این مقاله طراحی‌های روتور تغییریافته برای موتورهای DC بدون جاروبک V و Flat شکل جهت کاهش ریپل گشتاور را ارائه می‌کند. برای درک عمیق ویژگی‌های طراحی، مشخصات تولید گشتاور در ابتدای مقاله تشریح شده است. با بررسی و مقایسۀ پارامترهای عملکردی شامل گشتاور کاگینگ، چگالی شار فاصلۀ هوایی، نیروی ضدمحرکه و گشتاور متوسط، این مقاله توضیح می‌دهد که چگونه ریپل گشتاور از شکل‌دهی فاصلۀ هوایی و ایجاد موانع خاص در مسیر مغناطیسی روتور متأثر بوده و کاهش می‌یابد. در ابتدا موتورهای DC بدون جاروبک V شکل مرسوم مورد بررسی قرار می‌گیرند. آنالیز حساسیت برای شکل‌دهی و ایجاد موانع در ساختار روتور به کار گرفته می‌شود. سپس، تمام نتایج برای هر دو مدل V شکل مرسوم و پیشنهادی مورد مقایسه قرار می‌گیرند. متعاقب آن، ریپل گشتاور بدون اثرگذاری روی سایر پارامترهای عملکردی به‌طور مؤثر کاهش می‌یابد. در ادامۀ کار، موتور DC بدون جاروبک Flat شکل مورد بررسی قرار می‌گیرد. با انجام آنالیز حساسیت، فاصلۀ هوایی شکل‌دهی شده و موانع ایجاد می‌شوند. مشابه با طراحی V شکل، طراحی Flat شکل پیشنهادی به‌طور مؤثر ریپل گشتاور را در مقایسه با طراحی مرسوم کم می‌کند. نتایج با استفاده از آنالیز المان محدود استخراج شده و اثربخشی طراحی‌های پیشنهادی در هر دو موتور DC بدون جاروبک V و Flat شکل را تأیید می‌کنند.
[1] Vagati, A., Pellegrino, G., Guglielmi, P., "Comparison between SPM and IPM motor drives for EV application", The XIX International Conference on Electrical Machines - ICEM 2010, Rome, Italy, 2010, pp. 1-6, doi:10.1109/ICELMACH.2010.5607911.
[2] Sumega, M., Zossak, S., Varecha, P., Rafajdus, P., "Sources of torque ripple and their influence in BLDC motor drives", Transportation Research Procedia, the 13th International Scientific Conference on Sustainable, Modern and Safe Transport, 2019, pp. 519-526, doi:10.1016/j.trpro.2019.07.075.
[3] Krishnan, R., "Permanent magnet synchronous and brushless DC motor drives", Blacksburg, Virginia, USA: Taylor & Francis Group, 2010, doi:10.1201/9781420014235.
[4] Yoon K., Kwon, B., "Optimal Design of a New Interior Permanent Magnet Motor Using a Flared-Shape Arrangement of Ferrite Magnets", IEEE Trans. Magn., Vol. 52, pp. 1-4, Jul. 2016, doi:10.1109/TMAG.2016.2524505.
[5] Tudorache, T., Trifu, I., "Permanent-magnet synchronous machine cogging torque reduction using a hybrid model", IEEE Trans. Magn., Vol. 48, pp. 2627–2632, Oct. 2012, doi:10.1109/TMAG.2012.2198485.
[6] Ren, W., Xu, Q., Li, Q., "Reduction of cogging torque and torque ripple in interior PM machines with asymmetrical V-type rotor design", IEEE Trans. Magn., Vol. 52, pp. 1-5, Jul. 2016, doi:10.1109/TMAG.2016.2530840.
[7] Kang, G., Son, Y., Kim, G., Hur, J., "A novel cogging torque reduction method for interior-type permanent-magnet motor", IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 45, pp. 119-125, Jan/Feb. 2009, doi:10.1109/TIA.2008.2009662.
[8] Mousavi-Aghdam, S. R., Kholousi, A., "Design and analysis of a new topology of rotor magnets in brushless DC motors to reduce cogging torque", International Journal of Industrial Electronics Control and Optimization, Vol. 4, pp. 77-86, Jan. 2021, doi:10.22111/ieco.2020.34565.1282.
