ÄûÃʵ¼º½

Väitöskirjan nimi: Magneto-Mechanical Analysis and Manufacturing Integration of Multi-Material Rotor for High-Speed Synchronous Reluctance Machines

³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Maksim Sitnikov
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä³Ù: 
Prof. Peter Sergeant, Ghent University, Belgia
Prof. Nora Leuning, RWTH Aachen University, Saksa
Kustos: Prof. Anouar Belahcen, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu

Tässä väitöskirjassa tutkitaan monimateriaalisten roottorien magneettismekaanista suunnittelua ja valmistusintegrointia suurinopeuksisiin reluktanssisähkökoneisiin. Suurinopeuksisia koneita hyödynnetään yhä laajemmin energia-, liikenne- ja teollisuussovelluksissa, joissa kompakti rakenne, korkea hyötysuhde ja luotettavuus ovat keskeisiä vaatimuksia. Roottorit altistuvat erittäin suurille keskipakovoimille, jotka vaikuttavat niiden mekaaniseen kestävyyteen ja magneettisiin ominaisuuksiin. Nämä ristiriitaiset vaatimukset tekevät perinteisistä suunnittelu- ja valmistusratkaisuista riittämättömiä.

Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää integroitu suunnittelumenetelmä, joka yhdistää sähkömagneettisen suorituskyvyn, mekaanisen lujuuden ja teollisen valmistettavuuden. Erityinen painopiste kohdistui harvinaisten maametallien vapaisiin reluktanssikoneisiin sekä mekaanisesti kestävien roottorien mahdollistamiseen edistyneillä monimateriaaliratkaisuilla.

Työ yhdistää analyyttisen mallinnuksen, elementtimenetelmään perustuvat simuloinnit ja kokeellisen validoinnin. Keskeinen tieteellinen kontribuutio on magneettismekaanisten analyysimenetelmien kehittäminen siten, että sähkömagneettisen kuormituksen ja mekaanisten jännitysten välinen vuorovaikutus suurilla pyörimisnopeuksilla otetaan eksplisiittisesti huomioon. Lisäksi esitetään skaalautuva valmistusratkaisu, joka perustuu erilaisten materiaalien kuumaisostaattiseen puristukseen ja mahdollistaa rakenteellisesti integroitujen monimateriaalisten roottorien valmistuksen.

Tulokset osoittavat, että roottorit voidaan suunnitella siten, että korkea hyötysuhde ja vääntömomentti säilyvät samalla kun mekaaninen kestävyys paranee merkittävästi. Tutkimus tuottaa myös uutta tietoa monimateriaalirakenteisiin syntyvien jäännösjännitysten muodostumisesta ja niiden vaikutuksesta sähkömagneettiseen käyttäytymiseen. Työ yhdistää teoreettisen konemallinnuksen ja teollisen mittakaavan valmistuksen yhtenäiseksi teknologiseksi kokonaisuudeksi.

Tuloksia voidaan soveltaa seuraavan sukupolven suurinopeuksisten sähkökäyttöjen kehittämisessä energiatehokkaisiin teollisuusjärjestelmiin, sähköiseen liikenteeseen ja kestäviin energiateknologioihin. Edistämällä harvinaisten maametallien vapaita koneratkaisuja tutkimus tukee riippuvuuden vähentämistä kriittisistä raaka-aineista ja vahvistaa teknologista resilienssiä.

Avainsanat: Additiivinen valmistus; Nopea; Magneettomekaaninen kytkentä; Monimateriaalinen roottori; Synkroninen reluktanssikone

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä):

Yhteystiedot: 

maksim.sitnikov@aalto.fi