In this thesis the compounds Fe5SiB2 and Fe5PB2 have beensynthesized via high temperature synthesis, including arc melting anddrop synthesis. The structure for both compounds are of Cr5B3 typewith the space group I4/mcm. The cell parameters were refined toa = 5.5533 Å and c = 10.3405 Å for Fe5SiB2 and a = 5.4903 Å andc = 10.3527 Å for Fe5PB2. The saturation magnetization at roomtemperature for Fe5SiB2 has been measured to 138.8 Am2/kg and theanisotropy constant has been estimated to 79 kJ/m3. Theferromagnetic properties and the high anisotropy constant makesthese materials promising as permanent magnet materials, but moreinvestigations are necessary.

This thesis aims to develop an automated process for the magnetization of a rotor for an electricmotor used in an electric car, using an industrial robot. The purpose is to outline how such a solutioncould be designed and to detail the steps taken to develop a design for the complete process. Apreliminary study was conducted to identify existing challenges and propose solutions. To gathermore information about the design process, experiments were carried out to determine the forcesneeded to place the magnets into the rotor, and the results were used in the subsequent design.The conclusion is that a theoretical solution is possible, and a robot tool has been designed in CAD.However, further studies are needed to validate a fully functional process for the magnetization ofthe studied rotor. / Detta arbete undersöker möjligheten att automatisera ett för närvarande manuellt moment i monteringen av en elmotor till en elbil med hjälp av en robot. Fokus ligger på utformningen av en sådan lösning och de utmaningar som behöver hanteras. Det moment som ska automatiseras är monteringen av magneter inuti den roterande delen av elmotorn, även kallad rotorn. Detta kräver en hög precision då det är små marginaler och magneterna är väldigt starka. Den största utmaningen är således att åstadkomma samma precision som en människa kan uppnå, fast med en robot. Människor kan enkelt göra små korrigeringar utan att tänka på det, med en robot behöver betydligt mer information och programmering för att utföra liknande uppgifter. Under arbetets gång har en design tagits fram där en robot, med hjälp av ett speciellt verktyg, kan föra in magneter i rotorn innan den monteras in i själva elmotorn. Genom att använda en robot för detta moment kan risker elimineras som annars uppstår när människor hanterar kraftfulla magneter för hand. Detta skulle inte bara förebygga skador för manuell personal, utan också skapa ett snabbare och effektivare monteringsmoment. Under arbetet har olika tekniska lösningar som finns idag undersökts som kan göra en robot lämplig för uppgiften. Det finns dock fortfarande utmaningar som behöver undersökas vidare innan en färdig lösning kan realiseras praktiskt. Sammanfattningsvis har en principiell design för en automationslösning tagits fram. Det krävs dock ytterligare forskning och utveckling för att kunna skapa en prototyp och implementera lösningen praktiskt.

In this thesis, two selected topics in magnetism are studied using theoretical modelling and computational methods. The first of these is the magnetocrystalline anisotropy energy (MAE) of transition metal based magnets. In particular, ways of finding 3d transition metal based materials with large MAE are considered. This is motivated by the need for new permanent magnet materials, not containing rare-earth elements, but is also of interest for other technological applications, where the MAE is a key quantity. The mechanisms of the MAE in the relevant materials are reviewed and approaches to increasing this quantity are discussed. Computational methods, largely based on density functional theory (DFT), are applied to guide the search for relevant materials. The computational work suggests that the MAE of Fe1-xCox alloys can be significantly enhanced by introducing a tetragonality with interstitial B or C impurities. This is also experimentally corroborated. Alloying is considered as a method of tuning the electronic structure around the Fermi energy and thus also the MAE, for example in the tetragonal compound (Fe1-xCox)2B. Additionally, it is shown that small amounts (2.5-5 at.%) of various 5d dopants on the Fe/Co-site can enhance the MAE of this material with as much as 70%. The magnetic properties of several technologically interesting, chemically ordered, L10 structured binary compounds, tetragonal Fe5Si1-xPxB2 and Hexagonal Laves phase Fe2Ta1-xWx are also investigated. The second topic studied is that of magnetic effects on the elastic scattering of fast electrons, in the context of transmission electron microscopy (TEM). A multislice solution is implemented for a paraxial version of the Pauli equation. Simulations require the magnetic fields in the sample as input. A realistic description of magnetism in a solid, for this purpose, is derived in a scheme starting from a DFT calculation of the spin density or density matrix. Calculations are performed for electron vortex beams passing through magnetic solids and a magnetic signal, defined as a difference in intensity for opposite orbital angular momentum beams, integrated over a disk in the diffraction plane, is observed. For nanometer sized electron vortex beams carrying orbital angular momentum of a few tens of ħ, a relative magnetic signal of order 10-3 is found. This is considered realistic to be observed in experiments. In addition to electron vortex beams, spin polarised and phase aberrated electron beams are considered and also for these a magnetic signal, albeit weaker than that of the vortex beams, can be obtained. / <p>Felaktigt ISBN i den tryckta versionen: 9789155497149</p><p></p>

