Смањење масе мотора аксијалног тока уз побољшано хлађење.
Циљ рада је поређење структура мотора аксијалног флукса са конвенционалним структурама радијалног флукса (РФ) за синхроне моторе са ПМ. Процедура поређења је заснована на једноставним термичким разматрањима. Две типологије мотора су изабране и упоређене у смислу испорученог електромагнетног момента. Поређење је развијено за различите димензије мотора и утицај броја полова је стављен у доказе. У раду је приказана комплетна процедура поређења и анализа резултата. Добијени резултати показују да, када је аксијална дужина веома кратка, а број полова висок, мотори са аксијалним флуксом могу бити атрактивна алтернатива конвенционалним решењима радијалног флукса.
Предвиђене су методе и апаратура за моторе са аксијалним флуксом. Апарат се састоји од статора који има намотаје на себи за стварање магнетног поља, ротора који се ротира магнетним пољем и излазног вратила спојеног са ротором. Ротор укључује магнетну и немагнетну компоненту. Немагнетна компонента има мању густину од магнетне компоненте. Једна или обе компоненте ротора имају отворе у себи за вентилацију и смањење тежине. Пожељно је да се трајни магнети монтирају на магнетну компоненту ротора окренуту према статору, а делови ротора иза трајних магнета су издубљени да буду тањи од делова ротора између трајних магнета. Ово смањује тежину ротора без значајног утицаја на густину мотора магнетног аксијалног флукса у ротору или обртни момент мотора.
Електрични мотор са аксијалним флуксом који се састоји од ротора и првог и другог статора. Први и други статор имају први и други ваздушни зазор који се налази између првог и другог статора и ротора, респективно, а други ваздушни зазор је већи од првог зазора. У једној реализацији, калемови првог статора и калемови другог статора су паралелни. Мотор даље садржи прекидаче који наизменично покрећу завојнице првог и другог статора на основу потребног обртног момента и потребне брзине мотора. У другој реализацији, завојнице првог статора и калемови другог статора су у серији, а мотор даље садржи прекидаче који селективно заобилазе завојнице другог статора да би смањили повратну ЕМФ мотора и повећали максималну брзина мотора при датом улазном напону.
Представљамо наменске дизајне оптималних струјних таласних облика за диск моторе са аксијалним флуксом, моторе точкова. Четворофазни наменски мотор на точковима је дизајниран и уграђен директно у точак електричних возила без механичких диференцијала и редуктора. Извршили смо оптимизацију оријентисану на обртни момент да бисмо добили оптимални таласни облик струје који је подложан различитим ограничењима за независну структуру намотаја. Открили смо да је најбољи оптимални таласни облик са максималним обртним моментом и ограниченим омским губитком пропорционалан варијацији магнетног флукса у ваздушном процепу између статора и ротора и да има исти облик као повратна електромоторна сила (ЕМФ). Овај налаз потврђују и теоријске и нумеричке анализе. Као што се и очекивало, тренутни контролни таласни облик повратног ЕМФ екстрахован експериментима даје најбоље перформансе у смислу максималног обртног момента и ефикасности мотора.
Пошто индукциони мотори са аксијалним флуксом (АФИМ) имају многе предности у односу на оне радијалног флукса (конвенционалне), они се све више користе у индустријским апликацијама. Дакле, њихово предвиђање учинка је важно питање. С друге стране, процена параметара је неодвојиви део предвиђања перформанси. У овом раду је приказана нова метода, заснована на струји пражњења намотаја статора. У предложеној методи упоређују се теоријске и практичне струје пражњења да би се израчунали коефицијенти, временске константе и параметри. Затим се израчунати параметри користе у дк моделу АФИМ-а. Коначно, 3-Д анализа коначних елемената и експериментални тестови се користе за верификацију предложеног метода.
