Намалување на масата на моторот со аксијален флукс со подобрено ладење.
Целта на трудот е споредба на структурите на моторите со аксијален флукс наспроти конвенционалните структури со радијален флукс (RF) за PM синхрони мотори. Постапката за споредба се заснова на едноставни термички размислувања. Избрани се две типологии на мотори и споредени во однос на испорачаниот електромагнетен вртежен момент. Споредбата е развиена за различни димензии на моторот и влијанието на бројот на половите се докажува. Трудот ја известува целосната процедура за споредба и поврзаната анализа на резултатите. Добиените резултати покажуваат дека, кога аксијалната должина е многу кратка и бројот на половите е висок, моторите со аксијален флукс можат да бидат атрактивна алтернатива на конвенционалните решенија со радијален флукс.
Обезбедени се методи и апарати за мотори со аксијален флукс. Апаратот се состои од статор кој има намотки на него за производство на магнетно поле, ротор што се ротира од магнетното поле и излезна осовина поврзана со роторот. Роторот вклучува магнетна и немагнетна компонента. Немагнетната компонента има помала густина од магнетната компонента. Едната или двете компоненти на роторот имаат отвори за вентилација и намалување на тежината. Пожелно е трајните магнети да се монтираат на магнетната компонента на роторот свртена кон статорот и делови од роторот зад постојаните магнети се издлабени за да бидат потенки од деловите на роторот помеѓу постојаните магнети. Ова ја намалува тежината на роторот без значително да влијае на густината на моторите на магнетниот аксијален флукс во роторот или вртежниот момент на моторот.
Електричен мотор со аксијален флукс кој се состои од ротор и прв и втор статор. Првиот и вториот статор имаат првиот и вториот воздушен јаз кој се наоѓа помеѓу првиот и вториот статор и роторот, соодветно, а вториот воздушен јаз е поголем од првиот јаз. Во едно олицетворение, намотките на првиот статор и намотките на вториот статор се паралелно. Моторот понатаму содржи прекинувачи кои наизменично ги напојуваат намотките на првиот и на вториот статор врз основа на потребниот вртежен момент и потребната брзина на моторот. Во вториот олицетворение, намотките на првиот статор и намотките на вториот статор се во серија, а моторот понатаму содржи прекинувачи кои селективно ги заобиколуваат намотките на вториот статор со цел да се намали задниот EMF на моторот и да се зголеми максимумот. брзина на моторот при даден влезен напон.
Претставуваме наменски дизајни на оптимални тековни бранови за мотори со тркала со аксијален флукс од типот на диск. Четирифазниот мотор посветен на тркалата е дизајниран и инсталиран директно во тркалото на електричните возила без механички диференцијали и редуктори. Извршивме оптимизација ориентирана кон вртежниот момент за да го добиеме оптималниот брановиден облик на струја, кој подлежи на различни ограничувања за независната структура на намотување. Откривме дека најдобрата оптимална форма на бранови со максимален вртежен момент и ограничена омска загуба е пропорционална на варијацијата на магнетниот флукс во воздушниот јаз помеѓу статорот и роторот и има иста форма како и задната електромоторна сила (EMF). Овој наод е потврден и со теоретски и со нумерички анализи. Како што се очекуваше, тековната контролна бранова форма на задниот EMF извлечена со експерименти ги дава најдобрите перформанси во однос на максималниот вртежен момент и ефикасноста на моторот.
Бидејќи индукциските мотори со аксијален флукс (AFIM) имаат многу предности во однос на оние со радијален флукс (конвенционалните), тие се повеќе се користат во индустриски апликации. Значи, нивното предвидување на перформансите е важно прашање. Од друга страна, проценката на параметрите е нераскинлив дел од предвидувањето на перформансите. Во овој труд е претставен нов метод, базиран на струјата на празнење на намотките на статорот. Во предложениот метод, теоретските и практичните струи на празнење се споредуваат за да се пресметаат коефициентите, временските константи и параметрите. Потоа, пресметаните параметри се користат во dq моделот на AFIM. Конечно, 3-D анализа на конечни елементи и експериментални тестови се користат за да се потврди предложениот метод.