[9] Fei, W., Zhu, Z. Q., "Comparison of cogging torque reduction in permanent magnet brushless machines by conventional and herringbone skewing techniques", IEEE Trans. Energy Convers., Vol. 28, pp. 664-674, Sep. 2013, doi:10.1109/TEC.2013.2270871.
[10] Zhao, W., Lipo, T.A., Kwon, B., "Torque pulsation minimization in spoke-type interior permanent magnet motors with skewing and sinusoidal permanent magnet configurations", IEEE Trans. Magn., Vol. 51, pp.1-4, Nov. 2015, doi:10.1109/TMAG.2015.2442977.
[11] Chen, N., Ho, S. L., Fu, W. N., "Optimization of permanent magnet surface shapes of electric motors for minimization of cogging torque using FEM", IEEE Trans. Magn., Vol. 46, pp. 2478–2481, Jun. 2010, doi:10.1109/TMAG.2010.2044764.
[12] Zhou, M., Zhang, X., Zhao, W., Ji, J., Hu, J., "Influence of magnet shape on the cogging torque of a surface-mounted permanent magnet motor", Chinese Journal of Electrical Engineering, Vol. 5, pp. 40-50, Dec. 2019, doi:10.23919/CJEE.2019.000026.
[13] Allan G. de Castro, et al., "Improved finite control-set model-based direct power control of BLDC motor with reduced torque ripple", IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 54, pp. 4476–4484, Sep./Oct. 2018, doi:10.1109/TIA.2018.2835394.
[14] Xia, K., Ye, Y., Ni, J., Wang, Y., Xu, P., "Model predictive control method of torque ripple reduction for BLDC motor", IEEE Trans. Magn. , Vol. 56, pp. 1-6, Jan. 2020, doi:10.1109/TMAG.2019.2950953.
[15] Castro, A. G.,et al., "Finite control-set predictive power control of BLDC drive for torque ripple reduction", IEEE Latin America Transactions, Vol. 16, pp. 1128-1135, Apr. 2018, doi:10.1109/TLA.2018.8362147.
[16] Shi, T., Cao, Y., Jiang, G., Li, X., Xia, C., "A torque control strategy for torque ripple reduction of brushless DC motor with non-ideal back electromotive force", IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 64, pp. 4423-4433, Jun. 2017, doi:10.1109/TIE.2017.2674587.
[17] Lee, J. H. , Kim, D. H. , Park, I. H., "Minimization of higher back-EMF harmonics in permanent magnet motor using shape design sensitivity with B-spline parameterization", IEEE Trans. Magn., Vol. 39, pp. 1269-1272, May. 2003, doi:10.1109/TMAG.2003.810162.
[18] Liu, T., Zhao, W., Ji, J., Zhu, Sh., Cao, D., "Effects of eccentric magnet on high-frequency vibroacoustic performance in integral-slot SPM machines", IEEE Trans. Energy Convers., Vol. 36, pp. 2393-2403, Sept. 2021, doi:10.1109/TEC.2021.3060752.
[19] Kim, H., Kim, Y.J., Jung, S.Y., "Torque ripple and back EMF harmonic reduction of IPMSM with asymmetrical stator design", in Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2017 20th International Conference on. IEEE. 2017, pp. 1-4, doi:10.1109/ICEMS.2017.8056477.
[20] Hua, W., Zhu, X., Wu, Z., "Influence of coil pitch and stator-slot/rotor-pole combination on back EMF harmonics in flux-reversal permanent magnet machines", IEEE Trans. Energy Convers., Vol. 33, pp. 1330–1341, Sep. 2018, doi:10.1109/TEC.2018.2795000.
[21] Li, F., Wang, K., Li, J., Zhang, H. J., "Suppression of even-order harmonics and torque ripple in outer rotor consequent-pole PM machine by multilayer winding", IEEE Trans. Magn., Vol. 54, pp. 1-5, Jun. 2018, doi:10.1109/TMAG.2018.2839740.
[22] Seo, U. J., Chun, Y.D., Choi, J.H., Han, P.W., Koo, D. H., Lee, J., "A technique of torque ripple reduction in interior permanent magnet synchronous motor", IEEE Trans. Magn., Vol. 47, pp. 3240-3243, Oct. 2011, doi:10.1109/TMAG.2011.2150742.
