การลดมวลของมอเตอร์แกนฟลักซ์พร้อมการระบายความร้อนที่ดีขึ้น
จุดมุ่งหมายของบทความนี้คือการเปรียบเทียบโครงสร้างมอเตอร์ฟลักซ์ในแนวแกนกับโครงสร้างฟลักซ์ในแนวรัศมี (RF) แบบธรรมดาสำหรับมอเตอร์ซิงโครนัส PM ขั้นตอนการเปรียบเทียบขึ้นอยู่กับการพิจารณาเรื่องความร้อนอย่างง่าย เลือกและเปรียบเทียบประเภทมอเตอร์สองประเภทในแง่ของแรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งมอบ การเปรียบเทียบได้รับการพัฒนาสำหรับขนาดมอเตอร์ที่แตกต่างกัน และอิทธิพลของหมายเลขขั้วถูกนำไปเป็นหลักฐาน กระดาษรายงานขั้นตอนการเปรียบเทียบที่สมบูรณ์และการวิเคราะห์ผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้อง ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นว่า เมื่อความยาวในแนวแกนสั้นมากและมีหมายเลขขั้วสูง มอเตอร์ฟลักซ์ในแนวแกนอาจเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับโซลูชันเรเดียลฟลักซ์ทั่วไป
วิธีการและอุปกรณ์มีไว้สำหรับมอเตอร์ฟลักซ์ตามแนวแกน อุปกรณ์ประกอบด้วย สเตเตอร์ที่มีขดลวดสำหรับสร้างสนามแม่เหล็ก โรเตอร์ที่หมุนด้วยสนามแม่เหล็ก และเพลาส่งออกที่เชื่อมต่อกับโรเตอร์ โรเตอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบที่เป็นแม่เหล็กและไม่ใช่แม่เหล็ก ส่วนประกอบที่ไม่ใช่แม่เหล็กมีความหนาแน่นต่ำกว่าส่วนประกอบที่เป็นแม่เหล็ก ส่วนประกอบโรเตอร์หนึ่งหรือทั้งคู่มีช่องระบายอากาศและลดน้ำหนัก ขอแนะนำให้ติดตั้งแม่เหล็กถาวรบนส่วนประกอบที่เป็นแม่เหล็กของโรเตอร์ที่หันไปทางสเตเตอร์ และบางส่วนของโรเตอร์ด้านหลังแม่เหล็กถาวรจะถูกเจาะรูให้บางกว่าส่วนของโรเตอร์ระหว่างแม่เหล็กถาวร ซึ่งจะช่วยลดน้ำหนักโรเตอร์โดยไม่กระทบต่อความหนาแน่นของมอเตอร์ฟลักซ์ตามแนวแกนแม่เหล็กในแรงบิดของโรเตอร์หรือมอเตอร์อย่างมีนัยสำคัญ
มอเตอร์ไฟฟ้าฟลักซ์แนวแกนที่ประกอบด้วยโรเตอร์และสเตเตอร์ที่หนึ่งและที่สอง สเตเตอร์ที่หนึ่งและที่สองมีช่องว่างอากาศที่หนึ่งและที่สองซึ่งอยู่ระหว่างสเตเตอร์ที่หนึ่งและที่สองกับโรเตอร์ตามลำดับ และช่องว่างอากาศที่สองนั้นมากกว่าช่องว่างแรก ในรูปลักษณ์หนึ่ง ขดลวดของสเตเตอร์ที่หนึ่งและขดลวดของสเตเตอร์ที่สองขนานกัน มอเตอร์ยังประกอบด้วยสวิตช์ที่สลับกระแสไฟให้กับขดลวดของสเตเตอร์ที่หนึ่งและของสเตเตอร์ที่สองตามแรงบิดและความเร็วที่ต้องการของมอเตอร์ ในรูปลักษณ์ที่สอง คอยล์ของสเตเตอร์ที่หนึ่งและคอยส์ของสเตเตอร์ที่สองอยู่ในอนุกรม และมอเตอร์ยังประกอบรวมด้วยสวิตช์ที่คัดเลือกโดยบายพาสคอยส์ของสเตเตอร์ที่สองเพื่อลด EMF ด้านหลังของมอเตอร์และเพิ่มค่าสูงสุด ความเร็วของมอเตอร์ที่แรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่กำหนด
เรานำเสนอการออกแบบเฉพาะของรูปคลื่นกระแสไฟที่เหมาะสมที่สุดสำหรับมอเตอร์ล้อมอเตอร์ฟลักซ์ตามแนวแกนแบบดิสก์ มอเตอร์ล้อเฉพาะแบบสี่เฟสได้รับการออกแบบและติดตั้งโดยตรงในล้อของรถยนต์ไฟฟ้าโดยไม่มีส่วนต่างทางกลและเฟืองทด เราทำการปรับให้เหมาะสมที่เน้นแรงบิดเพื่อให้ได้รูปคลื่นกระแสที่เหมาะสมที่สุดภายใต้ข้อจำกัดต่างๆ สำหรับโครงสร้างขดลวดอิสระ เราพบว่ารูปคลื่นที่เหมาะสมที่สุดที่มีแรงบิดสูงสุดและการสูญเสียโอห์มมิกแบบจำกัดนั้นเป็นสัดส่วนกับการแปรผันของฟลักซ์แม่เหล็กในช่องว่างอากาศระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ และมีรูปร่างเหมือนกันกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ (EMF) การค้นพบนี้ได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์ทั้งเชิงทฤษฎีและเชิงตัวเลข ตามที่คาดไว้ รูปคลื่นควบคุมปัจจุบันของ back-EMF ที่สกัดโดยการทดลองทำให้ประสิทธิภาพดีที่สุดในแง่ของแรงบิดสูงสุดและประสิทธิภาพของมอเตอร์