Два случаи на дизајн и анализа на мотор со постојан магнет со аксијален флукс со линиски старт: со цврст ротор и со композитен ротор. За нова структура на моторот, на внатрешниот и надворешниот радиус на неговите ротори се додаваат два концентрични еднониво распоредени подигнати прстени за да се овозможи способност за автоматско стартување. Композитниот ротор беше обложен со тенок (0.05 mm) слој од бакар. Беа извлечени основните равенки за цврстиот прстен на роторот. Недостатокот на симетрија на моторот наложи 3D анализа на конечни елементи со временски чекори, спроведена преку Vector Field Opera 14.0, која ги оценуваше дизајнерските параметри и ги предвидуваше минливите перформанси на моторот. Резултатите од FEA покажуваат дека композитниот ротор значително го подобрува и почетниот вртежен момент и способноста за синхронизација над цврстиот ротор.
Распределба на магнетното поле за трифазен мотор со постојан магнет без четкички со коаксијален флукс во статорот. Пресметките се вршат со помош на методот на 3-D конечни елементи (FEM). Електромагнетниот вртежен момент се одредува од тензорот на стрес Максвел. За споредба, анализирани се различните димензии на трајните магнети, чевлите на столбот и воздушниот јаз. Се покажа дека вртежниот момент на бранување може ефективно да се намали со соодветна ширина на постојан магнет и должина на воздушниот јаз. Резултатите од симулацијата се во добра согласност со експерименталните податоци добиени од прототипот на моторот.
Моторот за хистерезис со аксијален флукс (AFHM) е синхрони мотор кој се стартува самостојно што ги користи карактеристиките на хистерезис на магнетните материјали. Познато е дека магнетните карактеристики на хистерезисниот мотор може лесно да бидат засегнати од варијациите на воздушниот јаз и димензиите на структурата. Должината на воздушниот јаз игра важна улога во распределбата на флуксот во прстенот на хистерезис и влијае на излезниот вртежен момент, струјата на терминалот, ефикасноста, па дури и оптималната вредност на другите структурни параметри на AFHM. Во врска со ова прашање, во оваа студија се истражува ефектот на варијацијата на воздушниот јаз врз карактеристиките на изведбата на моторот со хистерезис со аксијален флукс и ефектот на должината на воздушниот јаз врз дебелината на прстенот за хистерезис и вртењата на намотување на статорот. Се разгледува ефектот на должината на воздушниот јаз на моделот на електричното коло. Конечно, симулација на AFHM со цел да се извлечат излезните вредности на анализата на моторот и чувствителноста на варијациите на воздушниот јаз е направена со помош на моделот на 3D-конечни елементи. Усвоена е јамка хистерезис во форма на навалена елипса. Оваа студија може да им помогне на дизајнерите во дизајнерскиот пристап на таквите мотори.
Евтин мотор со аксијален флукс со двоен ротор (DRAFM) со евтино меко магнетно композитно (SMC) јадро и феритни постојани магнети (PMs). Презентирани се топологијата и принципот на работа на DRAFM и дизајнерските размислувања за најдобра употреба на магнетни материјали. DRAFM од 905 W 4800 вртежи во минута е дизајниран за замена на скапиот синхрон мотор со постојан магнет NdFeB (PMSM) во компресор на фрижидер. Со користење на методот на конечни елементи, се пресметуваат електромагнетните параметри и перформансите на DRAFM управувана според полето ориентирана контролна шема. Преку анализата, се покажа дека материјалите од SMC и феритни PM можат да бидат добри кандидати за евтини апликации на електрични мотори.
Во ова дело се претставени синхроните мотори со аксијален флукс внатрешен PM (AFIPM), како кандидати за погони на мали електрични градски автомобили. Ефектите на параметрите на моторот врз перформансите на вртежниот момент на моторот се испитуваат со анализа на траекториите на струјата на статорот во (id-iq) рамнината. Параметрите на моторот AFIPM се дизајнирани со оваа анализа за да се направи способноста за моќност на моторот да одговара на барањата за вртежен момент, земајќи ги предвид струјата на инвертерот и границите на DC напонот. Понатаму, оптималната траекторија на вртежен момент по ампер ограничен со напон е нацртана во (id-iq) рамнина. Се покажува дека правилниот избор на параметрите на моторот е размена помеѓу параметрите за да се добие идеалната работна карактеристика за оптимална контрола на широк опсег на вртежи и параметрите за да се добие високиот работен вртежен момент при мала брзина. Конечно, претставени се некои дизајнерски размислувања и резултатите од симулацијата за 180V (DC напон на магистралата), 10kW AFIPM синхрон погон за електрични возила.
