The thesis work described in this report is about simulation of the cooling of an electrical machine rotor. Limitations and simplifications were made on the CAD model of the rotor with the purpose of reducing the simulation time, for it to then be used for CFD-simulations using STAR-CCM+. This was done to see the temperature, as well as its distribution, in the model. By changing various parameters, one at the time whilst the rest were kept at their assigned standard values, the changes could be analysed and thereafter compared. The tests include smaller geometry changes, parameters of the coolant and its flow, parameters for the airgap and the materials in the laminates and the material around the magnets, as well as changes in loss values. The simulations for geometry changes involving the magnets and their surrounding material resulted in minor temperature increases. An inner rotor radius increase gave a relatively large temperature decrease (although this change would be more difficult to make in practice). Most of the mean values of the temperature changes in the regions of the model were within 10% from the standard simulation used. Increased thermal contact resistance between the Bakelite and the laminates, and increased losses had the worst impact on the cooling. Meanwhile the changes in coolant parameters (as well as the its inlet temperature and mass flow) and reduced losses had the best impact on the cooling. Generally, the temperature distributions looked similar for the different simulations. There were more differences in the distributions for the simulations with changed material properties or thermal contact resistance. / Examensarbetet som beskrivs i denna rapport handlar om simulering av kylningen av en elmaskinsrotor. Avgränsningar och vissa förenklingar gjordes på en CAD modell av rotorn för att reducera simuleringstiden. Sedan användes CFD-simuleringsprogrammet STAR-CCM+ för att simulera temperaturfördelningen i modellen. Genom att ändra olika parametrar, en åt gången medan resten hölls vid sina bestämda standardvärden, kunde förändringarna undersökas och sedan jämföras. Det som testades inkluderar bland annat mindre geometriförändringar, parametrar för kyloljan och dess flöde, parametrar för luftgapet och materialen i laminaten och runt permanentmagneterna, samt förlustförändringar. Geometriförändringarna som gjordes för magneterna och det omgivande materialet gav små temperaturökningar. En ökad inre radie på rotorn gav relativt stor temperaturminskning (men denna ändring vore svårare att genomföra på rotorn i praktiken). Majoriteten av medelvärdena av modellregionernas temperaturförändringar var inom 10% från standardsimuleringen som användes. Ökat termiskt kontaktmotstånd mellan Bakeliten och laminaten samt ökade förluster hade sämst påverkan för kylningen, medan förändring i kylvätskans egenskaperna (samt inflödestemperaturen och massflödet) samt minskade förluster hade bäst inverkan. Generellt så såg temperaturfördelningarna lika ut för de olika simuleringarna. Det var främst när materialegenskaperna eller det termiska kontaktmotståndet ändrades som fördelningen såg annorlunda ut.

This thesis focuses on modelling of the permanent magnet synchronous reluctancemotor (PMSynRM), which has drawn considerable attention by researchers thanks toits high efficiency and wide range of speed operation. Comparisons with measurementsfrom a four-pole PMSynRM with four barriers and 24 stator slots have been carriedout. In this thesis work, Matlab and Comsol Multiphysics are used to implement theparameterized PMSynRM model.Models of the PMSynRM in two-dimensions (2D) and three-dimensions (3D) havebeen implemented. The electromotive force (back emf) at no load condition for a fullpitchand short-pitch winding as well as the air-gap flux density distribution have beencalculated. A parametric study has been performed where the air-gap length, insulationratio of both d and q-axes, as well as flux barrier number have been varied and theeffect on the machine performance has been observed. The losses including eddycurrentlosses in permanent magnet, stator lamination loss, and rotor lamination losshave been calculated. The back emf and rated torque as well as developed torque witha pure q-axis current have