موتور بدون جاروبک جریان مستقیم با ساختار آهنربایی میله ای در روتور

مقدمه:

سلام دوستان عزیز! با یک شبیه سازی کاربردی دیگر از موتور بدون جاروبک جریان مستقیم (BLDC) در محیط نرم افزاری ماکسول در خدمت شما هستیم. در خصوص این نوع از موتور قبلاً به صورت کلی توضیحاتی ارائه شد که در پست شبیه سازی یک موتور بدون جاروبک مغناطیس دائم با ابعاد بهینه شده می توانید آنرا ملاحظه کنید. اما همانطور که می دانید آرایش آهنربایی این نوع از موتور همانند موتور سنکرون مغناطیس دائم می تواند به صورت داخلی یا سطحی در نظر گرفته شود. معمولاً در طراحی انجام شده برای موتور BLDC در ژورنال ها و مقالات آرایش نوع سطحی در نظر گرفته می شود ( طراحی این نوع آرایش در این پست) و کمتر به آرایش نوع داخلی (خصوصاً نوع میله ای) پرداخته شده است. آرایش نوع داخلی دارای تنوع بیشتری نسبت به نوع سطحی می باشد، به عنوان مثال می توان به طرح های نوع مستطیلی، جنبی، V شکل، میله ای و … اشاره کرد که در اینجا قصد داریم طراحی و شبیه سازی نوع میله ای (Spoke) آنرا بررسی کنیم.

آشنایی با آرایش نوع میله ای

در این نوع ساختار که نمونه هشت قطبه از آن به همراه روتور در شکل 1 نشان داده شده، آهنربا در یک پهنای مشخص از سمت قطر بیرونی محور تا نزدیکی سطح بیرونی روتور کشیده می شود، به صورتیکه بوسیله یک باریکه فولادی از محور و یک شکاف هوایی باریک در بالا از سطح بیرونی روتور جدا می شود. انتخاب ضخامت باریکه نزدیک به قطب از نظر سطح به اشباع رفتن باریکه و استحکام ساختاری حائز اهمیت است، ضمن اینکه ابعاد شکاف هوایی در سمت بالای آهنربا بر متوسط گشتاور و پیک تو پیک ریپل تأثیر گذار است. از نظر جهت یابی مغناطیسی نیز آهنرباها به صورتی طراحی می شوند که جهت میدان آهنربا موازی با ضلع عرض آن بوده و به صورت یکی در میان به سمت بیرون و داخل باشد. در این حالت هر آهنربا به همراه بخشی از روتور، شکاف هوایی، تعدادی دندانه استاتور و بخشی از یوخه استاتور تشکیل مسیرهای شاری مجزایی را می دهد که جهت آن به صورت ساعت گرد و پادساعت گرد از یک قطب به قطب دیگر تغییر می کند.

شکل 1) آرایش نوع میله ای یا spoke در موتور BLDC

توضیحات پروژه انجام شده

در این پروژه یک موتور بدون جاروبک جریان مستفیم سه فاز با شش قطب آهنربایی در روتور در نظر گرفته شده و طراحی آهنرباهای نوع میله ای در روتور برای آن جهت دستیابی به توان مکانیکی 600 وات در خروجی هدف قرار گرفته است. برای سیم بندی شیارها از سیم بندی نوع توزیع شده و دولایه استفاده شده و طراحی برای نوع سیم پیچی گام کسری مدنظر قرار گرفته است.

اهداف کلی پروژه به شرح زیر است:

1) آشنایی با مدار مغناطیسی ساده شده زیر قطب موتور BLDC با آرایش میله ای و بدست آوردن رابطه بین چگالی شار شکاف هوایی و چگالی شار پسماند با توجه به مدار مغناطیسی

2) بررسی روابط تحلیلی لازم برای طراحی ابعاد اصلی ساختار

3) بررسی روابط مربوط به ثابت های موتور BLDC

4) آشنایی با مدلینگ موتور BLDC با آرایش آهنربایی میله ای در ماکسول و بررسی قسمتهای مختلف آن

5) شبیه سازی ساختار موتوری برای:

الف) درک و تجسم مسیرهای خطوطی شاری در ساختار موتور

ب) بررسی سطح چگالی شار در استاتور و روتور

ج) درک و فهم مشخصات خروجی موتور چون گشتاور، جریان و back-EMF

شبیه سازی و نتایج:

نمایی از مش بندی ساختار طراحی شده در محیط دوبعدی نرم افزار ماکسول در شکل 2 ارائه شده است. همچنین مسیر خطوط شار در قسمتهای مختلف موتور در شکل 3 ارائه شده که نشان می دهد چگونه این خطوط شکل گرفته و به چه صورت در طول مسیر حرکت کرده و بسته می شوند.

شکل 2) مش بندی ساختار موتور BLDC با آرایش آهنربایی میله ای

شکل 3) مسیر خطوط شار در ساختار موتور

در ادامه از بین مشخصات خروجی موتور، مشخصه گشتاور و back-EMF به ترتیب در شکل های 4 و 5 ارائه شده است. مقدار ریپل گشتاور در شکل 4 با توجه به مقدار متوسط و پیک تو پیک گشتاور برابر با 38.3 درصد می باشد که تقریباً در سطح معمول برای این نوع از موتورها می باشد.

شکل 4) مشخصه گشتاور خروجی موتور BLDC

شکل 5) مشخصه نیروی ضد محرکه فاز a در موتور BLDC

اینم از توضیحات! امیدوارم مطالب فوق براتون مفید واقع شده باشه. در ادامه توجه شما را به محتویات پروژه در دسترس برای خرید جلب می کنم.

——————————————————————————————————————————————————-

محتویات پروژه

1) فایل متنی چندین صفحه ای در قالب PDF شامل مدار مغناطیسی زیر قطب موتور، رابطه بین شار شکاف هوایی و شار پسماند آهنربا ، روابط تحلیلی و روابط مربوط به ثابت های موتور

2) فایل کدنویسی شده در متلب برای بدست آوردن مشخصات اصلی موتور

3) فایل شبیه سازی ساختار در محیط دوبعدی ماکسول به همراه نتایج

4) فایل گزارش کار در قالب ورد شامل خروجی های اساسی شبیه سازی