Tiedotusvälineille 10.12.2007
VÄITÖS: Massiiviroottorikoneen sähkömagneettinen suunnittelu vaativiin käyttöolosuhteisiin
Väittelijä: Diplomi-insinööri Tuomo Aho
Yhteystiedot: Tuomo Aho puh. 050 332 4877, etunimi.sukunimi@fi.abb.com
Väitöstilaisuuden aika ja paikka: Tiistai 18.12.2007 klo 12, sali 1382 Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Skinnarilankatu 34
Väitöskirjan aihe: Electromagnetic Design of a Solid Steel Rotor Motor for Demanding Operation Environments (Massiiviroottorikoneen sähkömagneettinen suunnittelu vaativiin käyttöolosuhteisiin)
Väitöskirjatutkimuksessa on esitetty menetelmiä, joiden avulla voidaan kehittää keskinopeusalueen induktiokoneessa käytettävän massiiviroottorin sähkömekaanisia ominaisuuksia. Erityisesti tutkimuskohteina ovat olleet massiiviroottorin pinta- ja sydänmateriaalit, roottorin aksiaalinen urittaminen sekä massiiviroottorin päätyilmiöt. Suuritehoisten nopeakäyntisten sähkökoneiden käyttökohteita teollisuudessa ja energiantuotannossa ovat muun muassa sähkögeneraattorisovellukset, suuritehoiset pumput ja puhaltimet sekä maakaasukompressorit.
Väitöskirjan ala on sähkötekniikka ja se on tehty teknillisen tiedekunnan sähkötekniikan osastolle. Väitöskirja on julkaistu yliopiston Acta Universitatis Lappeenrantaensis –tutkimussarjassa, numero 292.
Vastaväittäjä: Professori Jorma Luomi (Teknillinen korkeakoulu, Espoo)
Väitöstilaisuuden valvoja: Professori Juha Pyrhönen (Lappeenrannan teknillinen yliopisto)
Ohessa on väittelijän antama tiivistelmä väitöskirjatutkimuksesta sekä häntä koskevat muut tiedot.
Väitöskirjan ”Electromagnetic Design of a Solid Steel Rotor Motor for Demanding Operation Environments” tiivistelmä
Väitöskirjatutkimuksessa on esitetty menetelmiä, joiden avulla voidaan kehittää keskinopeusalueen induktiokoneessa käytettävän massiiviroottorin sähkömekaanisia ominaisuuksia. Suuritehoisten nopeakäyntisten sähkökoneiden käyttökohteita teollisuudessa ja energiantuotannossa ovat muun muassa sähkögeneraattorisovellukset, suuritehoiset pumput ja puhaltimet sekä maakaasukompressorit.
Perinteisesti induktiokoneen roottori rakentuu akselista, laminoidusta teräslevypaketista, sekä kuparisesta tai alumiinisesta oikosulkuhäkistä. Laminoitu roottori ei rakenteensa vuoksi sovellu keskinopeusalueen käyttöihin, koska siitä tulee suurilla pyörimisnopeuksilla toimittaessa mekaanisesti epävakaa. Suuren mekaanisen rasituksen lisäksi roottori voi vaativissa käyttöolosuhteissa altistua korkeille lämpötiloille sekä korroosiota aiheuttaville aineyhdisteille. Keskinopeusalueen käyttöihin soveltuu paremmin yhtenäisestä teräskappaleesta työstetty ns. massiivinen roottori, jonka mekaaniset ja termiset ominaisuudet täyttävät vaativien käyttöolosuhteiden asettamat vaatimukset. Massiivinen teräsroottori on kuitenkin induktiokoneeseen sovellettuna sähkömagneettisilta ominaisuuksiltaan huomattavasti heikompi kuin tavallinen oikosulkuhäkkilevyroottori.
Massiiviroottorin suunnittelussa on saatava roottorin sähkömagneettiset, mekaaniset ja termiset ominaisuudet sopimaan saumattomasti yhteen. Massiiviroottori on termisesti ja mekaanisesti kestävä, mutta sen sähkömagneettiset ominaisuudet ovat koneen heikoin lenkki. Väitöskirjassa on perehdytty massiiviroottorin perusongelmiin sekä vertailtu vaihtoehtoja, joiden avulla voidaan vaikuttaa koneen suorituskykyyn.
Erityisesti tutkimuskohteina ovat olleet massiiviroottorin pinta- ja sydänmateriaalit, roottorin aksiaalinen urittaminen sekä massiiviroottorin päätyilmiöt. Materiaali- sekä uritusvaihtoehtojen vaikutusta koneen ominaisuuksiin selvitettiin elementtimenetelmään (FEM) pohjautuvien numeeristen laskelmien avulla. Massiiviroottorin päätyilmiöiden selvittämiseksi suoritettiin sarja laboratoriomittauksia ja numeerisia laskelmia. Tulosten perusteella voitiin johtaa massiiviroottoreille soveltuva analyyttinen päätykerroin. Väitöskirjassa on esitetty suuntaviivoja ja mitoitussääntöjä, joihin massiiviroottorin suunnittelu osaltaan voi jatkossa perustua.
DI Tuomo Ahon väitöskirja jatkaa massiiviroottoritutkimusta, jota on Lappeenrannassa tehty menestyksekkäästi jo yli kahden vuosikymmenen ajan. Lappeenrannan teknillinen yliopisto on kansainvälisesti tunnettu suurnopeustekniikan tutkimuksestaan.
Väittelijän henkilö-, koulutus- ja uratiedot
•Syntynyt 4.4.1978 Jalasjärvellä
•Naimisissa
•Asuinkunta: Espoo
Koulutus
• Ylioppilas 1997, Kouvolan Lyseon Lukio
•Diplomi-insinööri 2004, Lappeenrannan teknillinen yliopisto, sähkötekniikan osasto
Työsuhteet
•R&D Engineer kesäkuusta 2007 alkaen, ABB Oy, Helsinki
•Tutkijakoulutettava kesäkuu 2004 – kesäkuu 2007, Lappeenrannan teknillinen yliopisto
Apurahat väitöstutkimusta varten
• Tekniikan edistämissäätiö
•Walter Ahlströmin säätiö
•Kauhajoen kulttuurisäätiö
•Ulla Tuomisen säätiö