Влечење на електрично возило (EV). Единицата за напојување е синхрон мотор со постојан магнет (PMSM) управуван од трапезоидна контрола, стратегија. Моделите на електричното возило, на моторот базиран на идентификација на конечни елементи и погон, се имплементирани во Matlab/Simulink 7.1. Контролата е обезбедена со четири затворени јамки, една за брзина и три за регулација на струите. Резултатите од симулацијата ја покажуваат ефективноста на трапезоидна контрола за електричните влечни системи.
Опишан е индукциски мотор со аксијален флукс кој содржи и ламинати и меки магнетни композитни материјали. Со комбинирање на овие два материјали, асинхрониот мотор со аксијален флукс добива ограничен волуметриски простор, вклучувајќи ограничена висина и мазен излез на вртежен момент, вклучително и ограничено бранување. Индукциониот мотор со аксијален флукс содржи и шипки на ротори кои се искривени. Овие искривени шипки ги измазнуваат пулсирањата на вртежниот момент на индукциониот мотор, подобрувајќи ја ефикасната работа на моторот.
Развојот на „размена на тежината-моќта“ применлива за возила со високи перформанси и ограничена моќност. Теоријата потоа се применува на куќиштето на електричното возило за да се оправда стремежот кон дизајнот на моторот „во тркалото“. Единствените придобивки од геометријата на аксијалниот флукс се дискутирани во врска со посебните барања на електричните мотори за возила. Прикажани се основниот процес на дизајнирање, конструкција и резултатите од тестот за мотор вграден во тркало од 26 инчи за возење возило со тежина од 260 кг. При излезна моќност од 1 kW, достижната брзина на возилото е 72 km/h, што одговара на брзина на мотор/тркало од 578 r/min и вртежен момент од 16.5 Nm, при проценета ефикасност на моторот од 94%.
Применивме повеќецелен оптимален дизајн на мотор со еднонасочна тркала без четкички. Добиениот мотор со постојан магнет со аксијален флукс има висок сооднос вртежен момент-тежина и ефикасност на моторот и е погоден за апликации со тркала со директно погон. Бидејќи моторот на тркалото од типот на диск е вграден во главината на тркалото, не се потребни преносни брзини или механички диференцијали и со тоа се зголемува вкупната ефикасност и се намалува тежината. Посебниот мотор беше моделиран во магнетни кола и дизајниран да ги исполни спецификациите на шемата за оптимизација, предмет на ограничувања како што се ограничен простор, густина на струјата, заситеност на флуксот и погонски напон. Во овој труд се илустрирани две различни моторни конфигурации од три и четири фази. Потоа се вршат анализи на конечни елементи за да се добијат електромагнетните, термичките и модалните карактеристики на моторот за модификација и верификација на идејниот проект. Задни-електромоторните сили на прототиповите се испитуваат за контролни стратегии на тековните погонски бранови форми.
Оригиналните карактеристики, како што се компактноста и леснотијата, ги прават машините со постојан магнет со аксијален флукс (AFPM) без процепи подобни за примена во погони со голема моќност посветени на директно погон на пропелери на бродот. Овој труд ги разгледува карактеристиките на AFPM дизајнирани за примена во погон на морето, а перформансите на машината како што се ефикасноста, тежината и густината на вртежниот момент се оценуваат за споредба со оние на конвенционалните синхрони машини. Предложено е ново замислено модуларно уредување на намотката на статорот на машината и конечно се прикажани експериментални резултати земени од прототип на машина со мала големина.
