| تعداد نشریات | 21 |
| تعداد شمارهها | 663 |
| تعداد مقالات | 9,691 |
| تعداد مشاهده مقاله | 68,988,619 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 48,481,752 |
مدلسازی تحلیلی 3 بعدی ماشین های شار محوری تحت شرایط بی باری و با در نظر داشتن شکل های مختلف برای آهنربا | ||
| مدل سازی در مهندسی | ||
| دوره 23، شماره 83، دی 1404، صفحه 11-25 اصل مقاله (897.61 K) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22075/jme.2025.35577.2740 | ||
| نویسندگان | ||
| فرهاد رضائی علم* 1؛ مجتبی حسینی2 | ||
| 1گروه مهندسی برق، دانشکده فنی و مهندسی ، دانشگاه لرستان، خرمآباد، ایران | ||
| 2گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی ، دانشگاه لرستان، خرمآباد، ایران | ||
| تاریخ دریافت: 18 مهر 1403، تاریخ بازنگری: 14 بهمن 1403، تاریخ پذیرش: 17 بهمن 1403 | ||
| چکیده | ||
| در این مقاله، یک مدل تحلیلی 3 بعدی بر پایه سری فوریه – بسل برای مدلسازی عملکرد الکترومغناطیسی ماشین های شار محوری بدون شیار با آهنربای دائم (AFPM) ارائه می شود. هندسه ماشین به نواحی مختلف شامل ناحیه آهنربای دائم (PM)، فاصله هوایی و غیره تقسیم می شود. در هر ناحیه معادله لاپلاس بر حسب پتانسیل مغناطیسی اسکالر حل می شود و به منظور دقیق در نظر گرفتن تغییرات شعاعی میدان مغناطیسی در فاصله هوایی، جواب های معادله لاپلاس بر حسب سری فوریه – بسل بیان می شوند. یک تابع هندسی 2 بعدی بر حسب سری فوریه – بسل برای در نظر گرفتن شکل های مختلف برای قطب های آهنربایی معرفی می شود. از شرایط مرزی برای تعیین ثابت های مجهول در جواب های عمومی معادله لاپلاس استفاده می شود. از این مدل تحلیلی 3 بعدی به منظور محاسبه شار پیوندی با فازهای استاتور در حالت بی باری استفاده می شود مادامی که شکل های مختلف برای قطب های آهنربایی و اثر مورب سازی در نظر گرفته خواهد شد. از دامنه مولفه اصلی شار پیوندی و اعوجاج هارمونیکی کل (THD) به عنوان شاخص های ارزیابی شار پیوندی با فاز استاتور استفاده می شود. قابلیت و توانایی این مدل تحلیلی 3 بعدی برای محاسبه میدان مغناطیسی فاصله هوایی ناشی از تحریک فازهای استاتور به منظور محاسبه ماتریس اندوکتانس ارائه می شود. در نهایت، دقت مدل تحلیلی 3 بعدی پیشنهادی از طریق مقایسه نتایج حاصل از آن با نتایج متناظر حاصل از روش اجزاء محدود (FEM) و نتایج عملی تایید می شود. | ||
| کلیدواژهها | ||
| ماشین شار محوری با آهنربای دائم (AFPM)؛ شار پیوندی؛ سری فوریه - بسل؛ شکل آهنربا؛ مورب سازی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| 3D Analytical Modeling of Slotless Axial Flux Machines under No-Load Condition and Different Magnet Shapes | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Farhad Rezaee-Alam1؛ Mojtaba Hosseini2 | ||
| 1Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Lorestan University, Khorramabad, Iran | ||
| 2Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Lorestan University, Khorramabad, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| This paper presents a new 3D analytical model based on Fourier-Bessel series for electromagnetic modeling the performance of slotless Axial Flux Permanent Magnet (AFPM) machines under no-load condition. The machine geometry is divided into different domains including Permanent Magnet (PM) domain, air-gap domain and so on. The Laplace equation in terms of scalar magnetic potential is solved in each domain, and their solutions is expressed based on Fourier-Bessel series to accurately consider the radial variation of air-gap magnetic field. A 2D geometry function based on Fourier-Bessel series is introduced to accurately consider the different PM shaping in magnet domain. The boundary condition is then used to determine the unknown constants in general solutions. This 3D analytical model is prepared to calculate the no-load flux-linkage of stator phases while considering different PM shapes and skewing effect. Two indexes including the amplitude of fundamental component and the total harmonic distortion (THD) of no-load phase flux-linkage are considered to investigate the effect of skewed PMs and other PM shapes. The capability of proposed 3D analytical model is also presented to calculate the air-gap magnetic field due to stator phases for determining the inductance matrix. In final, the accuracy of proposed 3D analytical model is verified by comparing with the corresponding results obtained through finite element method (FEM) and experiment set-up. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Axial Flux Permanent, Magnet (AFPM) machine, Flux-linkage, Fourier-Bessel series, PM shaping, Skew | ||
| مراجع | ||
|