Два случаја пројектовања и анализе мотора са сталним магнетом са аксијалним флуксом са линијским стартом: са чврстим ротором и са композитним ротором. За нову структуру мотора, два концентрична једностепена подигнута прстена су додата унутрашњим и спољашњим радијусима његових ротора како би се омогућила могућност аутоматског покретања. Композитни ротор је обложен танким (0.05 мм) слојем бакра. Извучене су основне једначине за чврсти роторски прстен. Недостатак симетрије мотора захтевао је 3Д анализу коначних елемената са временским кораком, спроведену преко Вецтор Фиелд Опера 14.0, која је проценила параметре дизајна и предвидела пролазне перформансе мотора. Резултати ФЕА показују да композитни ротор значајно побољшава и почетни обртни момент и способност синхронизације у односу на чврсти ротор.
Расподела магнетног поља за трофазни, диск-тип, перманентни магнет, ДЦ мотор без четкица са коаксијалним флуксом у статору. Прорачуни се врше коришћењем 3-Д методе коначних елемената (МКЕ). Електромагнетни момент се одређује из Максвеловог тензора напона. Поређења ради, анализирају се различите димензије трајних магнета, стубних папучица и ваздушног зазора. Показано је да се обртни момент таласања може ефикасно смањити одговарајућом ширином трајног магнета и дужином ваздушног зазора. Резултати симулације су у доброј сагласности са експерименталним подацима добијеним од прототипа мотора.
Хистерезни мотор аксијалног флукса (АФХМ) је самопокретајући синхрони мотор који користи карактеристике хистерезе магнетних материјала. Познато је да на магнетне карактеристике хистерезисног мотора може лако утицати варијација ваздушног зазора и димензија структуре. Дужина ваздушног зазора игра важну улогу у расподели флукса у хистерезисном прстену и утиче на излазни обртни момент, струју на терминалу, ефикасност, па чак и оптималну вредност других структурних параметара АФХМ-а. У вези са овим питањем, у овој студији истражује се ефекат варијације ваздушног зазора на карактеристике перформанси мотора хистерезе аксијалног флукса и утицај дужине ваздушног зазора на дебљину прстена хистерезе и завоје намотаја статора. Проучава се утицај дужине ваздушног зазора на модел електричног кола. Коначно, симулација АФХМ-а у циљу издвајања излазних вредности мотора и анализе осетљивости на варијацију ваздушног зазора је урађена коришћењем 3Д модела коначних елемената. Усвојена је петља хистерезе у облику нагнуте елипсе. Ова студија може помоћи дизајнерима у дизајну таквих мотора.
Јефтини мотор са аксијалним флуксом са двоструким ротором (ДРАФМ) са језгром од меког магнетног композита (СМЦ) и феритним трајним магнетима (ПМс). Представљени су топологија и принцип рада ДРАФМ-а и разматрања дизајна за најбољу употребу магнетних материјала. 905В 4800рпм ДРАФМ је дизајниран за замену скупог НдФеБ синхроног мотора са перманентним магнетом (ПМСМ) у компресору фрижидера. Коришћењем методе коначних елемената, израчунавају се електромагнетни параметри и перформансе ДРАФМ-а који ради под шемом управљања оријентисаном на поље. Кроз анализу је показано да СМЦ и феритни ПМ материјали могу бити добри кандидати за јефтине примене електромотора.
Акиал Флук Интериор ПМ (АФИПМ) синхрони мотори, као кандидати за мале електричне погоне градских аутомобила, представљени су у овом раду. Утицај параметара мотора на перформансе обртног момента мотора се испитује анализом путања струје статора у (ид-ик) равни. Параметри АФИПМ мотора су дизајнирани овом анализом како би се снага мотора ускладила са захтевима обртног момента, узимајући у обзир струју претварача и границе једносмерног напона. Штавише, напон ограничен оптимални обртни момент по амперу путања је нацртан у (ид-ик) авион. Показано је да је правилан избор параметара мотора компромис између параметара да би се добила идеална радна карактеристика за оптималну контролу у широком опсегу брзина и параметара за добијање високог радног обртног момента при малој брзини. На крају, представљена су нека разматрања дизајна и резултати симулације за 180В (ДЦ бус напон), 10кВ АФИПМ синхрони моторни погон за електрична возила.
