مدل‌سازی تحلیلی زیرناحیه ماشین سنکرون مغناطیس دایم روتور بیرونی با آهن‌ربای سطحی
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوتر
آرمین صلح روشن
1
,
محمدرضا علیزاده پهلوانی
2
,
آرش دهستانی کلاگر
3
1 - دانشگاه صنعتی مالک اشتر
2 - دانشگاه صنعتی مالک اشتر
3 - دانشگاه صنعتی مالک اشتر
کلید واژه: ماشین سنکرون آهن‌ربای دایم, مدل تحلیلی, روتور بیرونی, الگوهای مغناطیس‌کنندگی, روش زیرناحیه,
چکیده مقاله :
در این مقاله از روش زیرناحیه برای تحلیل ماشین سنکرون مغناطیس دایم روتور بیرونی استفاده شده است. در این روش بر اساس فرضیاتی از قبیل هندسه، مشخصات الکتریکی و مغناطیسی، ماشین به چهار زیرناحیه شیار، دهانه شیار، فاصله هوایی و آهن‌ربا تقسیم گردیده است. بر اساس معادلات ماکسول و فرضیات در نظر گرفته شده، معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزیی حاکم براي هر زیرفضا ارائه و به صورت تحلیلی حل شده است. در این مقاله پس از محاسبه چگالی شار فاصله هوایی ناشی از جریان سیم‌پیچی آرمیچر و آهن‌رباها با سه الگوی مغناطیس‌کنندگی شعاعی، موازی و هالباخ، دیگر کمیت‌های اصلی ماشین با توجه به آن محاسبه شده است. براي اعتبارسنجی مدل تحلیلی، نتایج به دست آمده از MATLAB با مقادیر حاصل از روش المان محدود مقایسه گردیده است.
In this paper, the sub-region method is used to analyze the outer-rotor permanent magnet synchronous machine. In this method, based on hypotheses such as geometry, electrical and magnetic characteristics, the machine is divided into four sub-regions of groove, groove opening, air gap and magnet. Based on Maxwell's equations and considered assumptions, the governing partial differential equations for each sub-region are presented and solved analytically. In this paper, after calculating the air-gap flux density caused by the armature winding current and magnets with three patterns of radial, parallel and Halbach magnetization, the other main quantities of the machine are calculated accordingly. To validate the analytical model, the results obtained from MATLAB software are compared with the values obtained from the finite element method.
[1] م. ر. علیزاده پهلوانی و ب شیرالی، "طراحی تحلیلی چگالی شار مغناطیسی بارداری و شار پیوندی در ماشین الکتریکی شار شعاعی مغناطیس دائم روتور دوگانه با هسته هوایی، " الکترومغناطیس کاربردی، سال 3، شماره 2، صص. 34-25، تابستان 1394.
[2] Z. Q. Zhu, D. Ishak, D. Howe, and J. Chen, "Unbalanced magnetic forces in permanent magnet brushless machines with diametrically asymmetric phase windings," IEEE Trans. on Industry Application, vol. 43, no. 6, pp. 1544-1553, Nov./Dec. 2007.
[3] D. Zarko, D. Ban, and T. A. Lipo, "Analytical calculation of magnetic field distribution in the slotted air gap of a surface permanent-magnet motor using complex relative air-gap permeance," IEEE Trans. Magn., vol. 42, no. 7, pp. 1828-1837, Jul. 2006.
[4] J. Hur, S. Yoon, D. Hwang, and D. Hyun, "Analysis of PMLSM using three dimensional equivalent magnetic circuit network method," IEEE Trans. Magn., vol. 33, no. 5, pp. 4143-4145, Sept. 1997.
[5] A. Rahideh and T. Korakianitis, "Analytical magnetic field calculation of slotted brushless PM machines with surface inset magnets," IEEE Trans. Magn., vol. 48, no. 10, pp. 2633-2649, Oct. 2012.
