PM-polerna var för sig 2-dimensionell finitelement-analys – Vridmoment – Värmeöverföring Avslutning TRUPER, Traktionsmotorer Utan PermanentmagnetER – Alternerad polkonfiguration Koncept Rotordesign Prestanda Avslutning Resultat 2500 PMSM EMSM 16 em [Nm] 3000 electromagnetic torque, T Bakgrund 13 2000 11 8 1500 6 14 1000 12 9 7 500 13 0 4 6 4 10 8 8 5 10 12 14 16 18 active length of the machine, l a [cm] 3 20 22 24 TRUPER, Traktionsmotorer Utan PermanentmagnetER – Alternerad polkonfiguration Bakgrund Koncept Rotordesign Prestanda Kombinera ihop polerna Avslutning TRUPER, Traktionsmotorer Utan PermanentmagnetER – Alternerad polkonfiguration Bakgrund Koncept Rotordesign Prestanda Avslutning Hybridmagnetiserad traktionsmotor • Jämförelse med existerande IPMSM Parameter Unit Value Active length mm 224 Stator outer diameter mm 200 Rotor inner diameter mm 60 Nominal speed rpm 6000 A/mm2 10 Power kW 80 Torque Nm 130 Cond. current density TRUPER, Traktionsmotorer Utan PermanentmagnetER – Alternerad polkonfiguration Bakgrund Koncept Rotordesign Prestanda Avslutning Tre hybridiseringsfaktorer Existerande IPM-rotor HM-rotor 1 HM-rotor 2 α=1 α = 2/3 α = 1/3 TRUPER, Traktionsmotorer Utan PermanentmagnetER – Alternerad polkonfiguration Bakgrund Koncept Rotordesign Prestanda Jämförelse Avslutning TRUPER, Traktionsmotorer Utan PermanentmagnetER – Alternerad polkonfiguration Bakgrund Koncept Rotordesign Prestanda Avslutning Slutsatser och framtiden • Alternerad polkonfiguration – Intressant topologi med tydliga fördelar – Mindre PM Högre hastigheter – EM ger ökade reglermöjligheter • Utmaningar – Värmeutveckling i rotorn (Super TRUPER?) – Släpringar • Framtiden – Fortsatt forskning på denna konfiguration – Andra topologier/konfigurationer? Reluktans-bidraget, vinklade magneter, eker-konfiguration Ferritmagneter? TRUPER, Traktionsmotorer Utan PermanentmagnetER – Alternerad polkonfiguration Bakgrund Koncept Rotordesign Prestanda Tack för mig! • För vidare frågor, kontakt och information [email protected] Avslutning