been compared with corresponding experimental data.A 3D model of an axially shortened rotor has also been implemented in where apulsating current has been applied to estimate eddy-current losses in the permanentmagnets. The predicted losses from the 2D model and 3D model have been comparedfor pulsating currents with varying frequency and magnitude. / Denna avhandling fokuserar på modellering av permanentmagneten synkronreluktansmotor (PMSynRM), som har fäst stor uppmärksamhet av forskare tack varedess höga effektivitet och brett spektrum av hastigheter. Jämförelser med mätningarfrån en fyrpolig PMSynRM med fyra hinder och 24 statorspåren har utförts. I dettaexamensarbete, Matlab och Comsol Multi används för att implementera parameterPMSynRM modell. Modeller av PMSynRM i två dimensioner (2D) och tre dimensioner(3D) har genomförts. Den elektromotoriska kraften (mot-emk) utanbelastningstillstånd för en full-pitch och kort stigning lind samt luftgapetfördelningsflödestäthet har beräknats. En parametrisk studie har gjorts där luftspaltlängden,isolering förhållande av både d- och q-axlar, såväl somflödesbarriärnummer har varierats och effekten på maskinens prestanda harobserverats. Förlusterna inklusive virvelströmsförluster i permanentmagnet,statorskiktet förlust, och rotorlamine förlust har beräknats. Mot-emk och nominelltvridmoment samt utvecklat vridmoment med en ren q-axelström har jämförts medmotsvarande experimentella data. En 3D-modell av en axiellt förkortad rötor har ocksågenomförts i där en pulserande ström har tillämpats för att uppskattavirvelströmsförluster i permanentmagneterna. De förutsagda förluster från 2Dmodellenoch 3D-modell har jämförts för pulserande strömmar med varierandefrekvens och storlek.

Im Rahmen der Dissertation wurde das Phänomen der Wechselwirkungsdomänen sowohl experimentell als auch unter Zuhilfenahme mikromagnetischer Simulationen untersucht. Gegenstand der Untersuchungen waren einphasige NdFeB-Magnete, die durch Heißpressen und anschließender Warmumformung hergestellt wurden. Zusätzlich wurden über den gleichen Herstellungsweg Kompositproben aus NdFeB und Fe mit unterschiedlichen Partikelausgangsgrößen erhalten und studiert. Korrelationsuntersuchungen verschiedener Messmethoden haben gezeigt, dass im thermisch entmagnetisierten Zustand die Grenzen der Wechselwirkungsdomänen an der Oberfläche größtenteils entlang von Korngrenzen verlaufen. Mittels in-situ MFM wurden erstmalig Untersuchungen von Wechselwirkungsdomänen an massiven NdFeB-Magneten im Magnetfeld durchgeführt. Die Ummagnetisierung erfolgt dabei über die Bewegung der Domänengrenze durch schrittweises Wandern von einer Korngrenze zur benachbarten. Die Beweglichkeit der Domänengrenzen ist durch das Haften an den Korngrenzen gehemmt, was sich in der geringeren Suszeptibilität der warmumgeformten Magnete im Vergleich zu Sintermagneten bemerkbar macht. Aufgrund der eingestellten Mikrostruktur in den warmumgeformten Magneten kann folglich gesagt werden, dass die Ummagnetisierungsprozesse sowohl Merkmale von klassischen Nukleations-, als auch von klassischen Pinningmagneten aufweisen. Mit Hilfe von mikromagnetischen Simulationen konnte eine Eindomänenteilchengröße prismatischer Partikel mit quadratischer Grundfläche ermittelt werden. Außerdem konnte gezeigt werden, dass der Winkel des Streufeldvektors eine entscheidende Rolle bei Ummagnetisiserungsprozessen in solchen Partikeln spielt. Die Superposition des Streufeldvektors mit dem Vektor des angelegten Feldes führt zu einem Gesamtfeldvektor, dessen Winkelabhängigkeit ein Stoner-Wohlfarth ähnliches Verhalten zeigt.

In this paper, electrification of hydraulic systems is proposed using high-efficiency permanent magnet (PM) motors and wide bandgap power electronic drives. Direct driven hydraulics (DDH) is selected because of its higher efficiency compared to other conventional technologies such as valve-controlled systems. The DDH is directly driven by a servomotor. The ratings and design guidelines for a servomotor used in DDH applications are provided in this paper. Specifically, a surface permanent magnet synchronous machine (SPMSM) is designed. Finally, a state-of-the-art inverter using silicon carbide wide bandgap devices are designed for high performance operation.

