Dissertação

{en_GB=Dimensioning of a traction motor for the FST using a Vanadium-Cobalt-Iron alloy} {} EVALUATED

{pt=Veículos elétricos e híbridos têm sofrido um recente crescimento, devido ao desenvolvimento de novas tecnologias relacionadas à maximização do rendimento e da sua potência específica. Entre estas, a aplicação de técnicas de otimização e o uso de novos materiais eletromagnéticos são procedimentos que têm sido exploradas recentemente. Neste trabalho, uma máquina síncrona de ímanes permanentes é otimizada para ser usada como motor de um carro elétrico da competição Formula Student, requerendo alto desempenho com um alto rácio de potência/volume. Dois diferentes materiais magnéticos foram testados para serem usados no núcleo do motor: o típico Ferro-Silício (FeSi) e Vanádio-Cobalto-Ferro (VCoFe). Este projeto pretende definir em que condições a utilização da liga de VCoFe, caracterizada pelo seu alto ponto de saturação 2.2-2.4 T, pode ser vantajosa em comparação com a liga de FeSi. Uma otimização de multiobjetivo foi desenvolvida para identificar os melhores parâmetros e o desenho da máquina, com especial atenção ao seu rendimento e potência específica, cumprindo sempre os constrangimentos. Resultados demonstram que o uso do VCoFe como material do núcleo providencia mais benefícios na potência específica quando comparado com o FeSi. Superando este num aumento estimado de 3\% de rendimento, para o mesmo valor de binário, e um aumento de até 70\% de binário para o mesmo rendimento. Para o veículo da FST, com um binário de 20 Nm, observou-se um aumento de 1.7\% de rendimento e uma redução de 11\% do volume do motor., en=Hybrid and fully electric vehicles have pursued a recent growth and, along with this, new electric machines technologies are being developed focusing on increasing efficiency and specific power through the application of optimisation techniques and new materials. In this work, a high specific-power spoke- type Interior Permanent Magnet Synchronous Machine (IPMSM) for the competition’s FST electric car has been optimised, demanding high-performance requirements with a large ratio of power/volume. Two different magnetic materials were tested for the motor’s magnetic core: the typical Silicon-Iron alloy (FeSi) and a Vanadium-Cobalt-Iron alloy (VCoFe) alloy. This project attempts to define in which conditions the VCoFe alloy, holding a remarkable high saturation point of 2.2-2.4 T, provides advantages in this application, over the FeSi. Multi-objective optimisation was developed to identify the best parameters and machine designs, using VCoFe and FeSi, regarding specific power and efficiency, while fulfilling the relevant applicable constraints. The optimisation was done using the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) algorithm coupled with a hybrid analytical/finite element method to provide sufficiently accurate electromagnetic and thermal results within a feasible time. Results demonstrate VCoFe as a beneficial core material, providing higher specific power than FeSi. Outperforming FeSi in an estimated increase of up to 3% in efficiency for the same torque, or up to 70% torque increase for the same efficiency level. For the FST competition car, with a required 20 Nm of nominal torque, there is an efficiency increase of 1.7% and a reduction of 11% in core volume for the motor.}
{pt=Ferro-Silício, Máquina síncrona de ímanes permanentes, Método de elementos finitos, Modelo electromagnético, Otimização de multiobjetivo., en=Electric vehicle, Electromagnetic modelling, Finite element method, Multi-objective optimisation, Permanent magnet synchronous machine, Vanadium-Cobalt-Iron.}

Outubro 14, 2020, 15:0

Orientação

ORIENTADOR

João Filipe Pereira Fernandes

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar