Fractional-slot concentrated-winding permanent magnet synchronous machines (FSCW-PMSMs) have a good prospect of application in the drive system of electric and hybrid electric vehicles. However, the armature magnetomotive force (MMF) of FSCWPMSM contains a large number of space harmonics, which induce large magnet eddycurrent loss (ECL). To solve this problem, a dual three-phase 10-pole and 24-slot winding layout is proposed.MMFharmonic analysis shows that the 1st, 7th and 17th space-harmonic winding factors of the proposed winding can be reduced by 100%, 87% and 87% respectively, compared with a dual three-phase 10-pole and 12-slot winding. Electromagnetic performances of the proposed machine under rated sinusoidal current supply and space vector pulse-width-modulated (SVPWM) voltage supply are investigated based on 2D finite-element analysis. It is shown that the proposed machine can meet the requirement of torque and efficiency in the full speed range. Especially, magnet ECL can be reduced greatly due to the reduction of the 7th and 17th space harmonics.
This paper presents a comparison of an AC radial flux interior permanent magnet (IPM) motor with the distributed winding (DW) and concentrated winding (CW). From time to time, manufacturers of electric vehicles change the design of electric motors, such changes may include changing the DW into CW and vice versa. A change to the winding in a radial permanent magnet synchronous motor may lead to a change in motor parameters during motor operation and /or change in the distribution of the magnetic field and thermal circuit of the electrical machine. The electromagnetic analysis, efficiency map, mechanical stress, and thermal analysis of the machine with the DW and CW are presented in this paper. This article describes the advantages and disadvantages of selected stator winding designs and helps understand manufacturers’ designers how the DW and CW play a key role in achieving the designed motor’s operational parameters such as continuous performance. Analyzing the performance of both machines will help identify their advantages and disadvantages with regard to thermal phenomena, magnetic field and operational parameters of the presented IPM prototypes. Both prototypes are based on commonly used topologies such as 12/8 (slot/pole) and 30/8 (slot/pole) IPM motors consisting of magnets arranged in a V-shape. The AC IPM motor was designed for an 80 kW propulsion system to achieve 170 N·m at a base speed of 4 500 rpm. Modern CAD tools are utilized throughout the numerical computations based on 2-D finite element methods. Selected test data are used to verify and validate the accuracy of finite element models.
Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi o cewkach skupionych cieszą się zainteresowaniem między innymi ze względu na możliwość wykonywania maszyn o dużej liczbie biegunów magnetycznych i relatywnie małej liczbie żłobków stojana. W wielu przypadkach, często na skutek rutynowego przyzwyczajenia, silniki synchroniczne z magnesami trwałymi analizowane są przy całkowitym pominięciu lub uznaniu za nieistotne strat w wirniku, jako że wirnik wiruje synchronicznie z podstawową harmoniczną pola magnetycznego w szczelinie powietrznej. W przypadku maszyn o cewkach skupionych, w których liczba żłobków przypadająca na biegun i fazę nie jest wartością całkowitą, przeznaczonych do pracy w warunkach zasilania wysokimi częstotliwościami, zjawiska powstawania strat w wirniku nie można pominąć, gdyż może powodować problem jego nadmiernego nagrzewania się. Jedną z głównych przyczyn powstawania tych strat może być niewłaściwy dobór liczby żłobków stojana do liczby biegunów magnetycznych wirnika.
EN
PMSM motors with concentrated winding are popular among others due to the possibility of making machines with a large number of magnetic poles and a relatively small number of stator slots. In many cases, often as a result of routine habits, permanent magnet synchronous motors are analyzed when the rotor losses are neglected, as the rotor rotates synchronously with the basic harmonic of the magnetic field in the air gap. In the case of machines with fractional-slot, in which the number of slots per pole and phase is not an integer value, intended for operation in high frequency power supply, the phenomenon of rotor loss cannot be ignored. One of the main reasons for these losses may be incorrect selection of the number of stator slots to the number of magnetic rotor poles
W pracy przedstawiono analizę najważniejszych parametrów użytecznych silnika z magnesami trwałymi i z uzwojeniem skupionym, który zaprojektowano do napędu pojazdów elektrycznych i hybrydowych. Dla zaprojektowanej konstrukcji prototypu silnika synchronicznego z magnesami umieszczonymi wewnątrz rdzenia wirnika (IPMSM) przedstawiono jego najważniejsze zalety. Zaprojektowany silnik o znamionowej mocy 80 kW charakteryzuje się niskimi stratami mocy w magnesach i żelazie oraz momentem zaczepowym nie większym niż 0,98 Nm.
EN
The article presents the results of basic parameters of a permanent magnet motor with concentrated winding in the electric /hybrid vehicle application. The potential benefits resulting from the use an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) are presented. The 80 kW IPMSM is characterized by low magnet losses and iron losses and the cogging torque is not higher than 0,98 Nm.