[23] Kim, K. Ch., Koo, D. H., Hong, J. P., Lee, J., "A Study on the Characteristics Due to Pole-Arc to Pole-Pitch Ratio and Saliency to Improve Torque Performance of IPMSM", IEEE Trans. Magn., Vol. 43, pp. 2516-2518, Jun. 2007, doi:10.1109/TMAG.2007.893524.
[24] Lee, S., Kim, Y. J., Jung, S. Y., "Numerical investigation on torque harmonics reduction of interior PM synchronous motor with concentrated winding", IEEE Trans. Magn., Vol. 48, pp. 927-930, Feb. 2012, doi:10.1109/TMAG.2011.2174346.
[25] Wang, K., Zhu, Z. Q., Ombach, G., "Torque improvement of five-phase surface-mounted permanent magnet machine using third-order harmonic", IEEE Trans. Energy Convers., Vol. 29, pp. 735-747 , Sep. 2014, doi:10.1109/TEC.2014.2326521.
[26] Jung, Y. H., Lim, M. S., Yoon, M. H., Jeong, J. S., Hong, J. P., "Torque ripple reduction of IPMSM applying asymmetric rotor shape under certain load condition", IEEE Trans. Energy Convers., Vol. 33, pp. 333–340, Mar. 2018, doi:10.1109/TEC.2017.2752753.
[27] Chen, W., Ma, J., Wu, G., Fang, Y., "Torque ripple reduction of a salient-pole permanent magnet synchronous machine with an advanced step-skewed rotor design", IEEE Access, Vol. 8, pp. 118989–118999, Jun 2020, doi:10.1109/ACCESS.2020.3005762.
[28] Song, Ch. H., Kim, D. H., Kim, K. Ch., "Design of a novel IPMSM bridge for torque ripple reduction", IEEE Trans. Magn., Vol. 57, pp. 1-4, Feb. 2021, doi:10.1109/TMAG.2020.3016985.
[29] Hu, Y., Zhu, S., Xu, L., Jiang, B., "Reduction of torque ripple and rotor eddy current losses by closed slots design in a high-speed PMSM for EHA applications", IEEE Trans. Magn., Vol. 58, pp. 1-6, Feb. 2022, doi:10.1109/TMAG.2021.3083664.
[30] Zhu, Sh., Hu, Y., Liu, Ch., Jiang, B., "Shaping of the air gap in a V-typed IPMSM for compressed-air system applications", IEEE Trans. Magn., Vol. 57, pp. 1-5, Feb. 2021, doi:10.1109/TMAG.2020.3034152.
[31] Abdos, A. A., Moazzen M. E., Gholamian S. A., Hosseini, S. M., "Design Optimization, Voltage Quality, and Torque Ripple Improvement of an Outer Rotor Permanent Magnet Generator for Direct-Drive Wind Turbines Application", Energy: Engineering & Management; Vol. 12, pp. 1-3, 2022, doi: 22052/12.3.52.
[32] Hanselman, D. C., "Brushless permanent magnet motor design", 2nd ed. Cranston, RI, USA: The Writers’ Collective, 2003.
موسوی اقدم, سیدرضا, & خلوصی, امین. (1401). طراحی‌های روتور بهبودیافته برای موتورهای DC بدون جاروبک V و Flat شکل با هدف کاهش ریپل گشتاور. مهندسی و مدیریت انرژی, 12(4), 54-67. doi: 10.22052/jeem.2023.113685
MLA
سیدرضا موسوی اقدم; امین خلوصی. "طراحی‌های روتور بهبودیافته برای موتورهای DC بدون جاروبک V و Flat شکل با هدف کاهش ریپل گشتاور", مهندسی و مدیریت انرژی, 12, 4, 1401, 54-67. doi: 10.22052/jeem.2023.113685
HARVARD
موسوی اقدم, سیدرضا, خلوصی, امین. (1401). 'طراحی‌های روتور بهبودیافته برای موتورهای DC بدون جاروبک V و Flat شکل با هدف کاهش ریپل گشتاور', مهندسی و مدیریت انرژی, 12(4), pp. 54-67. doi: 10.22052/jeem.2023.113685
VANCOUVER
موسوی اقدم, سیدرضا, خلوصی, امین. طراحی‌های روتور بهبودیافته برای موتورهای DC بدون جاروبک V و Flat شکل با هدف کاهش ریپل گشتاور. مهندسی و مدیریت انرژی, 1401; 12(4): 54-67. doi: 10.22052/jeem.2023.113685
)