Wave energy has the potential to provide an energy resource in this challenging energyenvironment. Wave energy converters are devices used to extract this energy and convertit into electricity. Wave Carpet is an example of such a novel wave energy converters andin its final form, it consists of a submerged membrane which covers an arbitrarily largearea above the sea floor. Incident waves create a pressure difference between the upper andlower surfaces, which triggers an up-and-down movement. The power take-off attached tothe surfaces serve to restrict this movement and thereby extract hydraulic power which isconverted to electricity.The Wave Carpet, is a type of wave energy converter that is beingdeveloped at University of California Berkeley′s Theoretical and Applied Fluid DynamicsLaboratory (TAFLab).The thesis aims at modeling and designing the different power conversion chainof the entire wave energy converter device. The process of energy conversion that yieldsthe required electrical energy for connecting a wave energy converter to an electricalnetwork is termed as the power conversion chain. A detailed electro-mechanical modelof the wave energy converter system connected to power grid is developed in theMatlab/SIMULINK environment and its corresponding generator and hydraulic controlstructure is implemented. The simulation response of the wave energy converter alongwith the power conversion chain is investigated. / Vågenergi har potential att bli en energiresurs i en utmanande energimiljö. Vågkraftverkär maskiner som används till att utvinna denna energi och omvandla den till elektricitet.Wave Carpet är ett exempel på ett vågkraftverk som i sitt slutglitiga stadie bestårav ett nedsänkt membran som täcker ett godtyckligt stort område ovanför sjöbotten.Inkommande vågor skapar en tryckskillnad mellan den övre och nedre ytan som gerupphov till en lodrätt rörelse. De mekaniska armarna kopplade till membranet bromsardenna rörelse och kan genom hydraulik omvandla bromsenergin till elektricitet. The WaveCarpet är en typ av vågkraftverk som utvecklas vid University of California Berkeley′sTheoretical and Applied Fluid Dynamics Laboratory (TAFLab).Uppsatsen syftar till att modellera och designa effektomvandlingskedjan i ett sådantvågkraftverk. Energiomvandlings processen som ger upphov till elektriciteten via ettvågkraftverk är benämnt som effektomvandlingskedjan. En detaljerad elektro-mekaniskmodell över ett vågkraftverksystem kopplat till ett elnät med motsvarande generator ochhydraliska regulatorer är utvecklad i Matlab/Simulink miljön. Simuleringsresultaten fråndet modellerade vågkraftverket undersöks tillsammans med effektomvandlingskedjan.

The aim of this master thesis is to design and analyse a FSCW PMaSynRM (Permanent Magnet assisted Synchronous Reluctance Motor) for industrial applications. The design process includes analytical calculations (initial design and PM amount minimization) and nite element method (FEM) based design optimization. An overcompensated design is proved to be advantageous for a 10-pole reluctance motor. A comparative analysis with other rotor topologies was made, where motor performance, temperature e ects and production costs are taken into account. Detailed curves which describe eciency, power factor and current with respect to ambient temperature are studied for the proposed motor designs at di erent working points. The demagnetization risk is also taken into account and the safe working temperature ranges have been dened for all the considered motors. The results show that the initial motor design with 10 poles/12 slots PMaSynRM with NdFeB magnets has poor performance in terms of eciency and power factor, with huge amount of PM inserted. This is mainly due to the lack of reluctance torque for this relatively higher number of poles solution. Moreover, it has been found in literature and conrmed in this investigation that this negative e ect for the 10-pole motor is amplied due to the presence of the concentrated winding. Indeed, it is shown by simulations