NECEM – Next Generation Cool Electric Machine
- Reference number
- ID16-0035
- Start and end dates
- 170101-230131
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Computational Sciences and Applied Mathematics
Summary
The NeCEM project focuses on creating new knowledge and innovative solutions for thermal control of a new generation electric machines. It is a truly integrated multidisciplinary and highly strategic investigation with direct value for solving major societal challenges: future clean transport (electric propulsion) and green energy (electricity generators). The project joins machine operation expertise from industry with computational heat-transfer and machine design expertise from academia. The project is well structured with defined milestone and measurable intermediary goals. The different stages are, (i) thermal modelling of complete electrical machines for identification of bottle neck and critical regions, (ii) investigation of relevant canonical heat-transfer problems for building a knowledge based cooling solution tool box, (iii) integration of new cooling solutions using virtual design, and (iv) machine cooling performance evaluations under realistic operation conditions. The project will result directly in new fundamental understanding of heat-transfer mechanisms and concrete implementation into realistic electric machine cooling design. It will enable cross-fertilization with long-term positive effects between industry and academia and also between the fields of heat-transfer and electric machine design. It will contribute to increase awareness for modern heat-transfer solutions for future design though education and establishing common communication forums.
Popular science description
Den moderna roterande elektriska maskinen, trefasmaskinen, uppfanns för över 120 år sedan och visade sig bli en oumbärlig resurs i dagens samhälle. Trefasmaskiner återfinns idag i allt möjligt från tvättmaskiner till kärnkraftverk. Då en elektrisk maskin används för att omvandla rörelse till elektricitet kallas de för generator och när den används för att omvandla elektricitet till rörelse kallas den för motor. Elektriska maskiner återfinns alltså både som ”producent” och ”konsument” av elektrisk effekt. Enligt en publikation utgiven av International Energy Agency, med titeln "Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems" användes år 2009 46%, nästan hälften, av världens totala genererade elektriska energi till att driva motorer av olika slag. I samma publikation nämns att förbättrade värmeegenskaper är en av de mest lovande angreppsvinklarna då det gäller att förbättra maskiners energieffektivitet. Energieffektivitet kan också benämnas verkningsgrad. Två utmaningar för samhället idag är hur elektrisk effekt kan genereras miljövänligt och hur transporter kan göras mer miljövänliga. Med elektriska motorer i exempelvis bilar och lastbilar blir det mindre utsläpp och alltså mer miljövänliga transporter. Ju fler elektriska motorer som används, ju viktigare blir det att motorerna blir så energieffektiva som möjligt. Samtidigt är det viktigt att tänka på generatorerna också som på ett eller annat sätt förser motorerna med effekt. I en elbil kan detta ske genom ett laddat batteri, i en tvättmaskin sker det genom kontakten i väggen. I det här forskningsprojektet kommer sätt att höja maskiners, alltså både motorers och generatorers, verkningsgrad genom att förbättra maskinernas värmeegenskaper och kylning att undersökas. I projektet skall ny kunskap om värmeutveckling i, och hur denna värme bäst förs ut ur, elektriska maskiner tas fram. Detta kommer att ske genom att studera värmeöverföring i elektriska maskiner med hjälp av avancerade beräkningsmetoder som kopplar ihop elektromagnetiska fenomen med värmefenomen och luftströmningsfenomen. För att på bästa möjliga sätt komma fram till användbara lösningar kommer experter inom konstruktion av elektriska maskiner från industrin att samarbeta med experter inom beräkningsvetenskap, värmefysik och maskindesign från universitetsvärlden. Industri och universitet skall tillsammans arbeta för att ta fram nya idéer för en miljövänlig framtid, genom att göra de elektriska maskinerna svalare.