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Dissertation (Mechanical and Aeronautical Engineering) -- University of Pretoria, 2008. / Includes bibliographical references (p. 82-88)

O objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento de um núcleo do rotor de um motor universal a partir dos processos da metalurgia do pó (M/P). O rotor desta máquina, cujo núcleo é originalmente fabricado em chapas laminadas, foi substituído por um rotor com núcleo em bloco maciço, mantendo-se as demais partes como eixo e escovas. A partir de simulações no software FEMM e dados existentes referentes ao desempenho de ligas metálicas sinterizadas como Fe-P, Fe-Si e Fe-Ni, foi selecionado o Fe1%P, que apresentou os melhores resultados para a aplicação na máquina elétrica em questão. Foram feitas simulações relacionadas às características eletromagnéticas e a partir dos resultados obtidos puderam-se fazer comparações entre um rotor convencional, fabricado com núcleo de chapas laminadas e o rotor com o núcleo maciço fabricado utilizando-se a metalurgia do pó. As etapas de fabricação consistem em mistura da liga, compactação, sinterização e forma final através de eletroerosão. A máquina foi montada utilizando a estrutura de um motor de furadeira manual comercial, mantendo-se todas as partes da máquina original com exceção do núcleo do rotor, e posteriormente foi testada em bancada, comparativamente a uma máquina convencional para análise dos resultados. Foi possível a substituição do rotor oriundo de placas laminadas por um rotor oriundo de metalurgia do pó. Os resultados dos ensaios com a máquina fabricada comprovaram que a liga Fe1%P é, comparativamente ao núcleo de chapas convencional, tecnicamente inferior para a fabricação de motores universais. Utilizando a liga Fe1%P seu rendimento foi de 7% contra 27% do motor convencional assim como torque e demais parâmetros ficaram abaixo do motor padrão. / The main objective of this work was the development of a rotor core of a universal motor from the processes of powder metallurgy (M/P). The rotor of this machine, whose core is originally manufactured in laminated plates, was replaced by a rotor core with solid block, keeping the other parts like shaft and brushes. From the software FEMM simulations and existing data regarding the performance of sintered alloys such as Fe-P, Fe-Si and Fe-Ni, was selected Fe1%P, which showed the best results for application in electric machine in question. Simulations were made related to the electromagnetic characteristics and from the results of comparisons could be made between a conventional rotor, made of rolled core and the solid core rotor is manufactured using powder metallurgy. The manufacturing steps comprise of mixing the alloy, compacting, sintering and final form by electro erosion. The machine structure was assembled using a hand drill motor trade, keeping all parts of the original machine except the rotor core, and thereafter the machine was tested on bench, compared to a conventional machine to analyze the results. It was possible to replace the rotor coming from a rotor laminated plates derived from powder metallurgy. The results of the tests made with the machine shown that the alloy Fe1% P is compared to a conventional core plates, technically inferior to manufacture universal motors. Using the league Fe1%P its yield was 7% versus 27% of the conventional engine as well as torque and other parameters were below the standard engine.