that the motor performance is improved by employing 8 poles/12 slots PMaSynRM conguration with a relatively lower NdFeB magnet amount, thanks to the improved rotor anisotropy. The 10 poles/12 slots interior permanent magnet (IPM) and surface mounted permanent magnet (SMPM) topologies present higher performance due to the e ective utilization of PM, mainly or completely producing the torque. Hence, IPM and SMPM do not su er the lack of anisotropy. / Syftet med detta examensarbete ar att utforma och analysera en FSCW PMaSynRM (Permanent Magnet assisted Synchronous Reluctance Motor) for industriella applikationer. Designprocessen omfattar analytiska berakningar (ursprungliga konstruktion och PM belopp minimering) och nita elementmetoden (FEM) baserad design optimering. En overkompenserad design visat sig vara fordelaktigt for en 10-polig reluktansmotor. En jamforande analys med andra rotor topologier gjordes, dar motor prestanda, temperature ekter och produktionskostnader beaktas. Detaljerade kurvor som beskriver e ektivitet, e ektfaktor och strom med avseende pa omgivningstemperatur studeras for de foreslagna motorn for vid olika arbetspunkter. Den avmagnetisering risken ocksa beaktas och sakerhetstemperaturomraden har denierats for alla ansag motorerna. Resultaten visar att den initiala motordesign med 10-polig/12 spar PMaSynRM med NdFeB magneter har daliga e ektivitet och e ektfaktor, med enorma mangder PM insatt. Detta ar framst pa grund av bristen pa reluktansvridmomentet for denna relativt hogre poltal losning. Dessutom har man funnit i litteraturen och bekraftat i denna unders okning att denna negativa e ekt for 10-polig motorn forstarks pa grund av narvaron av den koncentrerade lindningen. Faktum ar att det framgar av simuleringar att motorprestanda forbattras med en 8-polig/12 spar PMaSynRM konguration med en relativt lagre NdFeB magnet belopp, tack vare den forbattrade rotor anisotropi. Den 10-polig/12 spar interior permanentmagnet (IPM) och ytmonterade permanent magnet (SMPM) topologier presentera hogre prestanda tack vare ett e ektivt utnyttjande av PM och deras produktion vridmoment, huvudsakligen eller helt anfortrotts PM effekten.

Im Rahmen der Dissertation wurde das Phänomen der Wechselwirkungsdomänen sowohl experimentell als auch unter Zuhilfenahme mikromagnetischer Simulationen untersucht. Gegenstand der Untersuchungen waren einphasige NdFeB-Magnete, die durch Heißpressen und anschließender Warmumformung hergestellt wurden. Zusätzlich wurden über den gleichen Herstellungsweg Kompositproben aus NdFeB und Fe mit unterschiedlichen Partikelausgangsgrößen erhalten und studiert. Korrelationsuntersuchungen verschiedener Messmethoden haben gezeigt, dass im thermisch entmagnetisierten Zustand die Grenzen der Wechselwirkungsdomänen an der Oberfläche größtenteils entlang von Korngrenzen verlaufen. Mittels in-situ MFM wurden erstmalig Untersuchungen von Wechselwirkungsdomänen an massiven NdFeB-Magneten im Magnetfeld durchgeführt. Die Ummagnetisierung erfolgt dabei über die Bewegung der Domänengrenze durch schrittweises Wandern von einer Korngrenze zur benachbarten. Die Beweglichkeit der Domänengrenzen ist durch das Haften an den Korngrenzen gehemmt, was sich in der geringeren Suszeptibilität der warmumgeformten Magnete im Vergleich zu Sintermagneten bemerkbar macht. Aufgrund der eingestellten Mikrostruktur in den warmumgeformten Magneten kann folglich gesagt werden, dass die Ummagnetisierungsprozesse sowohl Merkmale von klassischen Nukleations-, als auch von klassischen Pinningmagneten aufweisen. Mit Hilfe von mikromagnetischen Simulationen konnte eine Eindomänenteilchengröße prismatischer Partikel mit quadratischer Grundfläche ermittelt werden. Außerdem konnte gezeigt werden, dass der Winkel des Streufeldvektors eine entscheidende Rolle bei Ummagnetisiserungsprozessen in solchen Partikeln spielt. Die Superposition des Streufeldvektors mit dem Vektor des angelegten Feldes führt zu einem Gesamtfeldvektor, dessen Winkelabhängigkeit ein Stoner-Wohlfarth ähnliches Verhalten zeigt.