เนื่องจากมอเตอร์เหนี่ยวนำ Axial Flux (AFIM) มีข้อดีมากกว่ามอเตอร์แบบเรเดียลฟลักซ์ (แบบธรรมดา) จึงมีการใช้กันมากขึ้นในงานอุตสาหกรรม ดังนั้น การทำนายผลการปฏิบัติงานจึงเป็นประเด็นสำคัญ ในทางกลับกัน การประมาณค่าพารามิเตอร์เป็นส่วนที่แยกออกไม่ได้ของการทำนายประสิทธิภาพ ในบทความนี้ ได้นำเสนอวิธีการใหม่ที่อิงตามกระแสการคายประจุของขดลวดสเตเตอร์ ในวิธีการที่เสนอ กระแสการคายประจุทางทฤษฎีและทางปฏิบัติจะถูกนำมาเปรียบเทียบเพื่อคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ ค่าคงที่เวลา และพารามิเตอร์ จากนั้น พารามิเตอร์ที่คำนวณได้ถูกนำมาใช้ในแบบจำลอง dq ของ AFIM สุดท้าย ใช้การวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์ 3-D และการทดสอบทดลองเพื่อตรวจสอบวิธีการที่เสนอ
กรณีออกแบบและวิเคราะห์สองกรณีของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรฟลักซ์ตามแนวแกนที่เริ่มต้นสายการผลิต: พร้อมโรเตอร์แบบแข็งและโรเตอร์แบบคอมโพสิต สำหรับโครงสร้างแบบใหม่ของมอเตอร์นั้น แหวนยกสูงแบบเว้นระยะเดียวที่มีจุดศูนย์กลางสองวงถูกเพิ่มเข้าไปในรัศมีด้านในและด้านนอกของโรเตอร์เพื่อให้สามารถสตาร์ทอัตโนมัติได้ คอมโพสิตโรเตอร์เคลือบด้วยชั้นทองแดงบาง (0.05 มม.) สกัดสมการพื้นฐานสำหรับวงแหวนโรเตอร์ที่เป็นของแข็ง การขาดความสมมาตรของมอเตอร์ทำให้จำเป็นต้องวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์อิลิเมนต์แบบ 3D time-stepping ซึ่งดำเนินการผ่าน Vector Field Opera 14.0 ซึ่งประเมินพารามิเตอร์การออกแบบและคาดการณ์ประสิทธิภาพชั่วคราวของมอเตอร์ ผลลัพธ์ของ FEA แสดงให้เห็นว่าโรเตอร์คอมโพสิตช่วยปรับปรุงทั้งแรงบิดเริ่มต้นและความสามารถในการซิงโครไนซ์เหนือโรเตอร์แบบแข็งอย่างมีนัยสำคัญ
การกระจายสนามแม่เหล็กสำหรับมอเตอร์ DC แบบไม่มีแปรงถ่านแบบแม่เหล็กถาวรแบบสามเฟสที่มีฟลักซ์ร่วมแกนในสเตเตอร์ การคำนวณดำเนินการโดยใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ 3-D (FEM) แรงบิดทางแม่เหล็กไฟฟ้ากำหนดจากเทนเซอร์ความเค้นของ Maxwell สำหรับการเปรียบเทียบ จะมีการวิเคราะห์มิติต่างๆ ของแม่เหล็กถาวร ฐานรอง และช่องว่างอากาศ แสดงให้เห็นแล้วว่าแรงบิดของฟันเฟืองสามารถลดลงได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยความกว้างของแม่เหล็กถาวรที่เหมาะสมและความยาวช่องว่างอากาศ ผลการจำลองสอดคล้องกับข้อมูลการทดลองที่ได้รับจากมอเตอร์ต้นแบบ
มอเตอร์ฮิสเทรีซิสในแนวแกน (AFHM) เป็นมอเตอร์ซิงโครนัสที่สตาร์ทตัวเองได้ซึ่งใช้ลักษณะฮิสเทรีซิสของวัสดุแม่เหล็ก เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าลักษณะทางแม่เหล็กของมอเตอร์ฮิสเทรีซิสอาจได้รับผลกระทบจากช่องว่างอากาศและการเปลี่ยนแปลงขนาดโครงสร้าง ความยาวช่องว่างอากาศมีบทบาทสำคัญในการกระจายฟลักซ์ในวงแหวนฮิสเทรีซิสและส่งผลต่อแรงบิดเอาต์พุต กระแสที่ขั้วปลาย ประสิทธิภาพ และแม้กระทั่งค่าที่เหมาะสมที่สุดของพารามิเตอร์โครงสร้างอื่นๆ ของ AFHM เกี่ยวกับปัญหานี้ ในการศึกษานี้ผลของความแปรผันของช่องว่างอากาศต่อลักษณะการทำงานของมอเตอร์ฮิสเทรีซิสในแนวแกนและผลของความยาวช่องว่างอากาศต่อความหนาของแหวนฮิสเทรีซิสและการหมุนของขดลวดสเตเตอร์ ศึกษาผลของความยาวช่องว่างอากาศต่อแบบจำลองวงจรไฟฟ้า สุดท้าย การจำลอง AFHM เพื่อดึงค่าเอาต์พุตของมอเตอร์และการวิเคราะห์ความไวต่อการแปรผันของช่องว่างอากาศทำได้โดยใช้แบบจำลององค์ประกอบ 3D-Finite ฮิสเทรีซิสลูปเป็นรูปวงรีเอียงถูกนำมาใช้ การศึกษานี้สามารถช่วยนักออกแบบในแนวทางการออกแบบมอเตอร์ดังกล่าวได้
มอเตอร์ฟลักซ์ตามแนวแกนโรเตอร์คู่ราคาประหยัด (DRAFM) พร้อมแกนคอมโพสิตแม่เหล็กอ่อนราคาประหยัด (SMC) และแม่เหล็กถาวรเฟอร์ไรท์ (PM) โทโพโลยีและหลักการทำงานของ DRAFM และข้อควรพิจารณาในการออกแบบเพื่อการใช้วัสดุแม่เหล็กให้เกิดประโยชน์สูงสุด DRAFM 905W 4800rpm ได้รับการออกแบบมาเพื่อแทนที่มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร NdFeB (PMSM) ที่มีราคาสูงในคอมเพรสเซอร์ตู้เย็น โดยใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ พารามิเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าและประสิทธิภาพของ DRAFM ที่ทำงานภายใต้รูปแบบการควบคุมเชิงสนามจะถูกคำนวณ จากการวิเคราะห์ แสดงให้เห็นว่าวัสดุ SMC และเฟอร์ไรท์ PM สามารถเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีต้นทุนต่ำ
งานนี้นำเสนอมอเตอร์ซิงโครนัส Axial Flux Interior PM (AFIPM) ซึ่งเป็นตัวเลือกสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็กในเมือง พารามิเตอร์ของมอเตอร์ส่งผลต่อสมรรถนะของแรงบิดของมอเตอร์โดยการวิเคราะห์เส้นทางของกระแสสเตเตอร์ในระนาบ (id-iq) พารามิเตอร์มอเตอร์ AFIPM ได้รับการออกแบบโดยการวิเคราะห์นี้เพื่อให้ความสามารถกำลังมอเตอร์ตรงกับข้อกำหนดของแรงบิด โดยพิจารณาจากกระแสของอินเวอร์เตอร์และขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง นอกจากนี้ แรงบิดสูงสุดที่จำกัดแรงดันไฟฟ้าต่อวิถีแอมแปร์จะถูกวาดใน (id-iq) เครื่องบิน. แสดงให้เห็นว่าตัวเลือกที่เหมาะสมของพารามิเตอร์มอเตอร์คือการแลกเปลี่ยนระหว่างพารามิเตอร์เพื่อให้ได้ลักษณะการทำงานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการควบคุมที่เหมาะสมที่สุดในช่วงความเร็วที่กว้างและพารามิเตอร์เพื่อให้ได้แรงบิดในการทำงานสูงที่ความเร็วต่ำ สุดท้าย ข้อควรพิจารณาในการออกแบบและผลการจำลองสำหรับ 180V (แรงดันไฟบัส DC), ไดรฟ์มอเตอร์ซิงโครนัส AFIPM 10kW สำหรับยานพาหนะไฟฟ้า
แรงฉุดของรถยนต์ไฟฟ้า (EV) หน่วยพลังงานคือมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) ที่ควบคุมโดยกลยุทธ์การควบคุมรูปทรงสี่เหลี่ยมคางหมู โมเดลของรถยนต์ไฟฟ้า ของมอเตอร์ตามการระบุองค์ประกอบไฟไนต์และไดรฟ์ ใช้งานภายใต้ Matlab/Simulink 7.1 การควบคุมทำได้โดยวงปิดสี่วง วงหนึ่งสำหรับความเร็ว และอีกสามวงสำหรับการควบคุมกระแส ผลของการจำลองแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของการควบคุมรูปทรงสี่เหลี่ยมคางหมูสำหรับระบบฉุดลากไฟฟ้า
มีการอธิบายมอเตอร์เหนี่ยวนำฟลักซ์ตามแนวแกนที่มีทั้งลามิเนตและวัสดุคอมโพสิตแม่เหล็กอ่อน ด้วยการรวมวัสดุทั้งสองนี้ มอเตอร์เหนี่ยวนำฟลักซ์ตามแนวแกนจะได้พื้นที่ปริมาตรที่จำกัด รวมถึงความสูงที่จำกัด และเอาต์พุตแรงบิดที่ราบรื่น รวมถึงการกระเพื่อมที่จำกัด มอเตอร์เหนี่ยวนำฟลักซ์ตามแนวแกนยังมีแท่งโรเตอร์ที่เบ้ แถบเบ้เหล่านี้ทำให้การกระเพื่อมของแรงบิดของมอเตอร์เหนี่ยวนำราบรื่นขึ้น ช่วยเพิ่มการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพของมอเตอร์
การพัฒนา "การแลกเปลี่ยนกำลังน้ำหนัก" ที่ใช้ได้กับรถยนต์สมรรถนะสูงที่จำกัดกำลัง จากนั้นจึงนำทฤษฎีนี้ไปใช้กับกรณีของรถยนต์ไฟฟ้าเพื่อแสดงให้เห็นถึงการแสวงหาการออกแบบมอเตอร์ "ในล้อ" ประโยชน์เฉพาะของรูปทรงฟลักซ์ในแนวแกนจะกล่าวถึงโดยอ้างอิงถึงข้อกำหนดเฉพาะของมอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับการใช้งานในยานยนต์ ขั้นตอนการออกแบบขั้นพื้นฐาน การก่อสร้าง และผลการทดสอบสำหรับมอเตอร์ที่ติดตั้งในล้อขนาด 26 นิ้วเพื่อขับเคลื่อนยานพาหนะที่มีน้ำหนักรวม 260 กก. จะถูกนำเสนอ ที่กำลังขับ 1 กิโลวัตต์ ความเร็วของรถยนต์ที่ทำได้คือ 72 กม./ชม. ซึ่งสอดคล้องกับความเร็วของมอเตอร์/ล้อที่ 578 รอบ/นาที และแรงบิด 16.5 นิวตันเมตร ที่ประสิทธิภาพของมอเตอร์โดยประมาณ 94%
เราได้นำการออกแบบที่เหมาะสมที่สุดสำหรับวัตถุประสงค์หลายวัตถุประสงค์ไปใช้กับมอเตอร์ล้อ dc แบบไม่มีแปรงถ่าน มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบฟลักซ์ตามแนวแกนที่ได้ผลลัพธ์นั้นมีอัตราส่วนแรงบิดต่อน้ำหนักสูงและประสิทธิภาพของมอเตอร์ และเหมาะสำหรับการใช้งานล้อขับเคลื่อนโดยตรง เนื่องจากมอเตอร์แบบล้อดิสก์ถูกสร้างขึ้นในดุมล้อของล้อ จึงไม่จำเป็นต้องมีเฟืองเกียร์หรือเฟืองท้ายทางกล ดังนั้นประสิทธิภาพโดยรวมจึงเพิ่มขึ้นและน้ำหนักลดลง มอเตอร์เฉพาะถูกจำลองในวงจรแม่เหล็กและได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของรูปแบบการปรับให้เหมาะสม โดยอยู่ภายใต้ข้อจำกัด เช่น พื้นที่จำกัด ความหนาแน่นกระแส ความอิ่มตัวของฟลักซ์ และแรงดันไฟในการขับขี่ ในบทความนี้ จะแสดงโครงร่างมอเตอร์สองแบบที่แตกต่างกันของสามและสี่เฟส จากนั้นทำการวิเคราะห์องค์ประกอบแบบจำกัดเพื่อให้ได้คุณลักษณะทางแม่เหล็กไฟฟ้า ความร้อน และโมดอลของมอเตอร์สำหรับการปรับเปลี่ยนและตรวจสอบการออกแบบเบื้องต้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับของต้นแบบได้รับการตรวจสอบสำหรับกลยุทธ์การควบคุมของรูปคลื่นที่ขับอยู่ในปัจจุบัน
คุณสมบัติดั้งเดิม เช่น ความกะทัดรัดและความเบาทำให้เครื่องแม่เหล็กถาวรแบบฟลักซ์ตามแนวแกนแบบ slotless (AFPM) มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับการใช้งานในไดรฟ์มอเตอร์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่อุทิศให้กับการขับเคลื่อนโดยตรงของใบพัดเรือ เอกสารนี้กล่าวถึงลักษณะของ AFPM ที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานในการขับเคลื่อนทางทะเล และประสิทธิภาพของเครื่องจักร เช่น ประสิทธิภาพ น้ำหนัก และความหนาแน่นของแรงบิด จะถูกประเมินเพื่อเปรียบเทียบกับเครื่องจักรซิงโครนัสทั่วไป มีการเสนอการจัดเรียงโมดูลใหม่ของขดลวดสเตเตอร์ของเครื่องจักร และผลการทดลองที่นำมาจากต้นแบบเครื่องจักรขนาดเล็กก็แสดงให้เห็นในที่สุด
ในการขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้า (EV) การใช้มอเตอร์ความเร็วต่ำที่เชื่อมต่อโดยตรงกับเพลาล้อช่วยให้น้ำหนักรถลดลงและปรับปรุงประสิทธิภาพการขับ มอเตอร์ PM แบบไหลตามแนวแกนแบบ Slotless เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานดังกล่าว เนื่องจากสามารถออกแบบให้มีอัตราส่วนแรงบิดต่อน้ำหนักสูงและประสิทธิภาพได้ บทความนี้กล่าวถึงต้นแบบมอเตอร์ PM แบบฟลักซ์แนวแกน 16 ขั้ว ซึ่งใช้ในไดรฟ์ขับเคลื่อนของสกู๊ตเตอร์ไฟฟ้า ต้นแบบมอเตอร์มีแรงบิดสูงสุด 45 นิวตันเมตร น้ำหนักวัสดุแอ็คทีฟ 6.8 กก. และต่อเข้ากับล้อหลังของสกู๊ตเตอร์โดยตรง บทความนี้กล่าวถึงการออกแบบและสร้างมอเตอร์ต้นแบบ และรายงานผลการทดลองที่ได้จากการทดสอบในห้องปฏิบัติการ สุดท้าย รายละเอียดเกี่ยวกับการจัดเรียงของมอเตอร์สกู๊ตเตอร์จะได้รับ
การพัฒนาเครื่องบินไฟฟ้าทั้งหมดจะช่วยให้ยานพาหนะมีประสิทธิภาพ เงียบขึ้น และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น และจะนำไปสู่การลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลก อย่างไรก็ตาม มอเตอร์ไฟฟ้าทั่วไปไม่มีความหนาแน่นของกำลังสูงพอที่จะนำมาพิจารณาในการใช้งานในอากาศ วัสดุตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูง (HTS) จำนวนมาก เช่น เม็ด YBCO มีความสามารถในการดักจับฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งมีลักษณะเป็นแม่เหล็กถาวร ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเม็ด YBCO โดเมนเดียวสามารถดักจับได้ถึง 17 T ที่ 29 K ซึ่งช่วยให้สามารถออกแบบมอเตอร์ที่มีความหนาแน่นกำลังสูงมากซึ่งสามารถใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องบินได้ เราออกแบบมอเตอร์ตัวนำยิ่งยวดตามการกำหนดค่าฟลักซ์ตามแนวแกนและประกอบด้วยเพลต YBCO หกแผ่นที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กโดยขดลวดตัวนำยิ่งยวดที่ด้านนอกของมอเตอร์ เครื่อง homopolar แบบ XNUMX ขั้วใช้เกราะต้านทานช่องว่างอากาศแบบธรรมดา การกำหนดค่า Axial-flux ช่วยให้โรเตอร์และสเตเตอร์หลายตัวสามารถวางซ้อนกันได้ ดังนั้นจึงทำให้สามารถใช้แม่เหล็กถาวรทั่วไปได้หนึ่งหรือหลายอัน
การสร้างต้นแบบแฝดสองชุดของไดรฟ์มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบ slotless axial-flux ที่พัฒนาโดย SIMINOR Ascenseurs และ University of Rome เพื่อใช้งานในระบบลิฟต์แบบขับตรงโดยไม่ต้องใช้ห้องเครื่อง มอเตอร์ขับตรงแบบพูลเลย์แต่ละรุ่นมีพิกัด 5 กิโลวัตต์, 95 รอบ/นาที และมีความสูงของเพลา 380 มม. และความหนาแกนโดยรวมประมาณ 80 มม. การออกแบบเครื่องจักรตามข้อกำหนดที่ไม่ธรรมดาและโซลูชันการผลิตดั้งเดิมที่นำมาใช้สำหรับการจัดวางลิฟต์แบบขับตรงที่เสนอนั้นจะมีการกล่าวถึงในเอกสารฉบับนี้ ซึ่งรวมถึงขนาดชั้นนำและคุณลักษณะของมอเตอร์ต้นแบบ สุดท้าย รายงานผลการทดลองที่นำมาจากเครื่องต้นแบบ
ส่วนประกอบหน่วยกำลังซึ่งมีมอเตอร์ไฟฟ้าฟลักซ์ตามแนวแกนที่ทำมิเรอร์ซึ่งมีแกนหมุนร่วมกัน มอเตอร์ฟลักซ์ในแนวแกนแต่ละตัวรวมถึงโรเตอร์ที่จำหน่ายบนเพลาโรเตอร์และอย่างน้อยหนึ่งสเตเตอร์ที่จำหน่ายในความสัมพันธ์เชิงปฏิบัติการกับโรเตอร์ดังกล่าว แผ่นปิดปลายทั่วไปจะถูกจัดวางระหว่างคู่ของมอเตอร์ไฟฟ้าฟลักซ์แนวแกนแต่ละคู่เพื่อให้มีโครงสร้างการติดตั้งทั่วไป ในขณะที่ดุมล้อเอาท์พุตถูกประกอบเข้ากับเพลาโรเตอร์แต่ละคู่ของมอเตอร์ไฟฟ้าฟลักซ์ตามแนวแกนที่ทำมิเรอร์ มอเตอร์ไฟฟ้าฟลักซ์ตามแนวแกนที่ทำมิเรอร์แต่ละคู่ได้รับการกำหนดค่าแบบใช้งานได้เพื่อให้ความเร็วและแรงบิดที่เป็นอิสระต่อกันไปยังฮับเอาท์พุตที่เกี่ยวข้องแต่ละอัน
คุณสมบัติดั้งเดิม เช่น ความกะทัดรัดและความเบาทำให้เครื่องแม่เหล็กถาวรแบบฟลักซ์ตามแนวแกนแบบ slotless (AFPM) มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับการใช้งานในไดรฟ์มอเตอร์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่อุทิศให้กับการขับเคลื่อนโดยตรงของใบพัดเรือ บทความนี้กล่าวถึงคุณลักษณะของ AFPM ที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานระบบขับเคลื่อนทางทะเล มีการเสนอการจัดเรียงแบบโมดูลของขดลวดสเตเตอร์ของเครื่องจักรและได้ผลลัพธ์การทดลองจากต้นแบบเครื่องจักรขนาดเล็กในที่สุด
การวิเคราะห์และการทดลองมอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงถ่านแบบฟลักซ์ตามแนวแกน (AFPM) แบบไม่มีแปรงถ่าน (BLDC) ที่มีแรงบิดฟันเฟืองที่น้อยที่สุด เมื่อเร็วๆ นี้ การออกแบบที่เหมาะสมที่สุดหลายอย่างสำหรับมอเตอร์ AFPM ได้ทำโดยการวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์ (FE) แต่การวิเคราะห์ดังกล่าวมักใช้เวลานาน ในการศึกษานี้ สมการของเส้นฟลักซ์แม่เหล็กที่มีอยู่ระหว่าง PMs และแกนกลางจะถูกสันนิษฐานทางคณิตศาสตร์ และแรงบิดฟันเฟืองขั้นต่ำจะถูกคำนวณในทางทฤษฎีและทางเรขาคณิตโดยไม่มีการวิเคราะห์ FE รูปแบบของสมการจะถือว่าเป็นพหุนามอันดับสองในบทความนี้ มุมเอียงที่ทำให้แรงบิดของฟันเฟืองลดลงนั้นคำนวณตามหลักวิชา และค่าของแรงบิดฟันเฟืองขั้นต่ำจะได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์และการทดลองของ FE ในการวิเคราะห์เชิงทฤษฎี แรงบิดสูงสุดของมอเตอร์ AFPM ที่เสนอจะมีค่าน้อยที่สุดโดยประมาณที่มุมเอียง 4 และค่านั้นใกล้เคียงกับของการวิเคราะห์และการทดลอง FE เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์ที่ไม่เอียง แรงบิดฟันเฟืองของมอเตอร์เบ้สามารถลดลงได้
การออกแบบที่เหมาะสมที่สุดแบบหลายวัตถุประสงค์ของมอเตอร์ล้อฟลักซ์ตามแนวแกนแบบไม่มีแปรงถ่าน dc และรูปคลื่นกระแสไฟที่เหมาะสมได้นำเสนอในบทความนี้ มอเตอร์เฉพาะนี้สร้างแบบจำลองในวงจรแม่เหล็ก และได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของรูปแบบการปรับให้เหมาะสม โดยอยู่ภายใต้ข้อจำกัด เช่น พื้นที่จำกัด ความหนาแน่นกระแส ความอิ่มตัวของฟลักซ์ และแรงดันไฟในการขับขี่ จากนั้นจึงดำเนินการปรับให้เหมาะสมที่เน้นแรงบิดเพื่อให้ได้รูปคลื่นกระแสไฟที่เหมาะสมที่สุดภายใต้ข้อจำกัดต่างๆ สำหรับโครงสร้างขดลวดอิสระ รูปคลื่นที่เหมาะสมที่สุดที่มีแรงบิดสูงสุดและการสูญเสียโอห์มมิกแบบจำกัดนั้นพบว่าเป็นสัดส่วนกับการแปรผันของฟลักซ์แม่เหล็กในช่องว่างอากาศระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ ซึ่งได้รับการยืนยันแล้วว่ามีรูปร่างเหมือนกัน
มีเทคนิคมากมายในการลดแรงบิดฟันเฟืองของเครื่อง PM แบบเรเดียลฟลักซ์ แม้ว่าเทคนิคบางอย่างเหล่านี้สามารถนำไปใช้กับเครื่องฟลักซ์ตามแนวแกนได้ แต่ต้นทุนการผลิตก็สูงเป็นพิเศษเนื่องจากโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของสเตเตอร์เครื่องฟลักซ์ตามแนวแกน ดังนั้น เทคนิคต้นทุนต่ำแบบใหม่จึงเหมาะสำหรับใช้กับเครื่อง PM แบบฟลักซ์ตามแนวแกน บทความนี้จะแนะนำเทคนิคการลดแรงบิดของฟันเฟืองแบบใหม่สำหรับมอเตอร์ PM แม่เหล็กพื้นผิวโรเตอร์หลายโรเตอร์ฟลักซ์แนวแกน ประการแรก บทความนี้มีการสำรวจหลักการพื้นฐานของเทคนิคใหม่ เครื่องจักรประเภทดิสก์แม่เหล็กพื้นผิวฟลักซ์แนวแกน 3 ขั้วขนาด 8-kW พร้อมสเตเตอร์คู่แบบโรเตอร์เดี่ยวได้รับการออกแบบและปรับให้เหมาะสมเพื่อใช้วิธีการใหม่ที่เสนอ การปรับให้เหมาะสมของส่วนโค้งของขั้วแม่เหล็กที่อยู่ติดกันซึ่งส่งผลให้เกิดแรงบิดฟันเฟืองขั้นต่ำรวมถึงการประเมินผลกระทบต่อแรงบิดสูงสุดที่มีโดยใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์ 3 มิติ (FEA) แรงบิดฟันเฟืองที่น้อยที่สุดจะถูกนำไปเปรียบเทียบกับข้อมูลเครื่องจักรจริงที่มีอยู่หลายรายการ และมีการสรุปผลที่สำคัญบางประการ
การลดแรงบิดฟันเฟืองให้น้อยที่สุดในการออกแบบมอเตอร์แม่เหล็กถาวรฟลักซ์ตามแนวแกน (AFPM) เป็นหนึ่งในประเด็นหลักที่ต้องพิจารณาในระหว่างกระบวนการออกแบบ เอกสารนี้นำเสนอเทคนิคการเอียงแม่เหล็กที่คุ้มค่าหลายอย่างเพื่อลดส่วนประกอบแรงบิดฟันเฟืองในมอเตอร์ AFPM แบบโรเตอร์คู่ วิธีการลดแรงบิดฟันเฟืองด้านโรเตอร์จะได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียดโดยเน้นที่วิธีการเบ้แม่เหล็กเป็นหลัก และเสนอเทคนิคการเบ้แบบทางเลือกที่คุ้มค่าหลายแบบ มีการเปรียบเทียบโดยละเอียดของวิธีการเอียงแม่เหล็ก มอเตอร์ AFPM ต้นแบบที่มีโครงสร้างโรเตอร์ต่างกันถูกสร้างขึ้นจากการวิเคราะห์ การวิเคราะห์จะได้รับการตรวจสอบด้วยผลการทดลอง และศึกษาอิทธิพลของส่วนประกอบแรงบิดฟันเฟืองต่อคุณภาพแรงบิดของมอเตอร์ AFPM ผลการทดลองยืนยันว่าวิธีการเอียงแม่เหล็กที่เสนอสามารถลดส่วนประกอบฟันเฟืองได้อย่างมาก เมื่อเทียบกับมอเตอร์ AFPM อ้างอิงที่มีแม่เหล็กไม่บิดเบี้ยว และช่วยปรับปรุงคุณภาพแรงบิดของมอเตอร์ดิสก์
วิธีการวัดและการระบุที่แตกต่างกันนำไปใช้กับเครื่องซิงโครนัสแบบแม่เหล็กถาวร (PM) ที่ไม่ธรรมดา กล่าวคือ มอเตอร์ซิงโครนัส PM แบบฟลักซ์ในแนวแกนแบบใหม่ (AFIPM) รูปทรงที่ไม่ธรรมดาของมอเตอร์ AFIPM จำเป็นต้องมีการอภิปรายเฉพาะในเรื่องการระบุพารามิเตอร์ ในบทความนี้ จะนำเสนอการทดสอบการตอบสนองต่อความถี่ในการหยุดนิ่งและการทดสอบการตอบสนองต่อเวลาหยุดนิ่งบนต้นแบบ AFIPM บนพื้นฐานของการทดสอบเหล่านี้ พารามิเตอร์วงจร d- และ q-axes จะถูกเลือก เพื่อยืนยันความถูกต้องของการทดสอบการหยุดนิ่ง ได้ทำการทดสอบโหลดด้วย นอกจากนี้ การทดสอบโหลดยังให้ผลลัพธ์ประสิทธิภาพของเครื่อง AFIPM เบื้องต้นและข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์ความอิ่มตัว พารามิเตอร์วงจรสมมูลของแกน d และ q ที่ได้จากการวัดที่ดำเนินการจะถูกวิเคราะห์และเปรียบเทียบ สุดท้าย เลือกรุ่นเครื่อง AFIPM ที่เหมาะสมที่สุด
มีการนำเสนอมอเตอร์ซิงโครนัส PM (AFIPM) ภายในแกนฟลักซ์ภายในแบบใหม่สำหรับการใช้งานมอเตอร์ล้อ เนื่องจากโครงสร้างโรเตอร์แบบแอนไอโซทรอปิกแบบใหม่ มอเตอร์ AFIPM จึงสามารถจ่ายพลังงานได้คงที่ด้วยการทำงานที่ทำให้ฟลักซ์อ่อนลง โครงสร้างโรเตอร์สามารถทำได้โดยใช้วัสดุแม่เหล็กอ่อนที่เป็นผงเท่านั้น ขั้นตอนการออกแบบที่เสนอใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEM) นอกเหนือจากกฎการออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิก มีการนำเสนอข้อมูลการออกแบบที่สมบูรณ์ของต้นแบบที่อยู่ระหว่างการศึกษาและอธิบายขั้นตอนการผลิตของต้นแบบด้วย ค่าที่คำนวณได้ของพารามิเตอร์เครื่องจักรจะถูกนำไปเปรียบเทียบกับค่าที่กำหนดบนพื้นฐานของการวัดในการทดลอง ในที่สุด คุณสมบัติของมอเตอร์ต้นแบบจะถูกกำหนดและนำเสนอ