In the recent decades, an increased interest into multiphase machines has developed due to certain beneficial properties they have over the standard three- phase machines. Proper modelling of a multiphase machine allows access to higher degrees of freedom given by the ability to control higher order harmonic frames. This feature is of particular interest in the area of parameter estimation as it may provide an opportunity to implement methods that are not feasible in three- phase machines. Modelling of a real six- phase machine meant for marine application with a functioning control structure is carried out on MATLAB/Simulink; considering nonlinear relations, cross coupling and saturation effects, the model includes the machine’s behavior in the fundamental frame as well as the next two higher order harmonic frames. Stator resistances and permanent magnet flux linkage are estimated online and simultaneously during various operating points. It is shown that stator resistance may be accurately estimated by means of DC test signal injections into the highest order harmonic frame; thus, minimizing torque ripple and additional loss generation. Permanent magnet flux linkage is accurately estimated via reactive power calculations on the fundamental frame which remains undisturbed by the aforementioned test signals. / Under de senaste decennierna har intresset för flerfasmaskiner ökat, på grund av i vissa avseenden, fördelaktiga egenskaper i jämförelse med traditionella trefasmaskiner. En väl genomförd modellering av flerfasmaskiner möjliggör högre grader av frihet givet förmågan att kontrollera frekvensplan av högre ordning. Denna funktion är av särskilt intresse inom parameteruppskattning, då det kan ge möjligheter att implementera metoder som är omöjliga i trefas maskiner. En modell av en verklig sexfasmaskin, byggd för en marin tillämpning och med ett givet styrsystem, har skapats i MATLAB/Simulink. Modellen tar hänsyn till ickelinjära förhållanden, korskopplingar och mättning. Den inkluderar även maskinens egenskaper i det fundamentala frekvensplanet och de två nästkommande frekvensplanen av högre ordning. Statorresistansen och permanentmagneternas sammanlänkade flöden uppskattas i realtid för olika driftsförhållanden. Det visar sig att statorresistansen kan uppskattas noggrant genom inmatning av en DC testsignal i högsta ordningens frekvensplan vilket minimerar momentrippel och extra förluster. Permanentmagneternas flöden kan uppskattas noggrant genom beräkning av den reaktiva effekten i det fundamentala frekvensplanet som är opåverkat av de ovan nämnda testsignalerna.

