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Dissertação

{pt_PT=Design and Implementation of a 20kW, 12000rpm Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) for the IST Formula Student Powertrain} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Com o crescimento de carros híbridos e 100% eléctricos em competicção automóvel, novas máquinas eléctricas estão a ser desenvolvidas. Esta tese trata o projecto, fabrico e teste de um motor síncrono de ímanes permanentes para um carro eléctrico de Formula Student, onde se requer uma alta relação peso/potência e torque/potência. Especificamente, definiu-se um motor capaz de gerar 20 Nm, atingir velocidades de 12000 RPM e uma potência de pico de 20 kW. Uma análise aos materiais e métodos de fabrico para cada componente do motor foi executada, permitindo a seleção dos que melhor se adequam. Durante a fase de projecto e depois de terem sido seleccionados os materiais e métodos, um script de optimização foi desenvolvido por forma a identificar os parâmetros que melhor beneficiam a produção de binário, cumprindo os constrangimentos definidos. Esse script foi melhorado com base nas conclusões retiradas dos ensaios experimentais. Análises mecânicas e térmicas foram realizadas para aumentar a robustez e facilidade de manufactura da máquina. Os métodos utilizados durante a manufactura do motor e da bancada de ensaios incluíram corte-laser, corte por jacto de água, fresa CNC e torno mecânico. Um estudo relativo à organização das bobines foi realizado para validar a capacidade do motor atingir 12000 RPM e um torque de 20 Nm sem atingir o limite térmico. Testes de performance e eficiência foram realizados, posteriormente. Os requerimentos do projecto foram garantidos, apesar de algumas limitações terem comprometido alguns resultados. Finalmente, foram recomendadas alterações com vista a melhorar a performance do motor. , en=With the recent growth in hybrid and fully electric race car competitions, new electric machines technologies are being developed. This thesis concerns the design, manufacture and test of a PMSM for a Formula Student electric car requiring a high ratio of weight/power and torque/power. Specifically, it was defined an high-performance motor suitable for the race car, capable of producing 20 Nm, rotating at 12000 RPM and with a peak power of 20 kW. Analyses of the materials and manufacturing processes for each part of the motor have been performed, allowing the selection of those most suitable for the application. In the design phase and after having taken into account the material and manufacturing methods selected, an optimization script was developed to identify the best parameters regarding the torque production while complying with the relevant constraints. Improvements to the script were implemented after the test validation. Mechanical and thermal analyses were conducted in order to increase motor robustness and manufacturability. The main manufacturing methods used for the motor and test bench manufacturing included laser cutting, water-jet, CNC milling and lathe turning methods. Windings tests were performed to validate the layout producing a back-electromotive force capable of reaching 12000 RPM and a maximum torque of 20 Nm without reaching the thermal limits. Subsequently, the final winding, performance and efficiency tests were performed. The design requirements values were reached, although few limitations have compromised some of the results. Furthermore, concluding this thesis, several changes that can improve the motor performance have been recommended. }
Keywords: {pt=Formula Student carro competição eléctrico, Motor síncrono de ímanes permanentes, alta performance, algoritmo de optimização, projecto/construção/teste motor eléctrico, en=Formula Student Electric Racecar, Permanent Magnet Synchronous Motor, High Performance, Optimized geometry, Electric motor design/manufacture/test}

Discussão: novembro 14, 2017, 16:30