Tuuletinroottoreilla varustettu murtovakokäämitty kestomagneettitahtimoottori

Abstract

Hitaasti pyörivissä kestomagneettikoneissa staattorin kääminpäiden jäähdytys on ongelmallista, koska pienellä pyörimisnopeudella perinteisten, roottorinpäihin kiinnitettyjen siivekkeiden jäähdytyskyky on huono. Hitaasti pyörivissä kestomagneettikoneissa usein käytetty murtovakokäämitys mahdollistaa täysin uudenlaisen jäähdytysratkaisun. Koska murtovakokäämitys tuottaa useita, eri napaparimäärän omaavia pyöriviä magneettikenttiä, voidaan koneen päihin asentaa erilliset pienemmät roottorit. Näitä pienemmän napaparimäärän omaavia, pääroottoria nopeammin pyöriviä tuuletinroottoreita käytetään kääminpäiden jäähdytykseen.

Tässä diplomityössä tutkitaan edellä kuvattua tuuletinroottoreilla varustettua konetta. Työn tutkimusmenetelmiä ovat rakenteen tutkiminen simuloimalla elementtimenetelmällä sekä kokeet prototyyppikoneella. Myös analyyttisten laskukaavojen soveltuvuutta tuuletinroottoreilla varustetulle koneelle pohditaan. Lisäksi työssä perehdytään murtovakokäämitysten suunnitteluun ja pohditaan millainen käämitys olisi hyvä tuuletinroottoreilla varustettuun koneeseen.

Murtovakokäämityksen synnyttämiä magneettikenttiä tutkitaan sekä laskemalla analyyttisesti että simuloimalla elementtimenetelmällä. Erilaisia tuuletinroottorivaihtoehtoja simuloidaan elementtimenetelmällä ja tulosten pohjalta kehitetään kaksi erilaista uutta tuuletinroottoria. Toisesta uudesta tuuletinroottorista rakennetaan prototyyppiroottori. Prototyyppiroottoria kokeillaan olemassa olevassa murtovakokoneessa ja se todetaan toimivaksi.

Elementtimenetelmän avulla tutkitaan myös kolmiulotteisesti rakennetta, jossa on kaksi roottoria. Simuloimalla todetaan, että roottorit eivät juurikaan vaikuta toistensa toimintaan. Saatujen tulosten perusteella kehitetään sijaiskytkentä koneelle, jossa on useampi roottori. Lisäksi pohditaan tuuletinroottoreilla varustetun koneen mahdollisia käyttökohteita ja ominaisuuksia sekä verrataan sitä tavalliseen murtovakokäämittyyn kestomagneettikoneeseen. Tässä diplomityössä osoitetaan, että tutkittu rakenne on käytännössä toimiva ja luodaan pohja jatkotutkimuksille.