In industrial settings, a common challenge associated with electrical machines is the lack of parameters, which are not always available from the machine manufacturer. These parameters play a crucial role in tuning the control gains of Field-Oriented Control (FOC). Traditional parameter identification methods, widely accepted in the literature, are the standard IEEE tests such as DC measurement, no-load test, locked-rotor test, and short circuit test. However, their implementation can be impractical as they necessitate additional equipment that may be costly and not readily accessible. This thesis addresses self-commissioning procedures as a solution to this challenge, aiming to automatically identify electrical parameters of machine equivalent circuits. Specifically, this study focuses on the Imperix motor testbench, comprising Induction Machine (IM) and Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Machine (SPMSM). Self-commissioning utilizes signal injection through a power converter and the available sensors, with minimal operator intervention and no additional equipment. For the SPMSM, the parameters under study include the stator resistance, the synchronous inductance, and the Permanent Magnets (PM)-flux. The resistance is estimated through DC current injection considering the inverter non-linearity. The synchronous inductance and its saturation characteristic are examined using high-frequency sinusoidal injection with and without DC bias via a Current Controller (CC), and square wave voltage injection through hysteresis control. The PM-flux is determined by accelerating the SPMSM using the IM as a prime mover in an open circuit configuration. This deviation from the standstill constraint of the self-commissioning procedure is necessary as the PM’s effect becomes visible only when the rotor speed is non-zero. For the IM, the stator resistance, the leakage inductance, the rotor resistance, and the magnetizing inductance are analyzed. The stator resistance and inverter non-linearity are identified using the same method as for the SPMSM. The leakage inductance is tested with a high-frequency sinusoidal injection with stepped DC bias, with which the saturation characteristic is built. Then, a DC-biased low-frequency sinusoidal injection identifies the rotor resistance. The magnetizing inductance is not identified in this work because of the extensive nature of the problem and time constraints. Comparison with standard IEEE tests serves as validation, demonstrating close alignment of the results, except for discrepancies in the unsaturated SPMSM synchronous inductance estimation. The introduced innovation involves adapting existing procedures, initially developed for other AC machines, to SPMSM applications, for which only limited literature is available. Overall, this work makes a valuable contribution to understanding the influence of inverter non-linearity and saturation behavior on parameter identification. It also opens the door to integrating saturation effects into control algorithms, which enables dynamic adjustment of FOC gains, potentially enhancing control performance. / I industriella miljöer är en vanlig utmaning i samband med elektriska maskiner bristen på parametrar, som inte alltid är tillgängliga från maskintillverkaren. Dessa parametrar spelar en avgörande roll för att ställa in kontrollförstärkningarna för fältorienterad kontroll (FOC). Traditionella metoder för parameteridentifiering, som är allmänt accepterade i litteraturen, är standard IEEE-tester som DC-mätning, nollbelastningstest, låst rotortest och kortslutningstest. Implementeringen av dessa kan dock vara opraktisk eftersom de kräver ytterligare utrustning som kan vara kostsam och svåråtkomlig. Denna avhandling behandlar procedurer för självavstängning som en lösning på denna utmaning och syftar till att automatiskt identifiera elektriska parametrar för maskinens ekvivalenta kretsar. Studien fokuserar särskilt på Imperix motortestbänk, som består av induktionsmaskiner (IM) och ytmonterad synkronmaskin med permanentmagnet (SPMSM). Självinkoppling är en stilleståndsprocedur som använder signalinjektion genom en kraftomvandlare och de tillgängliga sensorerna, med minimal operatörsintervention och utan extra utrustning. För SPMSM studeras parametrarna statorresistans, synkroninduktans och permanentmagneter (PM)-flöde. Motståndet uppskattas genom likströmsinjektion med hänsyn till växelriktarens olinjäritet. Den synkrona induktansen och dess mättnadskarakteristik undersöks med hjälp av högfrekvent sinusinjektion med och utan DC-bias via en strömstyrenhet (CC), och fyrkantsvåginjektion genom hysteresstyrning. Flödet PM bestäms genom acceleration av SPMSM med hjälp av IM som drivmotor i en öppen kretskonfiguration. Denna avvikelse från stilleståndsbegränsningen i förfarandet för självavstängning är nödvändig eftersom PM effekt blir synlig först när rotorhastigheten är skild från noll. För IM analyseras statorresistansen, läckinduktansen, rotorresistansen och den magnetiserande induktansen. Statorresistansen och inverterns olinjäritet identifieras med samma metod som för SPMSM. Läckageinduktansen testas med en högfrekvent sinusformad injektion med stegad DC-bias, med vilken mättnadskarakteristiken byggs. Därefter identifierar en DC-baserad lågfrekvent sinusinjektion rotorresistansen. Den magnetiserande induktansen identifieras inte i detta arbete på grund av problemets omfattande natur och tidsbegränsningar. Jämförelse med standard IEEE-tester fungerar som validering och visar att resultaten ligger nära varandra, med undantag för avvikelser i uppskattningen av den omättade synkrona induktansen för SPMSM. Den introducerade innovationen innebär att befintliga procedurer, som ursprungligen utvecklats för andra AC-maskiner, anpassas till SPMSM-tillämpningar, för vilka endast begränsad litteratur finns tillgänglig. Sammantaget ger detta arbete ett värdefullt bidrag till förståelsen av hur omriktarens icke-linjäritet och mättnadsbeteende påverkar parameteridentifieringen. Det öppnar också dörren för att integrera mättnadseffekter i regleralgoritmer, vilket möjliggör dynamisk justering av FOC-förstärkningar, vilket potentiellt kan förbättra reglerprestanda.

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.