[1] Liu, Ye, Zhuoran Zhang, Chen Wang, Weiwei Geng, and Tao Yang. "Design and analysis of oil-immersed cooling stator with nonoverlapping concentrated winding for high-power ironless stator axial-flux permanent magnet machines." IEEE Transactions on Indusrial Electronics 68, no. 4 (2021): 2876-2886. [2] Taran, Narges, Vandana Rallabandi, Greg Heins, and Dan M. Ionel. "Coreless and conventional axial flux permanent magnet motors for solar cars." IEEE Transactions on Industry Applications 54, no. 6 (2018): 5907-5917. [3] Chan, T. F., Weimin Wang, and L. L. Lai. "Performance of an axial-flux permanent magnet synchronous generator from 3-D finite-element analysis." IEEE Transactions on Energy Conversion 25, no. 3 (2010): 669-676. [4] Talebi, Dorsa, Matthew C. Gardner, Sri Vignesh Sankarraman, Ahmad Daniar, and Hamid A. Toliyat. "Electromagnetic design characterization of a dual rotor Axial Flux Motor for electric aircraft." IEEE Transactions on Industry Applications 58, no. 6 (2022): 7088-7098. [5] Ajily, Ehsan, Karim Abbaszadeh, and Mohammad Ardebili. "Three-dimensional field reconstruction method for modeling axial flux permanent magnet machines." IEEE Transactions on Energy Conversion 30, no. 1 (2015): 199-207. [6] Cheng, Wenjie, Guangdong Cao, Zhikai Deng, and Ling Xiao. "Torque comparison between slotless and slotted ultra-high speed AFPM motors using analytical method." IEEE Transactions on Magnetics 58, no. 2 (2022). [7] Parviainen, A., M. Niemelä, and J. Pyrhönen. "Modeling of axial flux permanent-magnet machines." IEEE Transactions on Industry Applications 40, no. 5 (2004): 1333-1340. [8] Zhao, Hang, K. T. Chau, Tengbo Yang, Zaixin Song, and Chunhua Liu. "A novel quasi-3D analytical model for axial flux motors considering magnetic saturation." IEEE Transactions on Energy Conversion 37, no. 2 (2022): 1358-1368. [9] Lubin, Thierry, and Abderrezak Rezzoug. "3-D Analytical model for axial-flux eddy-current couplings and brakes under steady-state conditions.'' IEEE Transactions on Magnetics 51, no. 10 (2015). [10] Taghipour Boroujeni, Samad, Abdolmajid Abedini Mohammadi, Ashknaz Oraee, and Hashem Oraee, "Approach for analytical modelling of axial-flux PM machines." IET Electric Power Applications 10, no. 6 (2016): 441-450. [11] Si, Jikai, Meng Huang, Rui Nie, Chun Gan, and Yaofei Han. "Inductance calculation and analysis of axial-flux slotless surface-mounted permanent magnet machine with equidirectional toroidal winding." IEEE Transactions on Energy Conversion 39, no. 3 (2024): 1509-1519. [12] Tong, Wenming, Deyi Cai, and Shengnan Wu. "An improved subdomain model for optimizing electromagnetic performance of AFPM machines." IEEE Transactions on Industry Applications 60, no. 6 (2024): 8745-8754. [13] Guo, Baocheng, Zakarya Djelloul-Khedda, and Frédéric Dubas. "Nonlinear analytical solution in axial flux permanent magnet machines using scalar potential." IEEE Transactions on Indusrial Electronics 71, no. 4 (2024): 3383-3393. [14] Kano, Yoshiaki, Takashi Kosaka, and Nobuyuki Matsui. "A simple nonlinear magnetic analysis for axial-flux permanent-magnet machines." IEEE Transactions on Indusrial Electronics 57, no. 6 (2010): 2124-2133. [15] Hemeida, Ahmed, Antti Lehikoinen, Pavvo Rasilo, Hendrik Vansompel, Anouar Belahcen, Antero Arkkio, and Peter Sergeant. "A simple and efficient quasi-3D magnetic equivalent circuit for surface axial flux permanent magnet synchronous machines." IEEE Transactions on Indusrial Electronics 66, no. 11 (2019): 8318-8333. [16] Taqavi, Omolbanin, and Nasim Taghavi. "Development of a mixed solution of maxwell’s equations and magnetic equivalent circuit for double-sided axial-flux permanent magnet machines." IEEE Transactions on Magnetics 57, no. 4 (2021). [17] Sung, So-Young, Jae-Hoon Jeong, Yu-Seop Park, Jang-Young Choi, and Seok-Myeong Jang. "Improved analytical modeling of axial flux machine with a double-sided permanent magnet rotor and slotless stator based on an analytical method." IEEE Transactions on Magnetics 48, no. 11 (2012): 2945-2948. [18] Deng, Wenzhe, and Shuguang Zuo. "Analytical modeling of the electromagnetic vibration and noise for an external rotor axial flux in-wheel motor." IEEE Transactions on Indusrial Electronics 65, no. 3 (2018): 1991-2000. [19] Alipour-Sarabi, Ramin, Zahra Nasiri-Gheidari, and Hashem Oraee. "Development of a three-dimensional magnetic equivalent circuit model for axial flux machines." IEEE Transactions on Indusrial Electronics 67, no. 7 (2020): 5758–5767. [20] Okita, Taishi, and Hisako Harada. "3-D analytical model of axial-flux permanent magnet machine with segmented multipole-halbach array." IEEE Access 11 (2023): 2078-2091. [21] Diao, Chengwu, Wenliang Zhao, Longxuan Li, Sunil Kumar, and Byung-II Kwon. "Analytical calculation of slotless axial flux permanent magnet motor with sinusoidal magnets for torque ripple reduction." IEEE Transactions on Magnetics 60, no. 12 (2024). [22] Alatawneh, Natheer, and P. Pillay. "Rotational Core Loss and Permeability Measurements in Machine Laminations with Reference to Permeability Asymmetry." IEEE Transactions on Magnetics 48, no. 4 (2012): 1445-1448. [23] Frank, Zdenek and Jan Laksar. "Analytical design of coreless Axial-Flux Permanent Magnet machine with planar coils." IEEE Transactions on Energy Conversion 36, no. 3 (2021): 2348-2357. [24] Min, Seun Guy. "Analytical design and optimization of Axial Flux Permanent Magnet machines with slotless structure." IEEE Transactions on Transportation Electrification 8, no. 2 (2022): 1994–2004. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 197 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 129 |
||