Este estudo identifica as vantagens do uso de um estator fabricado usando a tecnologia da metalurgia do pó, identificando suas vantagens e desvantagens. O motor elétrico utilizado é um motor do tipo universal originalmente o estator desta máquina, possui o núcleo fabricado em chapas laminadas, este foi substituído por um estator com núcleo em bloco maciço, mantendo-se as demais partes do motor originais, ou seja, nestes testes o rotor bobinado continuará a utilizar chapas laminadas e escovas originais. Motores elétricos foram desenvolvidos no início do século XIX e desde então vem sendo utilizado em larga escala com mudanças pouco significativas na sua forma construtiva, materiais e processo de fabricação. Neste trabalho o principal objetivo foi o desenvolvimento de um núcleo do estator para motor universal a partir dos processos da metalurgia do pó (M/P). Simulações com o software FEMM identificaram o comportamento de várias ligas (Fe-P, Fe-Si e Fe-Ni). Após análise dos dados da simulação foi selecionado o Fe1%P, por ter apresentado os melhores resultados para a aplicação na máquina elétrica em questão. As simulações permitiram comparações dos parâmetros eletromagnéticos e torque, entre estatores utilizando chapas de silício do motor original e estatores de núcleo maciço com dados das ligas experimentadas fabricadas através da metalurgia do pó. A fabricação destes núcleos consiste nas misturas da liga, compactação utilizando matriz para formato desejado, sinterização e acabamentos através de usinagem e eletroerosão. Foi utilizada uma furadeira manual comercial, testada em bancada para levantamento detalhado a fim de caracterizar as propriedades que definem a eficiência do equipamento com o estator original. Os mesmos testes foram conduzidos apenas substituindo o estator, agora de núcleo maciço. Processo de fabricação através da metalurgia do pó permite um menor consumo de material e energia, sendo este um processo muito mais eficiente quando comparado ao processo de fabricação das chapas laminadas de ferro silício. / This study will identify the advantages of using a fabricated stator using the technology of powder metallurgy, identifying its advantages and disadvantages. The electric motor used is a universal type motor, originally the stator core of this machine are made of laminated plates, this was replaced by a stator core with solid block , keeping the remaining parts of the original machine, ie these tests the wound rotor continued to use rolled sheet and original brushes. Electric motors were developed in the early of 19th century, and has since been used in large scale with little significant changes in its constructive form, materials and manufacturing process. This work has as main goal the development of a stator core for universal motor from the processes of powder metallurgy (M/P). Simulations with the FEMM software identified the behavior of various alloys (Fe-P, Fe -Si and Fe-Ni) .After data analysis of the simulation was selected Fe1%P, for having presented the best results for the application in the electric machine in question. The computer simulations of electromagnetic parameters and comparisons torque between stator plates using the original silicon motor stators and solid core of data experienced alloys manufactured by powder metallurgy. The manufacture of these core constitutes mix league, using compression matrix to desired shape, sintering and finishing by machining and EDM. Trade manual drill was used, tested on bench for detailed study to characterize the properties that define the efficiency of the equipment to the original stator. The same tests were conducted just by replacing the stator, now solid core. Manufacturing process by powder metallurgy allow less consumption of material and energy, this is a much more efficient process compared to the process of manufacturing the laminated silicon iron sheets.

O objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento de um núcleo do rotor de um motor universal a partir dos processos da metalurgia do pó (M/P). O rotor desta máquina, cujo núcleo é originalmente fabricado em chapas laminadas, foi substituído por um rotor com núcleo em bloco maciço, mantendo-se as demais partes como eixo e escovas. A partir de simulações no software FEMM e dados existentes referentes ao desempenho de ligas metálicas sinterizadas como Fe-P, Fe-Si e Fe-Ni, foi selecionado o Fe1%P, que apresentou os melhores resultados para a aplicação na máquina elétrica em questão. Foram feitas simulações relacionadas às características eletromagnéticas e a partir dos resultados obtidos puderam-se fazer comparações entre um rotor convencional, fabricado com núcleo de chapas laminadas e o rotor com o núcleo maciço fabricado utilizando-se a metalurgia do pó. As etapas de fabricação consistem em mistura da liga, compactação, sinterização e forma final através de eletroerosão. A máquina foi montada utilizando a estrutura de um motor de furadeira manual comercial, mantendo-se todas as partes da máquina original com exceção do núcleo do rotor, e posteriormente foi testada em bancada, comparativamente a uma máquina convencional para análise dos resultados. Foi possível a substituição do rotor oriundo de placas laminadas por um rotor oriundo de metalurgia do pó. Os resultados dos ensaios com a máquina fabricada comprovaram que a liga Fe1%P é, comparativamente ao núcleo de chapas convencional, tecnicamente inferior para a fabricação de motores universais. Utilizando a liga Fe1%P seu rendimento foi de 7% contra 27% do motor convencional assim como torque e demais parâmetros ficaram abaixo do motor padrão. / The main objective of this work was the development of a rotor core of a universal motor from the processes of powder metallurgy (M/P). The rotor of this machine, whose core is originally manufactured in laminated plates, was replaced by a rotor core with solid block, keeping the other parts like shaft and brushes. From the software FEMM simulations and existing data regarding the performance of sintered alloys such as Fe-P, Fe-Si and Fe-Ni, was selected Fe1%P, which showed the best results for application in electric machine in question. Simulations were made related to the electromagnetic characteristics and from the results of comparisons could be made between a conventional rotor, made of rolled core and the solid core rotor is manufactured using powder metallurgy. The manufacturing steps comprise of mixing the alloy, compacting, sintering and final form by electro erosion. The machine structure was assembled using a hand drill motor trade, keeping all parts of the original machine except the rotor core, and thereafter the machine was tested on bench, compared to a conventional machine to analyze the results. It was possible to replace the rotor coming from a rotor laminated plates derived from powder metallurgy. The results of the tests made with the machine shown that the alloy Fe1% P is compared to a conventional core plates, technically inferior to manufacture universal motors. Using the league Fe1%P its yield was 7% versus 27% of the conventional engine as well as torque and other parameters were below the standard engine.

