طراحی بهینه موتور شار معکوس با هدف کاهش ریپل گشتاور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول: دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

2 دانشیار، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

چکیده

ماشین‌های شار معکوس (FRM) به علت وجود آهنربای دائم در دندانه استاتور و ساختار یکپارچه روتور ، ویژگی‌های ماشین‌های سنکرون با آهنربا دائم و ماشین‌های سوئیچ رلوکتانس را در خود ادغام کرده است. در این مقاله یک نمونه ماشین شار معکوس250 واتی با تعداد 12 شیار استاتور و 17 دندانه روتور طراحی‌شده است. با استفاده از روش بهینه‌سازی تاگوچی و به کمک نرم‌افزار Minitab ، ماشین شار معکوس طراحی‌شده جهت دستیابی به کمینه ریپل گشتاوری و بیشینه گشتاور خروجی بهینه‌سازی شد. مهم‌ترین دستاورد این مقاله بهینه‌سازی با برنامه‌ریزی دقیق روش تاگوچی برای تعیین ترکیب بهینه پارامترهای موردنظر و همچنین انطباق قابل‌قبول نتایج پیش‌بینی‌شده با نتایج حاصل از شبیه‌سازی نرم افزار Altair Flux هست.

کلیدواژه‌ها


[1]    R. Deodhar, S. Andersson, I. Boldea, and T. Miller, “The Flux-Reversal Machine: A New Brushless Doubly-salient Permanent-Magnet Machine,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 33, pp. 925–934, July/August 1997.
[2]    T.  H.  Kim, S.  H.  Won, K.  Bong, and  J.  Lee,  “Reduction  of  Cogging Torque  in  Flux-reversal  Machine  by  Rotor  Teeth  Pairing,” IEEE International Magnetics Conference, vol. 41,  pp. 3964–3966, October 2005.
[3]    X.  Zhu and  W.  Hua,  “An  Improved  Configuration  for  Cogging  Torque Reduction  in  Flux-reversal  Permanent  Magnet  Machines,” IEEE  Transactions on Magnetics, vol. 53, pp. 1-4, June 2017.
[4]    Y. Gao, R. Qu, D. Li, J. Li, and G. Zhou, “Consequent-Pole Flux Reversal Permanent-Magnet Machine for Electric Vehicle Propulsion,” IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 26, pp. 1-5, June 2016.
[5]    Li,  H. Y. and  Zhu,  Z. Q. “Analysis of  Flux-reversal  Permanent Magnet  Machines with Different Consequent-pole PM Topologies,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 54, pp. 1-5, November 2018.
[6]    Z. Yuansheng, K. Baoquan, and Z. Xiaokun, “A Study of Torque Characteristics of a Novel Flux Reversal Machine,” 22nd International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), pp. 1-5, 2019.
[7]    K. Xie, D. Li, R. Qu, Y. Gao, and Y. Pan, “A Novel Flux Reversal PM Machine with Halbach Array Magnets in Stator Slot Opening,” 20th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), pp. 1-6, 2017.
[8]    M. Amirian and M. Ardebili, “Impact of Stator and Rotor Teeth Parameters on Operation and Characteristics of Flux Reversal Machine,” 10th International Power Electronics, Drive Systems and Technologies Conference (PEDSTC) , pp. 56-60, 2019 .
[9]    T. H. Kim, “A Study on the Design of an Inset-permanent-Magnet-type Flux-reversal Machine,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 45, pp. 2859–2862, June 2009.
[10] Ch. Sikder, I. Husain, and W. Ouyang, “Cogging Torque Reduction in Flux-Switching Permanent Magnet Machines by Rotor Pole Shaping,” IEEE  Transactions on Industry Applications, vol. 51, pp. 3609-3619, September-Octobr 2015.
[11] L. Hao, M. Lin, D. Xu, N. Li, and W. Zhang, “Cogging Torque Reduction of Axial-Field Flux-Switching Permanent Magnet Machine by Rotor Tooth Notching,” In IEEE Transactions on Magnetics, vol. 51, pp. 1-4, Nov. 2015.
[12] D.S. More and B.G. Fernandes, “Power Density Improvement of Three Phase Flux Reversal Machine with Distributed Winding,” IET Electric Power Applications, vol. 4,  pp. 109-120, February 2010.
[13] Y. Gao, D. Li, R. Qu, and J. Li, “Design Procedure of Flux Reversal Permanent Magnet Machines,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 53, pp. 1584-1590, September-Octobr 2017.
[14] M. Ghasemian, F. Tahami, and G. Rezazadeh, “A Comparative Analysis of Permanent Magnet Flux Reversal Generators with Distributed and Concentrated Winding,” IECON 2017 - 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, pp. 1657-1661, 2017.
[15] D. Martínez, “Design of a Permanent-magnet Synchronous Machine with Non-overlapping Concentrated Windings for the Shell Eco Marathon Urban Prototype,” MSc. Thesis, KTH, Electrical Energy Conversion, Stockholm, Sweden, 2012.
[16] J. Pyrhonen, T. Jokinen, and V. Hrabovca, “Design of Rotating Electrical Machines,” John Wiley & Sons Ltd., Chichester, UK, February 2008.
[17] Roos P. J., “Taguchi Techniques for Quality Engineering,” McGraw-Hill, New York, 1998.
[18] B. C. Gupta, “Sampling Methods,” in Statistical Quality Control: Using MINITAB, R, JMP and Python,” Wiley, pp.89-121, 2021.
[19] D. S. More and B. G. Fernandes, “Power Density Improvement of Three Phase Flux Reversal Machine with Distributed Winding,” Proceedings IET Electric Power Applications, vol. 4, pp. 109-120, Feb. 2010.
[20] S. Taghipour borojeni and M. H. Hajjare, “Optimization of Cogging Torque in Surface Mounted PM Machines using PM Segmetation,” Journal of Applied Electromagnetics, vol. 2,  pp. 31-38, 2014 (In Persian).
[21]  I. Boldea, J. Zhang, and S. A. Nasar, “Theoretical Characterization of Flux Reversal Machine in Low Speed Servo Drives: The Pole PM Configuration,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 38, pp. 1549–1557, November/December 2002.