Kestomagneettitahtikoneen sähkömagneettinen suunnittelu Superkart-autoon
Kurronen, Jesse (2020)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202005138763
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202005138763
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli toteuttaa sähkömagneettinen suunnittelu suorituskyvyltään kilpailukykyiselle kestomagneettitahtikoneelle Superkart-autoon. Kestomagneettitahtikoneen suunnittelulla Superkart-autoon annetaan vaihtoehto fossiilisten polttoaineiden käyttämiselle sarjassa. Suunnitellun koneen soveltuvuutta kilpailuihin täytyi myös arvioida.
Kestomagneettitahtikone suunniteltiin käyttäen apuna analyyttistä laskentaa ja Cedratin Flux2D-ohjelmaa, joka perustuu FEM-laskentaan. Suunnittelu aloitettiin käymällä läpi koneen reunaehdot ja vaatimukset. Staattorille ja roottorille suunniteltiin geometriamalli, valittiin soveltuva käämitys ja magneettinapayhdistelmä, vertailtiin erilaisia valmistusmateriaaleja ja näistä valittiin parhaiten soveltuvat. Niiden pohjalta suoritettiin sähkömagneettinen laskenta koneen ominaisuuksien selvittämiseksi. Koneen geometriaa paranneltiin työn edetessä. Tässä työssä on esitetty versio koneesta, joka osoittautui parhaaksi suunnitelluista. Energiavaraston suunnittelu ei kuulunut työhön, joten energiavarastosta tehtiin vain esimerkkimalli, joiden pohjalta jännite- ja virta-arvot sekä kapasiteetti voitiin arvioida koneen suunnittelua varten.
Opinnäytetyön tuloksena saatiin suorituskyvyltään kilpailukykyisen kestomagneettitahtikoneen malli ja nimellisarvot. Koneen suorituskykykäyrät esitettiin, ja todettiin koneen olevan kilpailukykyinen Superkart-sarjassa käytettäviä polttomoottoreita vastaan. Konetta on mahdollista parantaa vielä keventämällä sitä ja hienosäätämällä geometriaa. Tällöin olisi huomioitava sähköjärjestelmä kokonaisuutena ja näiden pohjalta tehdä muutoksia.
Kestomagneettitahtikone suunniteltiin käyttäen apuna analyyttistä laskentaa ja Cedratin Flux2D-ohjelmaa, joka perustuu FEM-laskentaan. Suunnittelu aloitettiin käymällä läpi koneen reunaehdot ja vaatimukset. Staattorille ja roottorille suunniteltiin geometriamalli, valittiin soveltuva käämitys ja magneettinapayhdistelmä, vertailtiin erilaisia valmistusmateriaaleja ja näistä valittiin parhaiten soveltuvat. Niiden pohjalta suoritettiin sähkömagneettinen laskenta koneen ominaisuuksien selvittämiseksi. Koneen geometriaa paranneltiin työn edetessä. Tässä työssä on esitetty versio koneesta, joka osoittautui parhaaksi suunnitelluista. Energiavaraston suunnittelu ei kuulunut työhön, joten energiavarastosta tehtiin vain esimerkkimalli, joiden pohjalta jännite- ja virta-arvot sekä kapasiteetti voitiin arvioida koneen suunnittelua varten.
Opinnäytetyön tuloksena saatiin suorituskyvyltään kilpailukykyisen kestomagneettitahtikoneen malli ja nimellisarvot. Koneen suorituskykykäyrät esitettiin, ja todettiin koneen olevan kilpailukykyinen Superkart-sarjassa käytettäviä polttomoottoreita vastaan. Konetta on mahdollista parantaa vielä keventämällä sitä ja hienosäätämällä geometriaa. Tällöin olisi huomioitava sähköjärjestelmä kokonaisuutena ja näiden pohjalta tehdä muutoksia.