Construction methods of reducing cogging torque of a dc brushless motor

• Autorzy: Gawęcki Z. , Nadolski R.

Warianty tytułu

PL

Metody konstrukcyjne zmniejszania momentu zaczepowego w silniku bezszczotkowym prądu stałego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents selected construction methods for reducing the value of cogging torque at the design stage of DC brushless motors excited by permanent magnets. Calculations using the finite element method calculation (FEM) has been performed in Flux v.10.3 packet of Cedrat company. For the two prototype motors designs experimental studies have been performed.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań symulacyjnych i eksperymentalnych dotyczących silników bezszczotkowych z zewnętrznym wirnikiem (budowa odwrócona). Przeprowadzono analizę wpływu wybranych wymiarów geometrycznych na wartość momentu zaczepowego i pulsacje momentu elektromagnetycznego. Silniki bezszczotkowe wzbudzane magnesami trwałymi z pierwiastków z ziem rzadkich w ostatnich latach znajdują coraz szersze obszary zastosowania, m.in. bezprzekładniowy napęd lekkich pojazdów zasilanych z baterii akumulatorów. Jednym z problemów, którym zajmuje się wiele zespołów badawczych [1-12], jest zmniejszenie wartości momentu zaczepowego już na etapie projektowania silnika. Moment zaczepowy powstaje w wyniku współdziałania pola magnetycznego wirnika (pochodzącego od magnesów trwałych) ze stojanem o kątowej zmienności reluktancji (nierównomierna szczelina powietrzna). Moment zaczepowy jest niekorzystną składową wypadkowego momentu elektromagnetycznego, która wywołuje pulsacje, drgania, hałas i dodatkowe straty mocy. Obliczenia momentu zaczepowego na etapie projektowania można wykonać, wykorzystując np. metodę elementów skończonych w specjalizowanych środowiskach, takich jak Flux firmy Cedrat. W pracy przeanalizowano wpływ skosu żłóbków, szerokości otwarcia żłobków, wysokości szczeliny powietrznej, wysokości i rozpiętości kątowej magnesów na moment zaczepowy i elektromagnetyczny. Badania symulacyjne zrealizowano w środowisku Flux wersja 10.3 przy użyciu modeli quasi-trójwymiarowych (2 ?D) i modeli trójwymiarowych (3D). Na podstawie wyników obliczeń wybrano i fizycznie zrealizowano rozwiązanie konstrukcyjne charakteryzujące się najmniejszą wartością momentu zaczepowego i najkorzystniejszym przebiegiem momentu elektromagnetycznego. Przeprowadzone badania eksperymentalne potwierdziły zmniejszenie wartości momentu zaczepowego i zmniejszenie pulsacji wypadkowego momentu elektromagnetycznego.

Słowa kluczowe

EN

brushless DC motor; cogging torque; finite element method

PL

silnik bezszczotkowy prądu stałego; moment zaczepowy

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2011
• Tom: Z. 253
• Strony: 39--51
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Gawęcki Z.

autor

Nadolski R.

• Kielce University of Technology,

Bibliografia

• 1. Aydin M., Ronghai Q., Lipo T.A.: Cogging torque minimization technique for multiple-rotor, axial-flux, surface-mounted-PM motors: alternating magnet pole-arcs in facing rotors, 38th Industry Applications Conference, IAS Annual Meeting, USA, Salt Lake City 2003, vol. 1, pp. 555-561.
• 2. Aydin M.: Magnet skew in cogging torque minimization of axial gap permanent magnet motors, ICEM'2008, 6-9 September, Vilamoure, Portugal, 2008, Paper ID 1186.
• 3. Ciurys M., Dudzikowski I.: Analiza wpływu wymiarów i kształtu magnesów trwałych na moment elektromagnetyczny bezszczotkowego silnika prądu stałego, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Nr 58, Studia i Materiały, Nr 25, Wrocław, 2005.
• 4. Dosiek L., Pillay P.: Cogging torque reduction in permanent magnet machines, IEEE Transactions on Industry Application, Vol. 43, No. 6, November/December 2007, p. 1565-1571.
• 5. Flux ver.10.3 – Documentation and Examples, Cedrat.
• 6. Garcia P.M., Guemes J.A., Moreno V., Iraolagoitia A.M.: Influence of constructive parameters on the cogging torque in PMSMs, 11th Spanish-Portuquese Conference on Electrical Machines, Zaragoza, 1-4 July, 2009.
• 7. Hanselman D.: Brushless permanent magnet motor design, Second Edition, The Writers’ Collective, Cranston, Rhode Island, 2003.
• 8. Hanselman D.C.: Effect of skew, pole count and slot count on brushless motor radial force, cogging torque and back EMF, IEE Proceedings Electric Power Applications, September 1997, vol. 144, no. 5, pp. 325-330.
• 9. Keyhani A., Sebastian T.: Study of cogging torque in permanent magnet machines, IEEE IAS Annual Meeting, USA, New Orleans, Louisiana, 1997, pp. 42-49.
• 10. Kim K., Sim D., Won J.: Analysis of skew effects on cogging torque and BEMF for BLDCM, IEEE IAS 1991, 26th Annual Meeting Industrial Applications Society, USA, Dearborn 1991, vol. 1, pp. 191-197.
• 11. Korkosz M., Młot A.: Analiza pulsacji momentu elektromagnetycznego w bezszczotkowym silniku prądu stałego z zastosowaniem skośnych magnesów, BOBRME-KOMEL, Zeszyty Problemowe-Maszyny Elektryczne, Nr 88, Katowice, 2010, s. 47-51.
• 12. Młot A., Łukaniszyn M., Korkosz M.: Wpływ skosu stojana na redukcję pulsacji momentu elektromagnetycznego w bezszczotkowym silniku prądu stałego, BOBRME-KOMEL, Zeszyty Problemowe-Maszyny Elektryczne, Nr 88, Katowice, 2010, s. 41-45.