Вуча електричног возила (ЕВ). Јединица за напајање је синхрони мотор са сталним магнетом (ПМСМ) којим управља трапезоидна контрола, стратегија. Модели електричног возила, мотора засновани на идентификацији коначних елемената и погона, имплементирани су под Матлаб/Симулинк 7.1. Контролу обезбеђују четири затворене петље, једна за брзину и три за регулацију струја. Резултати симулације показују ефикасност трапезног управљања за системе електричне вуче.
Описан је индукциони мотор аксијалног флукса који садржи и ламинате и меке магнетне композитне материјале. Комбиновањем ова два материјала, индукциони мотор аксијалног флукса добија ограничен волуметријски простор, укључујући ограничену висину, и глатки излаз обртног момента, укључујући ограничено таласање. Индукциони мотор аксијалног флукса такође садржи шипке ротора које су укошене. Ове искривљене шипке изглађују пулсације обртног момента индукционог мотора, побољшавајући ефикасан рад мотора.
Развој „компромиса између тежине и снаге“ који се може применити на возила са ограниченом снагом високих перформанси. Теорија се затим примењује на кућиште електричног возила како би се оправдала потрага за дизајном мотора „у точку“. Јединствене предности геометрије аксијалног флукса су разматране у односу на посебне захтеве електричних мотора за примену у возилима. Представљени су основни процес пројектовања, конструкције и резултати испитивања за мотор уграђен у точак од 26 инча за погон возила веће тежине од 260 кг. При излазној снази од 1 кВ, достижна брзина возила је 72 км/х, што одговара брзини мотора/точка од 578 о/мин и обртном моменту од 16.5 Нм, уз процењену ефикасност мотора од 94%.
Применили смо вишеобјективни оптимални дизајн на мотор са једносмерним точковима без четкица. Добијени мотор са перманентним магнетом са аксијалним флуксом има висок однос обртног момента и тежине и ефикасност мотора и погодан је за апликације точкова са директним погоном. Пошто је мотор точка са диском уграђен у главчину точка, нису потребни зупчаници преноса или механички диференцијали и тиме се повећава укупна ефикасност и смањује тежина. Наменски мотор је моделован у магнетним колима и дизајниран да задовољи спецификације шеме оптимизације, подложан ограничењима као што су ограничени простор, густина струје, засићење флукса и погонски напон. У овом раду су илустроване две различите конфигурације мотора са три и четири фазе. Затим се спроводе анализе коначних елемената да би се добиле електромагнетне, термичке и модалне карактеристике мотора за модификацију и верификацију идејног пројекта. Повратне електромоторне силе прототипова се испитују за контролне стратегије тренутних покретачких таласних облика.
Оригиналне карактеристике као што су компактност и лакоћа чине машине са сталним магнетом без прореза (АФПМ) погодним за примену у великим моторним погонима намењеним директном погону бродских пропелера. Овај рад разматра карактеристике АФПМ-а дизајнираних за примену у бродском погону, а перформансе машина као што су ефикасност, тежина и густина обртног момента се процењују за поређење са онима конвенционалних синхроних машина. Предлаже се новоконципирани модуларни распоред намотаја статора машине и на крају су приказани експериментални резултати узети са прототипа мале машине.
У моторним погонима електричних возила (ЕВ), употреба мотора мале брзине спојеног директно на осовину точка омогућава смањење тежине возила и побољшање ефикасности вожње. ПМ мотори са аксијалним флуксом без прореза су посебно погодни за такву примену, јер могу бити пројектовани за висок однос обртног момента и тежине и ефикасност. Овај рад се бави прототипом 16-полног аксијалног флукс ПМ мотора који се користи у погону електричног скутера. Прототип мотора има максимални обртни момент од 45 Нм, тежину активног материјала 6.8 кг и повезан је директно са задњим точком скутера. У раду се разматра пројектовање и конструкција прототипа мотора, и приказани су експериментални резултати добијени из лабораторијских испитивања. На крају су дати детаљи који се тичу уређења моторног погона скутера.
