بهینه‌سازی گشتاور دندانه در موتورهای آهنربایی سطحی به روش چند تکه کردن قطب‌های آهنربا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه شهرکرد

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه شهرکرد

چکیده

در این مقاله از روش چند تکه­کردن آهنربا برای کاهش گشتاور دندانه موتورهای آهنربای سطحی استفاده شده است. در این روش هر قطب مغناطیسی با چند تکه­کردن به چند بلوک تقسیم می­شود. چند تکه­کردن به دو طریق، یکی با اندازه تکه­های برابر و دیگری با اندازه تکه­های نابرابر انجام شده است. در هر دو روش تقارن نیم موج فرد در قطب­های آهنربایی ماشین لحاظ شده است. با انتخاب مناسب طول هر بلوک آهنربایی و موقعیت آن می­توان چگالی شار فاصله هوایی را تغییر و به تبع آن گشتاور دندانه را به مقدار قابل ملاحظه­ای کاهش داد. طول و موقعیت مناسب هر تکه آهنربا با استفاده از الگوریتم ژنتیک به­دست آمده­است. در این مقاله یک مدل تحلیلی برای در نظر گرفتن اثر شکل آهنربا در چگالی شار فاصله هوایی ماشین آهنربایی شیاردار و گشتاور دندانه ارایه شده است. در این مدل چگالی شار فاصله­ هوایی از حل رابطه‌ پواسون با در نظرگرفتن جریان‌های مجازی دیواره‌های دندانه‌های استاتور و گشتاور دندانه از رابطه تنش ماکسول به دست آمده است. از این مدل به­عنوان ابزار محاسباتی در تمامی مراحل بهینه‌سازی استفاده شده است. درستی مدل تحلیلی ارایه شده توسط روش اجزای محدود تایید شده است.

کلیدواژه‌ها


[1]  N. Bianchi and S. Bolognani, “Design Techniques for
Reducing the Cogging Torque in Surface-Mounted PM
Motors,” IEEE Trans. Ind., Appl. vol. 38, no. 5, pp.          
1259-1265,  Sep./Oct. 2002. ##
 
[2]  Z. Q. Zhu and D. Howe, “Influence of Design Parameters
on Cogging   Torque In Permanent Magnet Machines,” IEEE
Trans. Energy Convers.,   vol. 15, no. 4, pp. 407-412, Dec.
2000. ##
 
[3]  R. Lateb, N. Takorabet, and F. Meibody- Tabar, “Effect of
Magnet Segmentation on the Cogging Torque in Surface-Mounted Permanent-Magnet Motor,” IEEE Trans. Magn.,
vol. 42, no. 3, pp. 442-445, Mar. 2006. ##
 
[4]  L. Zhu, S. Z. Jiang, Z.Q. Zhu, and C.C. Chan, “Analytical
Methods for Minimizing Cogging Torque in Permanent-Magnet Machines,” IEEE Trans. Magn., vol. 45, no. 4, pp.
2023-2031, Apr. 2009. ##
 
[5]  T. M.   Jahns and W. L. Soong, “Pulsating torque
minimization techniques for permanent magnet AC motor
drives- a review,” IEEE Trans. on Ind. Electron., vol. 43, no.
2, pp. 321-330, Apr. 1996 . ##
[6]  D. C. Hanselman, “Effect of skew, pole coun t and slot
count on brushless motor radial force, cogging torque and
back EMF,” IEE Proceedings. Power Appl., vol. 144, no. 5,
pp. 325-330, Sep. 1997. ##
[7]  M. S. Islam, S. Mir, and T. Sebastian, “Issues in reducing
the cogging torque of mass-produced permanent-magnet
brushless DC motor,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 40, no.
3, pp. 813 –820, May/Jun. 2004. ##
[8]  M. Dai, A. Keyhani, and T. Sebastian, “Torque ripple
analysis of a PM brushless DC motor using finite element
method,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 19, no. 1, pp.
40-45, Mar. 2004. ##
[9]  S. M. Hwang, J. B. Eom, Y. H. Jung, D. W. Lee, and B. S.
Kang, “Various design techniques to reduce cogging torque
by controlling energy variation in permanent magnet
motors,” IEEE Trans. Magn., vol. 37, no. 4, pp. 2806-2809,
Jul. 2001.  ##
[10]   S. M. Hwang, J. B. Eom, G. B. Hwang, W. B. Jeong, and
Y. H. Jung, “Cogging torque and acoustic noise reduction
in permanent magnet motors by teeth pairing,” IEEE Trans.
Magn., vol. 36, no. 5, pp. 3144-3146, Sep. 2000. ##
[11]   S. Chaithongsuk, N. Takorabet, and F. Meibody-Tabar, “On
the Use of Pulse Width Modulation Method for the
Elimination of Flux Density Harmonics in the Air-Gap of
Surface PM Motors,” IEEE Trans. Magn., vol. 45, no. 3,
pp. 1736-1739, Mar. 2009. ##
[12]   S. T. Boroujeni and V. Zamani, “A Novel Ana lytical Model
for No-Load, Slotted, Surface-Mounted PM Machines: Air
gap Flux Density and Cogging Torque,” IEEE Trans.
Magn., vol. 51, no. 4, pp. 8104-8108, Apr. 2015. ##
 
[13]   M. Ashabani and Y. A. I. Mohamed, “Multiobjective shape
optimization of segmented pole permanent-magnet
Synchronous machines with improved torque
characteristics,”  vol. 47, no. 4, pp. 795 -804, Apr. 2011. ##
[14]   M. S. Islam, S. Mir, T. Sebastian, and S. Underwood,
“Design considerations of sinusoidally excited permanent -magnet machines for low  torque- ripple applications,” IEEE
Trans. Ind. Appl., vol. 41, no. 4, pp. 955 – 962, Jul./Aug.
2005. ##
 
[15]   M. Y. Kim, Y. C. Kim, and G. T. Kim, “Design of slotless-type PMLSM for high power density using divided PM,”
IEEE Trans. Magn., vol. 40, no. 2, pp. 746 –749, Mar. 2004. ##
 
[16]   A. H. Isfahani, “Analytical framework for thrust
enhancement in permanent magnet (PM) linear
synchronous motors with segmented PM poles,” IEEE
Trans. Magn., vol. 46, no. 4, pp. 1116– 1122, Apr. 2010.  ##
[17]   W. Y. Huang, A. Bettayeb, R. Kaczmarek, and J. C.
Vannier, “Optimization of magnet segmentation for
reduction of eddy-current losses in permanent magnet
synchronous machines,” IEEE Trans. Energy Convers., vol.
25, no. 2, pp. 381 –387, Jun. 2010##