เนื่องจากเทคโนโลยีเครื่องบินกำลังเคลื่อนไปสู่สถาปัตยกรรมไฟฟ้ามากขึ้น การใช้มอเตอร์ไฟฟ้าในเครื่องบินก็เพิ่มมากขึ้น มอเตอร์ BLDC แบบแกนฟลักซ์ (มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน) กำลังเป็นที่นิยมในการใช้งานทางอากาศ เนื่องจากสามารถตอบสนองความต้องการของน้ำหนักเบา ความหนาแน่นของพลังงานสูง ประสิทธิภาพสูง และความน่าเชื่อถือสูง โดยทั่วไปแล้วมอเตอร์ BLDC แนวแกนฟลักซ์และมอเตอร์ BLDC แนวแกนไร้เหล็กจะมีความเหนี่ยวนำที่ต่ำมาก ด้วยเหตุนี้ จึงต้องการการดูแลเป็นพิเศษเพื่อจำกัดขนาดของกระแสกระเพื่อมในการพันของมอเตอร์ ในการใช้งานเครื่องบินไฟฟ้ารุ่นใหม่ๆ ส่วนใหญ่ มอเตอร์ BLDC จำเป็นต้องขับเคลื่อนจากบัส 300 หรือ 600 Vdc ในกรณีดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการทำงานจากบัส 600 Vdc อินเวอร์เตอร์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เกทแบบหุ้มฉนวน (IGBT) จะถูกใช้สำหรับมอเตอร์ไดรฟ์ BLDC อินเวอร์เตอร์ที่ใช้ IGBT มีข้อจำกัดในการเพิ่มความถี่สวิตชิ่ง ดังนั้นจึงไม่เหมาะสำหรับการขับมอเตอร์ BLDC ที่มีความเหนี่ยวนำของขดลวดต่ำ ในการศึกษานี้ ขอเสนออินเวอร์เตอร์แบบยึดจุดเป็นกลาง (NPC) สามระดับเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ BLDC แบบฟลักซ์ตามแนวแกน
การลดขนาดได้กลายเป็นส่วนสำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของการออกแบบมอเตอร์ เอกสารนี้นำเสนอมอเตอร์แกนหมุนแกนฟลักซ์ขนาดเล็กที่มีขดลวดแผงวงจรพิมพ์สี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน (PCB) การออกแบบโครงสร้างทางกลมีจุดมุ่งหมายเพื่อขจัดพื้นที่ที่ไม่จำเป็น ก่อนสร้างต้นแบบ รูปทรงของมอเตอร์คำนวณโดยใช้แบบจำลองเชิงวิเคราะห์โดยประมาณ ซึ่งช่วยให้ขั้นตอนการออกแบบเร็วขึ้น ขดลวด PCB ที่ยืดหยุ่นได้แสดงถึงแหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าบางเฉียบที่ขดลวดถูกพันเป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน เพื่อลดความยาวของการม้วนปลายและลดการสูญเสียทองแดง ขั้นตอนการออกแบบยังรวมการวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดสำหรับการประเมินประสิทธิภาพและการปรับแต่งเพิ่มเติม มอเตอร์ที่เสนอคือการสร้างต้นแบบ และพบข้อตกลงที่ยอดเยี่ยมระหว่างการจำลองและการวัด
รูปคลื่นกระแสไฟที่เหมาะสมที่สุดสำหรับมอเตอร์ล้อฟลักซ์แนวแกนแบบดิสก์ มอเตอร์ล้อเฉพาะแบบสี่เฟสได้รับการออกแบบและติดตั้งโดยตรงในล้อของรถยนต์ไฟฟ้าโดยไม่มีส่วนต่างทางกลและเฟืองทด เราทำการปรับให้เหมาะสมที่เน้นแรงบิดเพื่อให้ได้รูปคลื่นกระแสที่เหมาะสมที่สุดภายใต้ข้อจำกัดต่างๆ สำหรับโครงสร้างขดลวดอิสระ เราพบว่ารูปคลื่นที่เหมาะสมที่สุดที่มีแรงบิดสูงสุดและการสูญเสียโอห์มมิกแบบจำกัดนั้นเป็นสัดส่วนกับการแปรผันของฟลักซ์แม่เหล็กในช่องว่างอากาศระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ และมีรูปร่างเหมือนกันกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ (EMF) การค้นพบนี้ได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์ทั้งเชิงทฤษฎีและเชิงตัวเลข ตามที่คาดไว้ รูปคลื่นควบคุมปัจจุบันของ back-EMF ที่สกัดโดยการทดลองทำให้ประสิทธิภาพดีที่สุดในแง่ของแรงบิดสูงสุดและประสิทธิภาพของมอเตอร์
