Design of the manufacturing equipment for direct liquid cooled tooth-coil windings
Nykänen, Timo (2017)
Diplomityö
Nykänen, Timo
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201708047868
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201708047868
Tiivistelmä
The objective of this master’s thesis was to develop manufacturing equipment for direct liquid cooled tooth-coil windings. The fundamentals of electrical machines and different cooling methods are explained briefly. Also a systematic approach to engineering design is discussed.
The design process revealed that because of the complicated form of the coil, it is easier to manufacture the coil in two stages: The first stage produces the duplex-helical five-layer form and the second stage produces the end bends and small bends in both ends of the coolant conduit.
As a result, two sets of tooling were designed. The first machine uses two electrical stepper motors to form the duplex-helical multilayer form. The second machine uses hydraulics to produce the most challenging end bend. Coolant tubes are bent manually. During the design process, the principles of DFMA, adjustability and costs were taken into account.
According to 3D models, both machines seems to be workable, but the final result will be found out when prototypes are built and tested. Tämän diplomityön tarkoituksena oli kehittää laitteisto suoralla nestejäähdytyksellä varustetun sähkömoottorin käämien valmistamiseen. Työn teoriaosassa perehdytään lyhyesti sähkömoottoritekniikkaan erityisesti jäähdytyksen näkökulmasta sekä myöhemmin suunnitteluprosessin yhteydessä hyödynnettyyn systemaattisen koneensuunnittelun metodiin. Suunnittelun aikana todettiin, että koska käämi sisältää taivutuksia moneen suuntaan, on helpointa jakaa valmistus kahteen vaiheeseen: ensimmäisessä vaiheessa taivutetaan viisikerroksinen, kaksoiskierteinen aihio, ja toisessa vaiheessa tehdään päätyjen ja jäähdytysputkien vaatimat pienemmät taivutukset. Suunnittelun lopputuloksena syntyi kaksi laitteistoa, joista ensimmäinen käyttää kahta askelmoottoria kaapelin taivuttamiseksi haluttuun monikerroksiseen, kaksoiskierteiseen muotoon. Toinen laite suorittaa eniten voimaa vaativan taivutuksen hydrauliikkaa käyttäen, minkä jälkeen viimeiset, jäähdytysputkien päihin tulevat taivutukset tehdään manuaalisesti. Molempien laitteistojen suunnittelussa pyrittiin kiinnittämään huomiota valmistusystävällisyyteen, säädettävyyteen ja kustannusten minimointiin. 3D-mallin perusteella molemmat koneet vaikuttavat toimivilta. On kuitenkin huomioitava, että laitteiston toiminta selviää lopullisesti vasta prototyyppien rakentamisen ja koekäytön jälkeen.
The design process revealed that because of the complicated form of the coil, it is easier to manufacture the coil in two stages: The first stage produces the duplex-helical five-layer form and the second stage produces the end bends and small bends in both ends of the coolant conduit.
As a result, two sets of tooling were designed. The first machine uses two electrical stepper motors to form the duplex-helical multilayer form. The second machine uses hydraulics to produce the most challenging end bend. Coolant tubes are bent manually. During the design process, the principles of DFMA, adjustability and costs were taken into account.
According to 3D models, both machines seems to be workable, but the final result will be found out when prototypes are built and tested.