Analysis of a BLDC motor with fractional slot winding

• Autorzy: Łukaniszyn M. , Młot A.

Warianty tytułu

PL

Analiza silnika BLDC z uzwojeniem ułamkowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a three-dimensional analysis of the magnetic field distribution for a three-phase, surface-mounted permanent-magnet, brushless DC motor with integral and fractional slot windings. Calculations are carried out using the 3-D finite element method (FEM). The electromagnetic torque is determined from the co-energy method. It is shown that the ripple-cogging torque can be effectively reduced by an application of the fractional slot-winding. The simulation results are in good agreement with experimental data obtained from the prototype motors.

PL

W pracy przedstawiono analizę momentu elektromagnetycznego i zaczepowego w silniku bezszczotkowym prądu stałego z magnesami trwałymi (BLDC). Dokonano porównania dwóch prototypów silników z uzwojeniem całkowitym i uzwojeniem ułamkowym (rys. 1). Zastosowanie uzwojenia o ułamkowej liczbie żłobków na biegun i fazę q umożliwia redukcję amplitudy momentu zaczepowego bez konieczności stosowania jakiegokolwiek skosu w obwodzie magnetycznym silnika. Na rysunku 2 pokazano przekroje poprzeczne badanych silników z zaznaczonymi pasmami uzwojenia trójpasmowego. Schemat uzwojenia całkowitego i uzwojenie ułamkowego zamieszczono na rysunku 3. Podstawowe dane konstrukcyjne dotyczącego uzwojenia oraz konstrukcji silnika ujęto w tab. 1. Obliczenia polowe przeprowadzono na modelach trój i dwu wymiarowych bazujących na metodzie elementów skończonych. Na rysunku 4 przedstawiono model numeryczny silnika oraz siatkę dyskretyzacyjną przyjętą w obliczeniach. Rozkłady indukcji magnetycznej w przekrojach silników z uzwojeniem całkowitym oraz uzwojeniem ułamkowym pokazano na rys. 5. Obliczenia momentu elektromagnetycznego wykonano za pomocą metody pracy wirtualnej według zależności (1). Wyniki obliczeń momentu elektromagnetycznego, momentu zaczepowego (rys. 6), siły elektromotorycznej indukowanej w poszczególnych pasmach (rys. 9), indukcji magnetycznej w szczelinie maszyny (rys. 7) oraz strumieni skojarzonych (rys. 8) zweryfikowano częściowo pomiarami na prototypach maszyn. W tabeli 2 zestawiono wyniki obliczeń momentów elektromagnetycznego i zaczepowego. W celu określenia pulsacji momentu elektromagnetycznego, ujęto w tabeli również współczynnik pulsacji, przyjęty za Nakatą według wzoru (2). Przedstawiona analiza i obliczenia potwierdzają możliwości minimalizacji momentu zaczepowego w silnikach z uzwojeniami ułamkowymi.

Słowa kluczowe

EN

brushless DC motors; fractional slot winding; FEM analysis; cogging torque

PL

silnik bezszczotkowy prądu stałego; uzwojenie ułamkowe; moment zaczepowy; metoda elementów skończonych

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2006
• Tom: Z. 229
• Strony: 115--125
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Łukaniszyn M.

autor

Młot A.

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

Bibliografia

• 1. Glinka T.: Electrical Machines with permanent magnet (in polish), Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2002.
• 2. Jahns T.M., Soong W.L.: Pulsating Torque Minimization Techniques for Permanent Magnet AC Motor Drives - A Review, IEEE Trans, on Ind. Elect. 43(2), pp.321-330, 1996
• 3. Kenjo T., Nagamori S.: Permanent Magnet and Brushless DC Motors, Clarendon Press, Oxford, 1985.
• 4. Łukaniszyn M., Młot A.: Numerical analysis of the brushless permanent motor DC electromagnetic torque and pulsations-components of torque (in polish), Przegląd Elektrotechniczny, s.21-25, 10'2005.
• 5. Łukaniszyn M., Młot A.: Influence of the inhomogeneous magnetization vector on the cogging torque in a brushless DC motor (in polish), XLII SME'06, Kraków, 2006.
• 6. Młot A., Łukaniszyn M.: Influence of the magnetic circuit modifications on the electromagnetic torque in a BLDC motor (in polish), XI Konferencja Zastosowania Komputerów w Elektrotechnice, s.279-280, 10-12 kwietnia 2006.
• 7. Młot A., Łukaniszyn M.: Influence of Halbach magnetization of permanent magnets on a torque in a brushless permanent magnet DC motor (in polish), VII Międzynarodowe Warsztaty Doktoranckie, s. 321-326, Wisła, 2005.
• 8. Nakata T., Takahashi N., Uehara K.: Analysis of magnetic characteristics of brushless DC motor taking into account the distribution of magnetization, IEEE Trans, on Magnetics ,22 (5), pp. 1084-1086, 1986.
• 9. Flux 3D, Cedrat, User's guide, volume 2, 2005.