The concentrated winding (CW) is obviously different from the traditional distributed winding (DW) in the arrangement of windings and the calculation of winding factors, which will inevitably lead to different performances of the permanent magnet synchronous motor (PMSM). In order to analyze the differences between the CW and the DW in the performance, a 3 kW, 1500 r/min PMSM is taken as an example to establish a 2-D finite element model. The correctness of the model is verified by comparing experimental data and calculated data. Firstly, the finite element method (FEM) is used to calculate the electromagnetic field of the PMSM, and the performance parameters of the PMSM are obtained. On this basis, the influences of the two winding structures on the performance are quantitatively analyzed, and the differences between the two winding structures on the performance of the PMSM will be determined. Finally, the differences of efficiency between the two winding structures are obtained. In addition, the influences of the winding structures on eddy current loss are further studied, and the mechanism of eddy current loss is revealed by studying the eddy current density. The analysis of this paper provides reference and practical value for the optimization design of the PMSM.
Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi o cewkach skupionych cieszą się zainteresowaniem między innymi ze względu na możliwość wykonywania maszyn o dużej liczbie biegunów magnetycznych i relatywnie małej liczbie żłobków stojana. W wielu przypadkach, często na skutek rutynowego przyzwyczajenia, silniki synchroniczne z magnesami trwałymi analizowane są przy całkowitym pominięciu lub uznaniu za nieistotne strat w wirniku, jako że wirnik wiruje synchronicznie z podstawową harmoniczną pola magnetycznego w szczelinie powietrznej. W przypadku maszyn o cewkach skupionych, w których liczba żłobków przypadająca na biegun i fazę nie jest wartością całkowitą, przeznaczonych do pracy w warunkach zasilania wysokimi częstotliwościami, zjawiska powstawania strat w wirniku nie można pominąć, gdyż może powodować problem jego nadmiernego nagrzewania się. Jedną z głównych przyczyn powstawania tych strat może być niewłaściwy dobór liczby żłobków stojana do liczby biegunów magnetycznych wirnika.
EN
PMSM motors with concentrated winding are popular among others due to the possibility of mak-ing machines with a large number of magnetic poles and a relatively small number of stator slots. In many cases, often as a result of routine habits, permanent magnet synchronous motors are analyzed when the rotor losses are neglected, as the rotor rotates synchronously with the basic harmonic of the magnetic field in the air gap. In the case of machines with fractional-slot, in which the number of slots per pole and phase is not an integer value, intended for operation in high frequency power supply, the phenomenon of rotor loss cannot be ignored. One of the main reasons for these losses may be incorrect selection of the number of stator slots to the number of magnetic rotor poles.
W pracy przedstawiono analizę najważniejszych parametrów użytecznych silnika z magnesami trwałymi i z uzwojeniem skupionym, który zaprojektowano do napędu pojazdów elektrycznych i hybrydowych. Dla zaprojektowanej konstrukcji prototypu silnika synchronicznego z magnesami umieszczonymi wewnątrz rdzenia wirnika (IPMSM) przedstawiono jego najważniejsze zalety. Zaprojektowany silnik o znamionowej mocy 80kW charakteryzuje się niskimi stratami mocy w magnesach i żelazie oraz momentem zaczepowym nie większym niż 0.98Nm.
EN
The article presents the results of basic parameters of a permanent magnet motor with concentrated winding in the electric /hybrid vehicle application. The potential benefits resulting from the use an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) are presented. The 80kW IPMSM is characterized by low magnet losses and iron losses and the cogging torque is not higher than 0.98Nm.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper takes into consideration two PMSM motors of size 80 with very similar efficiency and output power. In the article, design differences between a classic 4 pole/24 tooth motor with distributed winding and a 10 pole/12 tooth motor with concentrated winding are shown. Calculations and tests results are also presented for both machines.
PL
W artykule przedstawiono dwa silniki synchroniczne z magnesami trwałymi o wzniosie wału 80 mm z bardzo podobną sprawnością i mocą wyjściową. Artykuł skupia się na pokazaniu różnic między konstrukcjami silnika 4-biegunowego/24-żłobkowego z uzwojeniem rozłożonym a 10-polowego/12-żłobkowego z uzwojeniem skupionym. Przedstawiono również wyniki obliczeń oraz badań obu maszyn.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This article describes two synchronous motors with permanent magnets (PMSM). Both have the same housing and very similar output parameters. First is a classic, four poles construction with distributed winding and standard (like for asynchronous motors) stator’s package. Second is a completely new and optimized design with concentrated winding. First part briefly describes current situation on a market of synchronous motors with rare earths magnets and also describes the way of design in each case. In the second part of the article details of both constructions as well as test results could be seen. At the end of the article conclusion is written which summaries two concepts.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono ogólne założenia konstrukcyjne jakie zostały postawione w ramach realizacji projektu badawczego dla modelowego silnika synchronicznego z magnesami trwałymi o cewkach skupionych (CW-PMSM). Na podstawie tych założeń został zaprojektowany i wykonany modelowy silnik synchroniczny z magnesami trwałymi o cewkach skupionych. Przedstawiono również opracowaną technologię montażu tego silnika modelowego.
EN
In the paper the constructional assumptions are presented which were elaborated and taken into account during realization of the research project on the concept of Concentrated Winding Permanent Magnet Synchronous Motor (CW-PMSM). Basing on these assumptions, the physical model of CW-PMSM was manufactured and laboratory tested. In the paper the manufacturing technology of physical model of CW-PMSM motor is also shortly described.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.