Кај моторните погони на електрични возила (EV), употребата на мотор со мала брзина поврзан директно со оската на тркалото овозможува намалување на тежината на возилото и подобрување на погонската ефикасност. PM-моторите со аксијален флукс без процепи се особено прилагодени за таква примена, бидејќи тие можат да бидат дизајнирани за висок сооднос вртежен момент-тежина и ефикасност. Овој труд се занимава со прототип на PM мотор со аксијален флукс со 16 полови кој се користи во погонскиот погон на електричен скутер. Прототипот на моторот има максимален вртежен момент од 45 Nm, тежина од 6.8 kg активни материјали и е поврзан директно со задното тркало на скутерот. Трудот го дискутира дизајнот и конструкцијата на прототипот на моторот и ги известува експерименталните резултати постигнати од лабораториските тестови. Конечно, дадени се детали во врска со распоредот на погонот на скутерот.
Развојот на целосно електрични авиони ќе овозможи поефикасни, потивки и еколошки возила и ќе придонесе за глобално намалување на емисиите на стакленички гасови. Сепак, конвенционалните електрични мотори не постигнуваат доволно висока густина на моќност за да се земат во предвид во воздушните апликации. Масовните високотемпературни суперспроводливи материјали (HTS), како што се топчињата YBCO, имаат капацитет да го заробат магнетниот флукс со што се однесуваат како постојани магнети. Експерименталните податоци покажуваат дека еден домен YBCO пелети може да зароби до 17 T на 29 K, што овозможува дизајнирање на мотори со многу висока густина на моќност кои би можеле да се користат во погон на авиони. Дизајниравме суперспроводлив мотор заснован на конфигурација на аксијален флукс и составен од шест YBCO плочи магнетизирани со суперспроводлива калем намотана на надворешната страна на моторот. Шестполната хомополарна машина користи конвенционална отпорна арматура на воздушниот јаз. Конфигурацијата со аксијален флукс овозможува неколку ротори и статори да се наредени заедно и затоа овозможува користење на еден или неколку конвенционални постојани магнети.
Изградба на два двојни прототипи на погони со постојан магнет со аксијален флукс без отвори, заеднички развиени од SIMINOR Ascenseurs и Универзитетот во Рим за примена во системи на лифтови со директен погон без машинска просторија. Секој прототип на мотор со директен погон со макара е оценет 5 kW, 95 вртежи/мин, и има висина на вратило од 380 mm и вкупна аксијална дебелина од околу 80 mm. Дизајнот на машината заснован на необични спецификации и оригинални производни решенија усвоени за предложениот аранжман на лифт со директен погон се дискутирани низ трудот, вклучувајќи ги водечките димензии и карактеристики на прототипните мотори. Конечно, се пријавени експериментални резултати земени од прототиповите на машината.
Склоп на енергетска единица која има пар електрични мотори со огледален аксијален флукс со заедничка оска на ротација, секој мотор со аксијален флукс вклучува ротор поставен на вратило на роторот и најмалку еден статор поставен во оперативна врска со споменатиот ротор. Заедничка крајна плоча е поставена помеѓу секој пар на електрични мотори со аксијален флукс за да се обезбеди заедничка структура за монтирање, додека излезниот центар е оперативно поврзан со секое вратило на роторот од парот на огледални електрични мотори со аксијален тек. Секој од парот електрични мотори со огледален аксијален тек е оперативно конфигуриран да обезбедува независна брзина и вртежен момент на секој поврзан излезен центар.
Оригиналните карактеристики, како што се компактноста и леснотијата, ги прават машините со постојан магнет со аксијален флукс (AFPM) без процепи подобни за примена во погони со голема моќност посветени на директно погон на пропелери на бродот. Во трудот се разгледуваат карактеристиките на AFPM дизајнирани за примена на морски погон. Предложено е ново замислено модуларно уредување на намотката на статорот на машината и конечно се дадени експериментални резултати земени од прототип на машина со мала големина.
Анализа и експеримент на мотор со директна струја (BLDC) без четка со постојан магнет (AFPM) со аксијален флукс со минимизиран вртежен момент. Неодамна, многу оптимални дизајни за AFPM моторот беа направени со анализа на конечни елементи (FE), но таквата анализа генерално одзема време. Во оваа студија, равенката на линиите на магнетниот тек што постојат помеѓу PM и јадрата се претпоставува математички и минималниот вртежен момент е пресметан теоретски и геометриски без FE анализа. Формата на равенката се претпоставува дека е полином од втор ред во овој труд. Теоретски се пресметува аголот на искривување што го минимизира вртежниот момент на прицврстување, а вредноста на минималниот вртежен момент е потврдена со FE анализи и експерименти. Во теоретската анализа, максималниот прицврстувачки вртежен момент на предложениот AFPM мотор има најмала вредност приближно под агол на искривување од 4 и таа вредност е приближно иста како оние на FE анализата и експериментите. Во споредба со неискривениот мотор, вртежниот момент на запирање на искривениот мотор може да се намали.