[6] A. Vahaj, A. Rahideh, H. Moayed-Jahromi, and A. Ghaffari, "Exact two-dimensional analytical calculations for magnetic field, electromagnetic torque, UMF, back-EMF, and inductance of outer rotor surface inset permanent magnet machines," Mathematical and Computational Applications, vol. 24, no. 1, 25 pp., 2019.
[7] A. Ghaffari, et al., "2-D analytical model for outer-rotor consequent-pole brushless PM machines," IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 34, no. 4, pp. 2226-2234, Dec. 2019.
[8] T. Lubin and A. Rezzoug, "3-D analytical model for axial-flux eddy-current couplings and brakes under steady-state conditions," IEEE Trans. Magn., vol. 51, no. 10, Article ID: 8203712, 12 pp., Oct. 2015.
[9] T. Lubin and A. Rezzoug, "Improved 3-D analytical model for axial-flux eddy-current couplings with curvature effects," IEEE Trans. on Magnetics, vol. 53, no. 9, Article ID: 8002409, 9 pp., Sept. 2017.
[10] L. J. Wu, Z. Q. Zhu, D. Staton, M. Popescu, and D. Hawkins, "Subdomain model for predicting armature reaction field of surface-mounted permanent-magnet machines accounting for tooth-tips," IEEE Trans. on Magnetics, vol. 47, no. 4, pp. 812-822, Apr. 2011.
[11] M. Cheng and S. Zhu, "Calculation of PM eddy current loss in IPM machine under PWM VSI supply with combined 2-D FE and analytical method," IEEE Trans. on Magnetics, vol. 53, no. 1, Article ID: 6300112, 12 pp., Jan. 2017.
[12] S. Teymoori, A. Rahideh, H. Moayed-Jahromi, and M. Mardaneh, "2-D Analytical magnetic field prediction for consequent-pole permanent magnet synchronous machines," IEEE Trans. on Magnetics, vol. 52, no. 6, Article ID: 8202114, 14 pp., Jun. 2016.
[13] K. Boughrara, R. Ibtiouen, and F. Dubas, "Analytical prediction of electromagnetic performances and unbalanced magnetic forces in fractional slot spoke-type permanent magnet machines," in Proc. Int. Conf. on Electrical Machines, ICEM’16, pp. 1366-1372, Lausanne, Switzerland, 4-7 Sept. 2016.
[14] D. Li, R. Qu, J. Li, and W. Xu, "Consequent-pole toroidal-winding outer-rotor vernier permanent-magnet machines," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 51, no. 6, pp. 4470-4481, Nov./ Dec. 2015.
[15] D. Zarko, D. Ban, and T. A. Lipo, "Analytical solution for cogging torque in surface permanentmagnet motors using conformal mapping," IEEE Trans. on Magnetics, vol. 44, no. 1, pp. 352-365, Jan. 2008.
[16] K. Boughrara, B. L. Chikouche, R. Ibtiouen, D. Zarko, and O. Touhami, "Analytical model of slotted air-gap surface mounted permanent-magnet synchronous motor with magnet bars magnetized in the shifting direction," IEEE Trans. on Magnetics, vol. 45, no. 2, pp. 747-758, Feb. 2009.
[17] K. Boughrara, D. Zarko, R. Ibtiouen, O. Touhami, and A. Rezzoug, "Magnetic field analysis of inset and surface-mounted permanent-magnet synchronousmotors using Schwarz-Christoffel transformation," IEEE Trans. on Magnetics, vol. 45, no. 8, pp. 3166-3178, Aug. 2009.
[18] A. Rahideh, A. Ghaffari, A. Barzegar, and A. Mahmoudi, "Analytical model of slotless brushless PM linear motors considering different magnetization patterns," IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 33, no. 4, pp. 1797-1804, Dec. 2018.
[19] H. Moayed-Jahromi, A. Rahideh, and M. Mardaneh, "2-D analytical model for external rotor brushless PM machines," IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 31, no. 3, pp. 1100-1109, Sept. 2016.
