طراحی بهینه قطب موتور سنکرون آهنربای دائم مجهز به چرخ‌دنده مغناطیسی، به‌منظور بهبود توزیع میدان مغناطیسی و کاهش نوسانات گشتاور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی قدرت، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

در این مقاله ساختار شار محوری ترکیبی موتور سنکرون آهنربای دائم به همراه چرخ‌دنده مغناطیسی به‌منظور افزایش چگالی گشتاور مورد بررسی قرار می­گیرد. موتور دارای دو روتور با آهنرباهای میله­ای با قطبیدگی مماسی و فاقد هسته بوده و مدولاتورها در فواصل هوایی نقش مدولاسیون میدان مغناطیسی را برای استاتور و روتور ایفا می­کنند. شکل در نظر گرفته‌شده برای آهنرباهای دائم امکان ایجاد راندمان زیادتر و در عین حال طول محوری کم­تر را فراهم می­آورد. قطب­های نرم مغناطیسی قرار گرفته در بین آهنرباها، نقش تعیین‌کننده‌ای در توزیع میدان مغناطیسی و نیز پروفیل گشتاور حاصل از ماشین را بر عهده دارند. در این مقاله رخ قطب نرم مغناطیس به‌گونه‌ای اصلاح و بهینه می­گردد تا با استفاده از فاصله هوایی متغیر بتوان توزیع میدان سینوسی­تر و گشتاور خروجی زیادتر و نیز نوسانات گشتاور کم­تر را نسبت به حالت اولیه به‌دست آورد.

کلیدواژه‌ها


[1]     Z. Zhang, F. Profumo, and A. Tenconi, “Axial flux versus radial flux PM motors,” in Proc. SPEEDAM, Capri, Italy, 1996, pp. A4-19–A4-25.##
[2]     Z. Zhang, F. Profumo, and A. Tenconi, “Axial flux versus radial flux PM motors,” in Proc. SPEEDAM, Capri, Italy, 1996, pp. A4-19–A4-25.##
[3]     M. Aydin, S. Huang and T. A. Lipo, "Torque quality and comparison of internal and external rotor axial flux surface-magnet disc machines", IEEE Trans. on Ind. Electrn., 822-830 pp., 2006.##
[4]     S. Huang, J. Luo, F. Leonardi, and T. A. Lipo, “A general approach to sizing and power density equations for comparison of electrical machines,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 34, no. 1, pp. 92–97, Jan./Feb. 1998.##
[5]     F. Zhao, T. A. Lipo, B. Kwon, “A novel dual-stator axial-flux spoke-type permanent magnet vernier machine for direct-drive applications,” IEEE Trans. on Mag., vol 50, no. 50, 2014.##
[6]     F. Zhao, T. A. Lipo, B. Kwon, “Novel dual-rotor, axial field, fault-tolerant flux switching permanent magnet machine with high torque performance,” IEEE Trans. on Mag., to be published, 2015.##
[7]     F. Zhao, T. A. Lipo, B. Kwon, “Design and analysis of a novel dual stator axial flux spoke-type ferrite permanent magnet machine,” in Proc. IEEE - 39th Annual Conference of Industrial Electronics Society, Vienna, Austria, 2013, pp. 2714-2719.##
[8]     R. Benlamine, F. Dubas, S. Randi, D. Lhotellier and C. Espanet, “3-D numerical hybrid method for PM eddy-current losses calculation: Application to axial-flux PMSMs,” IEEE Trans. on Magn., vol. 51, no. 7, July 2015.##
[9]     R. Bojoi, G. Pellegrino, A. Cavagnino and P. Guglielmi, “Direct flux vector control of axial flux IPM motors for in-wheel traction solutions,” in Proc. IEEE Annual Conference of Industrial Electronics Society, Arizona, USA, 2010, pp. 2224-2229.##
[10]  R. Benlamine, F. Dubas, C. Espanet, S. A. Randi, D. Lhotellier, “Design of an axial-flux interior permanent-magnet synchronous motor for automotive application: Performance comparison with electric motors used in EVs and HEVs,” in Proc. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Coimbra, Portugal, 2014, pp. 1-6.##
[11]  K. Li and J. Z. Bird, “A review of the volumetric torque density of rotary magnetic gear designs,” XIII International Conference on Electrical Machines (ICEM) Alexandroupoli, pp. 2016-2022, 2018.##
[12]  B. Dianati, H. Heydari, S.A. Afsari, “Analytical Computation of Air-Gap Magnetic Field in a Viable Superconductive Magnetic Gear,” IEEE Trans. on Applied Supercon., vol. 26, pp. 1-12, 2016.##
 [13]  S. A. Afsari Kashani, “Rotor Pole Design of Radial Flux Magnetic Gear for Reduction of Flux Density Harmonics and Cogging Torque,” IEEE Transactions on Applied Superconductivity, (Early Access).##
 
[14]  S.A. Afsari, H. Heydari, B. Dianati, “Cogging Torque Mitigation in Axial Flux Magnetic Gear System Based on Skew Effects Using an Improved Quasi 3-D Analytical Method,” IEEE Trans. on Magn., vol. 51, pp. 1-11, 2015.##
[15]  K. Atallah, J. B. Wang, and D. Howe, “A high-performance linear magnetic gear,” Journal of Applied Physics., vol. 97, no. 10, pp. 10N516-1-3, May. 2005.##
[16]  S.A. Afsari, H. Heydari, and E. Bashar, “Viable arcuate double-sided magnetic gear for competitive torque density transmission capability,” Journal of Scientia Iranica D, vol. 23, no. 3, pp. 1251-1260, June 2016.##
[17]  S.A. Afsari, “Performance analysis and optimization of a novel arcuate double-sided magnetic gear using quasi 3-D analytical modeling for wind power application,” Journal of Applied Electromagnetics, vol. 6, no. 2, pp. 1-9, 2018.##
[18]  X. Ren, D. Li, R. Qu and T. Pei, “Back EMF harmonic analysis of permanent magnet magnetic geared machine,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, (Early Access).##
[19]  K. Wang, Z. Q. Zhu and G. Ombach, “Torque Enhancement of Surface-Mounted Permanent Magnet Machine Using Third-Order Harmonic,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 50, no. 3, pp. 104-113, March 2014.##
[20]  K. Wang, Z. Q. Zhu, G. Ombach and W. Chlebosz, “Average Torque Improvement of Interior Permanent-Magnet Machine Using Third Harmonic in Rotor Shape,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 61, no. 9, pp. 5047-5057, Sept. 2014.##