Este estudo identifica as vantagens do uso de um estator fabricado usando a tecnologia da metalurgia do pó, identificando suas vantagens e desvantagens. O motor elétrico utilizado é um motor do tipo universal originalmente o estator desta máquina, possui o núcleo fabricado em chapas laminadas, este foi substituído por um estator com núcleo em bloco maciço, mantendo-se as demais partes do motor originais, ou seja, nestes testes o rotor bobinado continuará a utilizar chapas laminadas e escovas originais. Motores elétricos foram desenvolvidos no início do século XIX e desde então vem sendo utilizado em larga escala com mudanças pouco significativas na sua forma construtiva, materiais e processo de fabricação. Neste trabalho o principal objetivo foi o desenvolvimento de um núcleo do estator para motor universal a partir dos processos da metalurgia do pó (M/P). Simulações com o software FEMM identificaram o comportamento de várias ligas (Fe-P, Fe-Si e Fe-Ni). Após análise dos dados da simulação foi selecionado o Fe1%P, por ter apresentado os melhores resultados para a aplicação na máquina elétrica em questão. As simulações permitiram comparações dos parâmetros eletromagnéticos e torque, entre estatores utilizando chapas de silício do motor original e estatores de núcleo maciço com dados das ligas experimentadas fabricadas através da metalurgia do pó. A fabricação destes núcleos consiste nas misturas da liga, compactação utilizando matriz para formato desejado, sinterização e acabamentos através de usinagem e eletroerosão. Foi utilizada uma furadeira manual comercial, testada em bancada para levantamento detalhado a fim de caracterizar as propriedades que definem a eficiência do equipamento com o estator original. Os mesmos testes foram conduzidos apenas substituindo o estator, agora de núcleo maciço. Processo de fabricação através da metalurgia do pó permite um menor consumo de material e energia, sendo este um processo muito mais eficiente quando comparado ao processo de fabricação das chapas laminadas de ferro silício. / This study will identify the advantages of using a fabricated stator using the technology of powder metallurgy, identifying its advantages and disadvantages. The electric motor used is a universal type motor, originally the stator core of this machine are made of laminated plates, this was replaced by a stator core with solid block , keeping the remaining parts of the original machine, ie these tests the wound rotor continued to use rolled sheet and original brushes. Electric motors were developed in the early of 19th century, and has since been used in large scale with little significant changes in its constructive form, materials and manufacturing process. This work has as main goal the development of a stator core for universal motor from the processes of powder metallurgy (M/P). Simulations with the FEMM software identified the behavior of various alloys (Fe-P, Fe -Si and Fe-Ni) .After data analysis of the simulation was selected Fe1%P, for having presented the best results for the application in the electric machine in question. The computer simulations of electromagnetic parameters and comparisons torque between stator plates using the original silicon motor stators and solid core of data experienced alloys manufactured by powder metallurgy. The manufacture of these core constitutes mix league, using compression matrix to desired shape, sintering and finishing by machining and EDM. Trade manual drill was used, tested on bench for detailed study to characterize the properties that define the efficiency of the equipment to the original stator. The same tests were conducted just by replacing the stator, now solid core. Manufacturing process by powder metallurgy allow less consumption of material and energy, this is a much more efficient process compared to the process of manufacturing the laminated silicon iron sheets.

O objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento de um núcleo do rotor de um motor universal a partir dos processos da metalurgia do pó (M/P). O rotor desta máquina, cujo núcleo é originalmente fabricado em chapas laminadas, foi substituído por um rotor com núcleo em bloco maciço, mantendo-se as demais partes como eixo e escovas. A partir de simulações no software FEMM e dados existentes referentes ao desempenho de ligas metálicas sinterizadas como Fe-P, Fe-Si e Fe-Ni, foi selecionado o Fe1%P, que apresentou os melhores resultados para a aplicação na máquina elétrica em questão. Foram feitas simulações relacionadas às características eletromagnéticas e a partir dos resultados obtidos puderam-se fazer comparações entre um rotor convencional, fabricado com núcleo de chapas laminadas e o rotor com o núcleo maciço fabricado utilizando-se a metalurgia do pó. As etapas de fabricação consistem em mistura da liga, compactação, sinterização e forma final através de eletroerosão. A máquina foi montada utilizando a estrutura de um motor de furadeira manual comercial, mantendo-se todas as partes da máquina original com exceção do núcleo do rotor, e posteriormente foi testada em bancada, comparativamente a uma máquina convencional para análise dos resultados. Foi possível a substituição do rotor oriundo de placas laminadas por um rotor oriundo de metalurgia do pó. Os resultados dos ensaios com a máquina fabricada comprovaram que a liga Fe1%P é, comparativamente ao núcleo de chapas convencional, tecnicamente inferior para a fabricação de motores universais. Utilizando a liga Fe1%P seu rendimento foi de 7% contra 27% do motor convencional assim como torque e demais parâmetros ficaram abaixo do motor padrão. / The main objective of this work was the development of a rotor core of a universal motor from the processes of powder metallurgy (M/P). The rotor of this machine, whose core is originally manufactured in laminated plates, was replaced by a rotor core with solid block, keeping the other parts like shaft and brushes. From the software FEMM simulations and existing data regarding the performance of sintered alloys such as Fe-P, Fe-Si and Fe-Ni, was selected Fe1%P, which showed the best results for application in electric machine in question. Simulations were made related to the electromagnetic characteristics and from the results of comparisons could be made between a conventional rotor, made of rolled core and the solid core rotor is manufactured using powder metallurgy. The manufacturing steps comprise of mixing the alloy, compacting, sintering and final form by electro erosion. The machine structure was assembled using a hand drill motor trade, keeping all parts of the original machine except the rotor core, and thereafter the machine was tested on bench, compared to a conventional machine to analyze the results. It was possible to replace the rotor coming from a rotor laminated plates derived from powder metallurgy. The results of the tests made with the machine shown that the alloy Fe1% P is compared to a conventional core plates, technically inferior to manufacture universal motors. Using the league Fe1%P its yield was 7% versus 27% of the conventional engine as well as torque and other parameters were below the standard engine.