Развој потпуно електричних авиона омогућио би ефикаснија, тиша и еколошки прихватљивија возила и допринео би глобалном смањењу емисије гасова стаклене баште. Међутим, конвенционални електрични мотори не постижу довољно високу густину снаге да би се могли узети у обзир у апликацијама у ваздуху. Високотемпературни суперпроводљиви (ХТС) материјали, као што су ИБЦО пелете, имају капацитет да заробе магнетни флукс и тако се понашају као трајни магнети. Експериментални подаци показују да ИБЦО пелети са једним доменом могу да заробе до 17 Т на 29 К, што омогућава пројектовање мотора веома велике густине снаге који би се могли користити у погону авиона. Дизајнирали смо суперпроводни мотор заснован на конфигурацији аксијалног флукса и састављен од шест ИБЦО плоча магнетизованих суправодљивим намотајем намотаним на спољашњој страни мотора. Шестополна хомополарна машина користи конвенционалну отпорну арматуру са ваздушним размаком. Конфигурација аксијалног флукса омогућава да се неколико ротора и статора сложе заједно и стога омогућава употребу једног или више конвенционалних перманентних магнета.
Изградња два двострука прототипа моторних погона са сталним магнетом без прореза аксијалног флукса које су заједнички развили СИМИНОР Асценсеурс и Универзитет у Риму за примену у системима лифтова са директним погоном без машинске просторије. Сваки прототип мотора са директним погоном на ременицу има снагу од 5 кВ, 95 о/мин и има висину осовине од 380 мм и укупну аксијалну дебљину од око 80 мм. Дизајн машине заснован на неуобичајеним спецификацијама и оригиналним производним решењима усвојеним за предложени распоред лифтова са директним погоном разматрају се у целом раду, укључујући главне димензије и карактеристике прототип мотора. На крају, објављени су експериментални резултати узети из прототипова машина.
Склоп погонске јединице који има пар огледалних електромотора са аксијалним флуксом који имају заједничку осу ротације, при чему сваки мотор са аксијалним протоком укључује ротор постављен на осовину ротора и најмање један статор распоређен у оперативном односу са наведеним ротором. Заједничка крајња плоча је смештена између сваког пара електромотора са аксијалним протоком да би се обезбедила заједничка монтажна структура, док је излазна главчина оперативно повезана са сваком осовином ротора пара електромотора са огледалом аксијалног протока. Сваки од пара електромотора са огледалом аксијалног протока је оперативно конфигурисан да обезбеди независну брзину и обртни момент сваком повезаном излазном чворишту.
Оригиналне карактеристике као што су компактност и лакоћа чине машине са сталним магнетом без прореза (АФПМ) погодним за примену у великим моторним погонима намењеним директном погону бродских пропелера. У раду се разматрају карактеристике АФПМ-а дизајнираних за примену бродског погона. Предлаже се новоконципирани модуларни распоред намотаја статора машине и на крају су дати експериментални резултати узети из прототипа мале машине.
Анализа и експеримент аксијалног флукса перманентног магнета (АФПМ) без четкица једносмерне струје (БЛДЦ) мотора са минимизираним обртним моментом зупчаника. Недавно су многи оптимални дизајни за АФПМ мотор урађени анализом коначних елемената (ФЕ), али таква анализа генерално одузима много времена. У овој студији математички је претпостављена једначина линија магнетног флукса између ПМ и језгара, а минимални обртни момент је израчунат теоретски и геометријски без ФЕ анализе. У овом раду се претпоставља да је облик једначине полином другог реда. Угао нагиба који чини обртни момент зупчаника минимизиран је теоретски израчунат, а вредност минималног момента зупчаника је потврђена ФЕ анализама и експериментима. У теоријској анализи, максимални обртни момент зупчаника предложеног АФПМ мотора има најмању вредност приближно под углом нагиба од 4 и та вредност је приближно иста као код ФЕ анализе и експеримената. У поређењу са неискривљеним мотором, обртни момент назубљеног мотора може се смањити.
