Analysis of magnetic field and torque in a 3-D structure of the torus brushless DC motor

• Autorzy: Wróbel R. , Łukaniszyn M. , Mendrela E. A.

Warianty tytułu

PL

Trójwymiarowa analiza pola magnetycznego i momentu bezszczotkowego silnika tarczowego prądu stałego typu torus

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A magnetic flux density distribution calculated in the 3-D structure of a disc-type, double-sided, permanent magnet, brushless motor with toroidal stator core and slotless winding is presented. The electromagnetic torque developed by the motor is determined by means of Maxwell's stress tensor. The computed results for the torque and back EMF are compared with the ones obtained from the test carried out on the motor. Additional results of calculations done for the motor with the teethed stator, whose teeth are of different size and made of a different material are presented and discussed as to how they influence the motor performance.

PL

W pracy przedstawiono trójwymiarowe obliczenia polowe bezszczotkowego silnika tarczowego prądu stałego z magnesami trwałymi. Rdzeń stojana jest dwutwornikowy, gładki, w kształcie toroidu. Moment elektromagnetyczny wytwarzany przez silnik wyznaczony z tensora naprężeń Maxwella. Wyniki obliczeń momentu elektromagnetycznego oraz siły elektromotorycznej rotacji zweryfikowano pomiarowo na modelu fizycznym silnika. Dodatkowo przeprowadzono analizę wpływu zmiany konstrukcji stojana silnika (wprowadzono różnego rozmiaru zęby stalowe oraz zęby z materiału kompozytowego) na moment elektromagnetyczny uzyskiwany przez badaną maszynę elektryczną. Zaproponowane rozwiązania pozwalają na zwiększenie wartości średniej momentu elektromagnetycznego.

• Wydawca: Polish Academy of Sciences, Committee on Electrical Engineering
• Czasopismo: Archives of Electrical Engineering
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 50, nr 1
• Strony: 21--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Wróbel R.

• Department of Electrical Engineering and Automatic Control, Technical University of Opole

autor

Łukaniszyn M.

• Department of Electrical Engineering and Automatic Control, Technical University of Opole

autor

Mendrela E. A.

• Department of Electrical Engineering and Automatic Control, Technical University of Opole

Bibliografia

• 1. Binns K.J., Lawrenson P.J., Trowbridge C.W., The Analytical and Numerical Solution of Electric and Magnetic Fields. John Wiley & Sons, Chichester, New York 1992.
• 2. Caricchi F., Crescimbini F., Di Napoli A., Santini E.: Optimum CAD-CAE design of axial flux permanent magnets motors. ICEM'92, Conference Proceedings, vol. 2, Manchester, United Kingdom 1992, pp. 637-641.
• 3. Caricchi F., Crescimbini F., Fedeli E., Noia G.: Design and construction of a wheeldirectly-coupled axial-flux PM motor prototype for Evs. IEEE Trans. on Ind. Appl., vol. 1, Denver 1994, pp. 254-260.
• 4. D'Angelo J., Chari M.V., Campbell P.: Three - dimensional finite element solution for a permanent magnet axial-field machine. IEEE Trans. PAS, vol. 102, no. 1, 1983, pp. 83-89.
• 5. Gordon P., Spooner E.: Segmental Construction of Large Modular Permanent - Magnet Machines. ICEM'98, Conference Proceedings, Istanbul, Turkey, 1998, pp. 1271-1276.
• 6. Hamdi E.S .: Design of a small electrical machines. John Wiley & Sons, Chichester 1994.
• 7. Kenjo T., Nagamori S.: Permanent-Magnet and Brushless DC Motors. Claredon Press, Oxford 1985.
• 8. Łukaniszyn M., Wróbel R.: A study on the influence of permanent magnet dimension and stator core structures on the torque of the disc-type brushless DC motor. Electrical Engineering, vol. 82, no. 3-4, 2000, pp. 163-171.
• 9. Nakata T., Takahashi N., Uehara K.: Analysis of magnetic characteristics of brushless DC motor taking into account the distribution of magnetization. IEEE Trans. Magn., vol. 22, no. 5; 1986, pp. 1084-1086.
• 10. Nasar S.A.: Determination of the field of a permanent - magnet disc machine using the concept of magnetic charge. IEEE Trans. Magn., vol. 24, no. 3, 1988, pp. 2038-2044.
• 11. OPERA User Guide, Vector Fields Limited, Oxford, United Kingdom 1992 and 1994.
• 12. Rabinovici R.: Magnetic Field Analysis of Permanent Magnet Motors. IEEE Trans. Magn., vol. 32, 1996, pp. 265-269.
• 13. Spooner E., Chalmers B.J.: Toroidally-Wound, Slotless, Axial-Flux, Permanent Magnet, Brushles DC Motors. ICEM'88, Conference Proceedings, Pisa, Italy 1988, pp. 81-86.
• 14. Wiak S., Welfle H., Komeza K., Mendrela E.: Electromagnetic Field Analysis of 3D structure of Disc type induction motor. ICEM'98, Conference Proceedings, Istanbul, Turkey, 1998, pp. 735-739.
• 15. Wrobel R.. Łukaniszyn M., Mendrela E.: Influence of the stator core structure of torus brushless d.c. motor on magnetic field and torque calculated in 3-D space. 12th Conference on the Computation of Electromagnetic Fields, COMPUMAG'99, vol. 1, Sapporo, Japan, 1999, pp. 94-95.
• 16. Zhang Z., Profumo F., Tenconi A.: Wheels axial flux machines for electric vehicle applications. ICEM'94, Conference Proceedings, vol. 2, Paris, France, 1994, pp. 7-11.
• 17. Zhilichev Y.N.: Calculation of 3D magnetic Field of Disc - Type Micromotors by Integral Transformation Method. IEEE Trans. Magn., vol. 32, 1996, pp. 248-253.