Este estudo identifica as vantagens do uso de um estator fabricado usando a tecnologia da metalurgia do pó, identificando suas vantagens e desvantagens. O motor elétrico utilizado é um motor do tipo universal originalmente o estator desta máquina, possui o núcleo fabricado em chapas laminadas, este foi substituído por um estator com núcleo em bloco maciço, mantendo-se as demais partes do motor originais, ou seja, nestes testes o rotor bobinado continuará a utilizar chapas laminadas e escovas originais. Motores elétricos foram desenvolvidos no início do século XIX e desde então vem sendo utilizado em larga escala com mudanças pouco significativas na sua forma construtiva, materiais e processo de fabricação. Neste trabalho o principal objetivo foi o desenvolvimento de um núcleo do estator para motor universal a partir dos processos da metalurgia do pó (M/P). Simulações com o software FEMM identificaram o comportamento de várias ligas (Fe-P, Fe-Si e Fe-Ni). Após análise dos dados da simulação foi selecionado o Fe1%P, por ter apresentado os melhores resultados para a aplicação na máquina elétrica em questão. As simulações permitiram comparações dos parâmetros eletromagnéticos e torque, entre estatores utilizando chapas de silício do motor original e estatores de núcleo maciço com dados das ligas experimentadas fabricadas através da metalurgia do pó. A fabricação destes núcleos consiste nas misturas da liga, compactação utilizando matriz para formato desejado, sinterização e acabamentos através de usinagem e eletroerosão. Foi utilizada uma furadeira manual comercial, testada em bancada para levantamento detalhado a fim de caracterizar as propriedades que definem a eficiência do equipamento com o estator original. Os mesmos testes foram conduzidos apenas substituindo o estator, agora de núcleo maciço. Processo de fabricação através da metalurgia do pó permite um menor consumo de material e energia, sendo este um processo muito mais eficiente quando comparado ao processo de fabricação das chapas laminadas de ferro silício. / This study will identify the advantages of using a fabricated stator using the technology of powder metallurgy, identifying its advantages and disadvantages. The electric motor used is a universal type motor, originally the stator core of this machine are made of laminated plates, this was replaced by a stator core with solid block , keeping the remaining parts of the original machine, ie these tests the wound rotor continued to use rolled sheet and original brushes. Electric motors were developed in the early of 19th century, and has since been used in large scale with little significant changes in its constructive form, materials and manufacturing process. This work has as main goal the development of a stator core for universal motor from the processes of powder metallurgy (M/P). Simulations with the FEMM software identified the behavior of various alloys (Fe-P, Fe -Si and Fe-Ni) .After data analysis of the simulation was selected Fe1%P, for having presented the best results for the application in the electric machine in question. The computer simulations of electromagnetic parameters and comparisons torque between stator plates using the original silicon motor stators and solid core of data experienced alloys manufactured by powder metallurgy. The manufacture of these core constitutes mix league, using compression matrix to desired shape, sintering and finishing by machining and EDM. Trade manual drill was used, tested on bench for detailed study to characterize the properties that define the efficiency of the equipment to the original stator. The same tests were conducted just by replacing the stator, now solid core. Manufacturing process by powder metallurgy allow less consumption of material and energy, this is a much more efficient process compared to the process of manufacturing the laminated silicon iron sheets.

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