У овом раду су представљени оптимални вишеструки дизајн аксијално-флуксног мотора са диском без четкица једносмерног тока и његови оптимални таласни облици струје. Овај наменски мотор је моделован у магнетним колима и дизајниран да задовољи спецификације шеме оптимизације, подложан ограничењима, као што су ограничени простор, густина струје, засићење флукса и погонски напон. Оптимизација оријентисана на обртни момент се затим изводи да би се добио оптимални таласни облик струје који је подложан различитим ограничењима за независну структуру намотаја. Најбољи оптимални таласни облик са максималним обртним моментом и ограниченим омским губитком је пропорционалан варијацији магнетног флукса у ваздушном зазору између статора и ротора, који је верификован истог облика.
Постоје разне технике за смањење обртног момента зупчаника код конвенционалних ПМ машина са радијалним флуксом. Иако се неке од ових техника могу применити на машине са аксијалним флуксом, трошкови производње су посебно високи због јединствене конструкције статора машине са аксијалним флуксом. Сходно томе, нове технике ниске цене су пожељне за употребу са ПМ машинама са аксијалним флуксом. Овај рад уводи нову технику минимизације обртног момента зупчаника за ПМ моторе са вишеструким површинским магнетима аксијалног флукса. Прво, у овом раду се истражују основни принципи нове технике. Затим је пројектована и оптимизована 3-кВ, 8-полна машина са аксијалним флуксом са површинским магнетом са диском са двоструким ротором и једним статором како би се применила предложена нова метода. Истражује се оптимизација суседног магнетног полног лука која резултира минималним обртним моментом зупчаника, као и процена утицаја на максимални расположиви обртни момент коришћењем 3Д анализе коначних елемената (ФЕА). Минимизирани обртни момент зупчаника се упоређује са неколико постојећих стварних машинских података и извлаче се неки важни закључци.
Минимизирање обртног момента зупчаника у пројектовању мотора са сталним магнетом са аксијалним флуксом (АФПМ) је једно од главних питања које се мора узети у обзир током процеса пројектовања. Овај рад представља неколико исплативих техника закретања магнета како би се минимизирале компоненте обртног момента зупчаника у АФПМ моторима са двоструким ротором. Методе минимизације обртног момента на страни ротора су детаљно испитане са главним фокусом на приступ магнетном искошењу, и предложено је неколико исплативих алтернативних техника закривљености. Дато је детаљно поређење приступа магнетног искошења. На основу анализа направљен је прототип АФПМ мотора са различитим структурама ротора. Анализе се затим потврђују експерименталним резултатима и истражује се утицај компоненте обртног момента зупчаника на квалитет обртног момента АФПМ мотора. Резултати потврђују да предложени приступи закретања магнета могу значајно смањити компоненту зупчаника за разлику од референтног АФПМ мотора са неукошеним магнетима и помоћи да се побољша квалитет обртног момента диск мотора.
Различити приступи мерењу и идентификацији примењени на неконвенционалну синхрону машину са перманентним магнетом (ПМ), односно на нови синхрони мотор унутрашњег аксијалног флукса ПМ (АФИПМ). Неконвенционална геометрија АФИПМ мотора захтева посвећену дискусију о теми идентификације параметара. У раду су приказани тест фреквенцијског одзива у мировању и тест временског одзива мировања на прототипу АФИПМ. На основу ових тестова бирају се параметри кола д- и к-осе. Да би се потврдила валидност тестова мировања, такође су извршена испитивања оптерећења. Штавише, тестови оптерећења пружају неке прелиминарне резултате перформанси АФИПМ машине и додатне информације о феномену засићења. Анализирају се и упоређују параметри еквивалентних кола д- и к-осе добијени извршеним мерењима. На крају се бира најприкладнији модел АФИПМ машине.
