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Motor design for maximum material exploitation and magnetization procedure with in-line quality check for mass production
Dinca, Christian
Elektrische Energietechnik an der TU Berlin
To reduce the amount of Rare-earth Elements in high efficient permanent magnet electric motors, the magnetic stray flux has to be reduced. Additonally, a temperature reduction inside the motor reduces the necessary amount of the so called Heavy Rare-earth Elements, which account for the bulk part of the magnet material costs. In this thesis a permanent magnet motor in wet rotor configuration for an automotive application is designed. It was shown that by simple thermal improvements of the electric insulation system the maximum temperature of the stator can be reduced. Extensive measurements on different combinations of insulation material of the stator and the development of a new thermal model for orthocyclic wound stators were performed. Due to the use of fiber cans eddy current losses could be eliminated and the stray flux minimized.
In a second stage a magnetizing fixture was build up, which is able to magnetize the buried magnets inside the rotor. The rotor and the magnetizing fixture was developed, so that the magnets can be optimal magnetized. To check the quality of the magnets the magnetizing coil was developed in a way, such that the hysteresis curve of every single magnet during magnetization can be measured. Different magnets were tested and ways to calculate parasitics are given.
Um die Menge an Selten Erden in hoch-effizienten permanent erregten Elektromotoren zu reduzieren, muss der magnetische Streufluss verringert werden. Eine Temperaturreduktion im Motor verringert zudem die nötige Menge an so genannten schweren Selten Erden, welche einen Großteil der Kosten der Magnetmaterialien ausmachen. In dieser Arbeit wird dazu ein permanent erregter Nassläufer für eine automotive Anwendung ausgelegt. Es konnte gezeigt werden, dass durch einfache Maßnahmen im Bereich der elektrischen Isolation die maximale Temperatur im Stator reduziert werden konnte. Umfangreiche Messungen an verschiedenen Kombinationen von elektrischen Isolationen des Stators und die Entwicklung eines neuen thermischen Models für orthozyklisch gewickelte Statoren wurden getätigt. Durch Einsatz von Spaltrohren aus Faserverbundwerkstoffen konnten die Wirbelstromverluste beseitigt werden und der Streufluss minimiert werden.
In einem zweiten Schritt wurde eine Magnetisiervorrichtung aufgebaut, mit der die zu Anfang unmagnetisierten eingebetteten Magneten im Rotor aufmagnetisiert werden konnten. Der Rotor wurde zudem zusammen mit der Magnetisierungsspule so ausgelegt, dass die Magnete optimal magnetisiert werden können. Um die Qualität der Magnete zu testen wurde die Magnetisierspule zudem so ausgelegt, dass eine Messung der Hysteresekurve jedes einzelnen Magneten während der Magnetisierung möglich ist. Verschiedene Magnete wurden vermessen und Möglichkeiten zur Bestimmung von parasitären Effekten gegeben.
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Published by Universitätsverlag der TU Berlin, ISBN 978-3-7983-2884-6 EISSN 2367-377X
- Published in print by Universitätsverlag der TU Berlin, ISBN 978-3-7983-2883-9 (ISSN 2367-3761)