Повеќецелен оптимален дизајн на мотор со тркало со аксијален флукс од типот на еднонасочен диск без четка и неговите оптимални бранови форми на струја се претставени во овој труд. Овој наменски мотор е моделиран во магнетни кола и дизајниран да ги исполни спецификациите на шемата за оптимизација, предмет на ограничувања, како што се ограничен простор, густина на струјата, заситеност на флуксот и напон на движење. Потоа се изведува оптимизацијата ориентирана кон вртежниот момент за да се добие оптималниот брановиден облик на струја, кој подлежи на различни ограничувања за независната структура на намотување. Најдобрата оптимална форма на бранови со максимален вртежен момент и ограничена омска загуба е пропорционална на варијацијата на магнетниот флукс во воздушниот јаз помеѓу статорот и роторот, за кој се потврдува истата форма.
Постојат различни техники за намалување на вртежниот момент на конвенционалните ПМ машини со радијален флукс. И покрај тоа што некои од овие техники може да се применат на машините со аксијален флукс, трошоците за производство се особено високи поради уникатната конструкција на статорот на машината за аксијален флукс. Следствено, нови техники со ниска цена се пожелни за употреба со PM машини со аксијален флукс. Овој труд воведува нова техника за минимизирање на вртежниот момент за аксијален флукс со повеќекратна површина на роторот магнет ПМ мотори. Прво, основните принципи на новата техника се истражени во овој труд. Потоа е дизајнирана и оптимизирана машина од 3-kW, 8-полен аксијален флукс површински-магнетен диск од типот на машина со двоен ротор-еден статор со цел да се примени предложениот нов метод. Испитувана е оптимизацијата на соседниот пол-лак на магнет што резултира со минимален вртежен момент, како и проценка на ефектот врз максималниот достапен вртежен момент користејќи 3D анализа на конечни елементи (FEA). Минимизираниот вртежен момент се споредува со неколку постоечки податоци за машината и се извлекуваат некои важни заклучоци.
Минимизирањето на вртежниот момент при дизајнирање на мотори со постојан магнет со аксијален флукс (AFPM) е едно од главните прашања што мора да се земе предвид при процесот на дизајнирање. Овој труд презентира неколку економични техники за искривување на магнет за да се минимизираат компонентите на вртежниот момент на прицврстување кај моторите со двоен ротор AFPM. Методите за минимизирање на вртежниот момент од страната на роторот се детално испитани со главен фокус на пристапот на магнетно искривување, и предложени се неколку економични алтернативни техники на искривување. Обезбедена е детална споредба на пристапите за искривување на магнет. Врз основа на анализите е изграден прототип на AFPM мотор со различни структури на роторот. Анализите потоа се потврдуваат со експериментални резултати и се истражува влијанието на компонентата на вртежен момент врз квалитетот на вртежниот момент на AFPM моторите. Резултатите потврдуваат дека предложените пристапи за искривување на магнет може значително да ја намалат компонентата за запирање за разлика од референтниот AFPM мотор со неискривени магнети и да помогнат да се подобри квалитетот на вртежниот момент на моторите на дискот.
Различни пристапи за мерење и идентификација се применуваат на неконвенционална синхрона машина со постојан магнет (PM), имено, на новиот синхрон мотор со внатрешен аксијален флукс (AFIPM). Неконвенционалната геометрија на моторот AFIPM бара посветена дискусија за предметот за идентификација на параметрите. Во трудот е претставен тестот за фреквенција-одговор на мирување и тестот за одговор на време на мирување на прототипот AFIPM. Врз основа на овие тестови, се избираат параметрите на колото d- и q-оски. За да се потврди валидноста на тестовите за мирување, извршени се и тестови на оптоварување. Понатаму, тестовите за оптоварување обезбедуваат некои прелиминарни резултати од перформансите на машината AFIPM и дополнителни информации за феноменот на заситеност. Се анализираат и споредуваат параметрите на еквивалентните кола на d- и q-оските добиени со извршените мерења. Конечно, се избира најсоодветниот модел на машина AFIPM.