Представљен је нови синхрони мотор унутрашњег аксијалног флукса ПМ (АФИПМ) за апликације мотора на точковима. Због нове анизотропне структуре ротора, АФИПМ мотор може испоручити константну снагу уз рад слабљења флукса. Конструкција ротора је изводљива само коришћењем прашкастих меких магнетних материјала. Предложени поступак пројектовања користи метод коначних елемената (МКЕ) поред класичних правила пројектовања електромотора. Приказани су комплетни пројектни подаци прототипа који се проучава, а описана је и фаза производње прототипа. Прорачунате вредности параметара машине упоређују се са вредностима утврђеним на основу експерименталних мерења. На крају су одређене и представљене карактеристике прототипа мотора.
Како се технологија авиона креће ка више електричне архитектуре, употреба електричних мотора у авионима се повећава. БЛДЦ мотори са аксијалним флуксом (једносмерни мотори без четкица) постају популарни у аеро примени због своје способности да задовоље захтеве мале тежине, велике густине снаге, високе ефикасности и високе поузданости. БЛДЦ мотори са аксијалним флуксом, генерално, а посебно БЛДЦ мотори са аксијалним флуксом без гвожђа, долазе са веома ниском индуктивношћу. Због тога им је потребна посебна пажња да би се ограничила величина таласне струје у намотају мотора. У већини нових апликација за више електричних авиона, БЛДЦ мотор треба да се покреће са 300 или 600 Вдц магистрале. У таквим случајевима, посебно за рад са 600 Вдц магистрале, за БЛДЦ моторни погон се користе инвертори са биполарним транзистором са изолованим гејтом (ИГБТ). ИГБТ-базирани претварачи имају ограничења у повећању фреквенције пребацивања, па стога нису баш погодни за погон БЛДЦ мотора са ниском индуктивношћу намотаја. У овој студији, предлаже се тростепени инвертер са стегнутом неутралном тачком (НПЦ) за погон БЛДЦ мотора аксијалног флукса.
Смањење величине постало је један од најважнијих аспеката дизајна мотора. Овај рад представља минијатурни мотор вретена са аксијалним флуксом са ромбоидним намотајем штампане плоче (ПЦБ). Дизајн његове механичке структуре има за циљ да елиминише сваки непотребан простор. Пре израде прототипа, геометрија мотора се израчунава коришћењем приближног аналитичког модела, што помаже да се убрза процес пројектовања. Флексибилни ПЦБ намотај представља ултратанак електромагнетни узбудљив извор где су калемови намотани у ромбоидном облику како би се смањила дужина крајњег намотаја и минимизирао губитак бакра. Процес пројектовања такође укључује анализу коначних елемената за даљу процену перформанси и усавршавање. Предложени мотор је направљен прототипом, а пронађено је одлично слагање између симулације и мерења.
Оптимални таласни облици струје за моторе са аксијалним флуксом диска. Четворофазни наменски мотор на точковима је дизајниран и уграђен директно у точак електричних возила без механичких диференцијала и редуктора. Извршили смо оптимизацију оријентисану на обртни момент да бисмо добили оптимални таласни облик струје који је подложан различитим ограничењима за независну структуру намотаја. Открили смо да је најбољи оптимални таласни облик са максималним обртним моментом и ограниченим омским губитком пропорционалан варијацији магнетног флукса у ваздушном процепу између статора и ротора и да има исти облик као повратна електромоторна сила (ЕМФ). Овај налаз потврђују и теоријске и нумеричке анализе. Као што се и очекивало, тренутни контролни таласни облик повратног ЕМФ екстрахован експериментима даје најбоље перформансе у смислу максималног обртног момента и ефикасности мотора.
