Development of High Force Density Planar Linear Machine
Ladataan...
3.09 MB
suljettu
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Lataukset1
Pysyvä osoite
Verkkojulkaisu
DOI
Tiivistelmä
In today’s world, there is a growing demand for electrification. Many industries, such as mining, logistics and marine industries still rely on environmentally problematic and inefficient systems to provide linear force. The potential future solution to these systems are linear machines. However, there is currently no linear machine solution for high thrust applications. This thesis presents the development of a high thrust density linear machine for these applications. A promising solution to maximize the force density is identified and proposed in this thesis. The effect of the proposed architecture on the linear machine’s electromagnetic performance and scaling is studied. A quasi-Halbach configuration is utilized on the linear machine in order to allow a yokeless structure which minimizes iron usage, and subsequently increases efficiency as well as force density. The discussed machines were modelled using finite-element method software JMAG. The optimization of the machine prioritized maximizing thrust density, with efficiency treated as a secondary objective. Results from 2D simulations, including force characteristics and efficiency, are presented alongside an analysis of the machine’s thermal behaviour. The proposed design achieves high force density but exhibits moderate efficiency, and requires water cooling for optimal operation. The proposed architecture demonstrates strong potential for increasing force density and permits higher current operation compared to a conventional architecture. Furthermore, the proposed approach enables straightforward and effective scaling of the machine.
Nykypäivänä, sähköistymisen kysyntä ja tarve lisääntyvät jatkuvasti maailmanlaajuisesti. Monet teollisuudenalat, kuten kaivos-, logistiikka- ja meriteollisuus, kuitenkin nojaavat edelleen ympäristön kannalta ongelmallisiin ja tehottomiin järjestelmiin lineaarisen voiman tuottamiseksi. Näiden järjestelmien potentiaalisena tulevaisuuden ratkaisuna ovatlineaarikoneet. Tällä ei kuitenkaan ole olemassa lineaarikonetta, joka soveltuisi suuren työntövoiman omaaviin koneisiin. Tässä diplomityössä esitetään edellä mainittuihin koneisiin soveltuva korkean työntövoimatiheyden omaavan lineaarikoneen kehitysprosessi. Työssä tunnistettiin lupaava rakenne/menetelmä korkean voimatiheyden omaavalle lineaarikoneelle. Työssä tutkittiin rakenteen vaikutusta lineaarikoneen sähkömagneettiseen suorituskykyyn ja skaalautuvuuteen. Lineaarikoneessa hyödynnetään kvasi-Halbach-konfiguraatiota, jonka vuoksi koneen rakenteessa ei tarvitse käyttää magneettipiiriä sulkevaa rautaa. Tämä vähentää raudan käyttöä ja parantaa siten sekä hyötysuhdetta että voimatiheyttä. Työssä tutkitut koneet mallinnettiin elementtimenetelmiin perustuvalla JMAG-ohjelmistolla. Koneen optimoinnissa ensisijaisena tavoitteena oli työntövoimantiheyden maksimointi, kun taas hyötysuhde oli toissijainen tavoite. 2D-simulointien tulokset, sisältäen lineaarikoneen elektromagneettiset voimaominaisuudet ja hyötysuhde, esitetään yhdessä koneen lämpökäyttäytymisen analyysin kanssa. Suunniteltu kone saavuttaa korkean voimatiheyden, mutta sen hyötysuhde on melko heikko. Lineaarikoneen optimaalinen toiminta edellyttää vesijäähdytystä. Ehdotetulla rakenteella on merkittävä potentiaali voimatiheyden kasvattamiseen ja se mahdollistaa suuremman virran käytön verrattuna tavanomaiseen lineaarikonerakenteeseen. Lisäksi ehdotettu menetelmä mahdollistaa koneen yksinkertaisen, mutta tehokkaan skaalauksen.