Презентиран е нов синхрон мотор со аксијален флукс внатрешен PM (AFIPM) за апликации со мотор на тркала. Поради новата анизотропна структура на роторот, моторот AFIPM може да дава постојана моќност со работа за слабеење на флуксот. Конструкцијата на роторот е изводлива само со употреба на меки магнетни материјали во прав. Предложената проектна процедура го користи методот на конечни елементи (FEM) како додаток на класичните правила за дизајн на електрични мотори. Презентирани се целосни податоци за дизајнот на прототипот што се проучува, а исто така е опишана и фазата на производство на прототипот. Пресметаните вредности на параметрите на машината се споредуваат со вредностите утврдени врз основа на експериментални мерења. Конечно се одредуваат и презентираат карактеристиките на прототипот на моторот.
Како што технологијата на авионите се движи кон поголема електрична архитектура, употребата на електрични мотори во авионите се зголемува. Моторите BLDC со аксијален флукс (DC мотори без четкички) стануваат популарни во аеро-апликацијата поради нивната способност да ја задоволат побарувачката за мала тежина, висока густина на моќност, висока ефикасност и висока доверливост. Моторите со аксијален флукс BLDC, генерално, и моторите со аксијален флукс BLDC, особено, доаѓаат со многу ниска индуктивност Поради ова, им треба посебна грижа за да се ограничи големината на брановата струја во намотувањето на моторот. Во повеќето нови апликации за електрични авиони, моторот BLDC треба да се вози од автобус со 300 или 600 Vdc. Во такви случаи, особено за работа од магистрала од 600 Vdc, за погон на моторот BLDC се користат инвертери базирани на биполарен транзистор со изолирана порта (IGBT). Инвертерите базирани на IGBT имаат ограничување за зголемување на фреквенцијата на префрлување, и затоа не се многу погодни за возење BLDC мотори со мала индуктивност на намотување. Во оваа студија, предложен е инвертер со три нивоа со стегање на неутрална точка (NPC) за придвижување на моторите со аксијален флукс BLDC.
Намалувањето на големината стана еден од најважните аспекти на дизајнот на моторот. Овој труд претставува минијатурен вретено мотор со аксијален флукс со ромбоидно печатено коло (PCB) намотување. Дизајнот на неговата механичка структура има за цел да го елиминира секој непотребен простор. Пред да се направи прототип, геометријата на моторот се пресметува со помош на приближен аналитички модел, кој помага да се забрза процесот на дизајнирање. Флексибилното намотување ПХБ претставува ултратенок електромагнетен возбудлив извор каде намотките се намотани во ромбоидна форма со цел да се намали должината на крајот на намотување и да се минимизира загубата на бакар. Процесот на дизајнирање, исто така, вклучува анализа на конечни елементи за понатамошна евалуација и префинетост на перформансите. Предложениот мотор е прототип и е пронајдена одлична согласност помеѓу симулацијата и мерењето.
Оптимални бранови форми на струја за мотори на тркала со аксијален флукс од типот на диск. Четирифазниот мотор посветен на тркалата е дизајниран и инсталиран директно во тркалото на електричните возила без механички диференцијали и редуктори. Извршивме оптимизација ориентирана кон вртежниот момент за да го добиеме оптималниот брановиден облик на струја, кој подлежи на различни ограничувања за независната структура на намотување. Откривме дека најдобрата оптимална форма на бранови со максимален вртежен момент и ограничена омска загуба е пропорционална на варијацијата на магнетниот флукс во воздушниот јаз помеѓу статорот и роторот и има иста форма како и задната електромоторна сила (EMF). Овој наод е потврден и со теоретски и со нумерички анализи. Како што се очекуваше, тековната контролна бранова форма на задниот EMF извлечена со експерименти ги дава најдобрите перформанси во однос на максималниот вртежен момент и ефикасноста на моторот.
