مقدمه
موتورهای مغناطیس دائم چرخشی در حالت کلی به دو صورت شار شعاعی و شار محوری ساخته می شوند. در ماشینهای شار شعاعی جهت شار مغناطیسی به صورت شعاعی بوده و جهت جریان الکتریکی به صورت محوری است، در حالیکه در ماشینهای شار محوری (AFM) همانطور که در شکل 1 نمایش داده شده، عکس این قضیه برقرار است.
شکل 1) مسیرهای شار و جریان در ماشین مغناطیس دائم شار محوری
در ماشین های مغناطیس دائم شار محوری (AFPMM) نسبت به شار شعاعی، نسبت گشتاور بر اینرسی موتور بیشتر بوده و پاسخ گشتاور سریعتر می باشد. این ماشینها بعلت مزایایی چون بازده زیاد، ساختار فشرده و گشتاور زیاد در سرعت پایین به طور فزاینده ای در کاربردهای متنوع مورد استفاده قرار می گیرند. مقاومت و فشردگی ساختاری آنها باعث می شود که برای کاربردهای تولید توزیع شده مناسب باشند. همچنین در حالت موتوری کاندید مناسبی برای استفاده در خودروهای الکتریکی و موتورهای کششی هستند.
مدلینگ این ماشینها بعلت استفاده از آنها در مطالعه رفتار و فرآیند بهینه سازی بسیار حائز اهمیت است. روشها مدلینگ ماشین های مغناطیس دائم شار محور همچون سایر ماشین های الکتریکی به دو دسته مدلینگ تحلیلی و مدلینگ عددی تقسیم می شود. مدلینگ عددی سریع به جواب می رسد اما دقت کافی را خصوصا در بهینه سازی فرآیند طراحی ندارد. در عوض مدلینگ عددی روش بسیار دقیقی است اما به زمان زیادی برای رسیدن به نتیجه مطلوب نیاز دارد. از این رو مدلینگ عددی در کاربردهایی مثل طراحی و بهینه سازی وسائل الکتریکی که مدلینگ دقیقی مورد نیاز است، بکار می رود. روش عددی بر اساس گسسته سازی ناحیه محاسبه به المان های محدود و حل معادلات ماکسول در این المان هاست. این کار را می توان به کمک نرم افزارهایی مثل انسیس ماکسول و در حالت سه بعدی انجام داد.
در ادامه یک موتور مغناطیس دائم شار محوری با آهنرباهای سطحی در نظر گرفته شده و مورد شبیه سازی و تحلیل قرار گرفته است. اهداف موردنظر شامل بدست آوردن مشخصه گشتاور دینامیکی با ریپل کم و مشخصه های نیروی ضد محرکه با حداقل مقدار بیشینه 300 ولت است.
موتور موردنظر همانطور که در شکل های 2 و 3 نمایش داده شده، یک موتور سه فاز 28 قطبه با 24 شیار در استاتور است که دارای کلافهای متمرکزشده با سیم پیچی کسری است. هر فاز دارای 4 کلاف و در مجموع 12 کلاف در شیارهای استاتور قرار داده شده است. استفاده از سیم پیچی شیار کسری به طراحی کلافهای فشرده تر کمک می کند بنابرانی بعلت اتصالات انتهایی کوتاه تر موجب کاهش تلفات مسی می شود. بر روی دیسک روتور به تعداد 28 آهنربا به صورت محیطی قرار گرفته و در جهت محوری مغناطیسی شده اند. (مثبت و منفی محور Z). مشخصات نامی و ابعادی این ساختار در مرجع [1] آورده شده است.
شکل 2) نمای دوبعدی از ماشین مغناطیس دائم شار محوری مورد بررسی
شکل 3) نمای سه بعدی از ماشین مغناطیس دائم شار محوری مورد بررسی
شبیه سازی ساختار مورد برررسی
برای شبیه سازی ساختار موردنظر از محیط سه بعدی نرم افزار المان محدود انسیس ماکسول استفاده شده است. تحلیل موتور در حالت گذرا انجام شده و مشخصات خروجی آن بدست آورده شده است. برای سیم پیچی های سه فاز از تحریک جریان با مقدار مؤثر 3.5 آمپر استفاده شده است و موتور در سرعت 1285 دور بر دقیقه کار می کند. نمای مش بندی ساختار موتور در محیط ماکسول در شکل 4 ارائه شده است.
شکل 4) نمای مش بندی از موتور مغناطیس دائم شار محوری مورد بررسی
توجه می کنیم که برای هسته موتور از ماده فولادی M19-29G و برای آهنرباهای دائم از ماده Nd-Fe-B35 استفاده شده است. در ادامه نتایج مهم شبیه سازی ارائه شده است. در شکل 5 مشخصه گشتاور دینامیکی موتور ارائه شده که بر اساس آن متوسط گشتاور حدود 8 نیوتن متر است. توجه می کنیم که ریپل گشتاور بسیار کم است و با ریز کردن مش بندی حتی کمتر نیز می شود.
شکل 5) مشخصه گشتاور دینامیکی موتور شار محور
در شکل 6 مشخصه جریان های تحریک سه فاز منبع ارائه شده است که سینوسی بوده و دارای مقدار مؤثر 3.5 آمپر هستند.
شکل 6) مشخصه جریانهای سه فاز منبع تحریک موتور شار محور
در شکل 7 مشخصه مهم نیروی ضد محرکه ارائه شده است. همانطور که مشخص است مقدار پیک مشخصه ها حدود 316 ولت است. توجه می کنیم که با ریزترکردن مش بندی، شکل مشخصه ها به سینوسی نزدیک تر می شود.
شکل 7) مشخصه نیروهای ضد محرکه (back-EMFs) موتور شار محور
در انتها توزیع چگالی شار در هسته استاتور و روتور در شکل 8 ارائه شده است.
شکل 8) توزیع چگالی شار در هسته استاتور و روتور موتور شار محور
———————————————————————————————————————————————————-
نتیجه گیری:
با شبیه سازی و بررسی مشخصات مهم موتور مغناطیس دائم شار محوری که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفت، اهداف مربوط به ریپل گشتاور و مقدار پیک Back-EMFs بدست آمد.
——————————————————————————————————————————————————–
مرجع:
Developing a 3D-FEM Model for Electromagnetic Analysis of an Axial Flux Permanent Magnet Machine
———————————————————————————————————————————————————-
پرسش مهم: این شبیه سازی برای چه کسانی مفید است:
1)دانشجویانی که پروژه درسی طراحی ماشین دارند یا می خواهند برای پایان نامه یک ساختار بیس از موتور شار محور را در نظر بگیرند.
2) محققان و علاقه مندان به حوزه طراحی ماشین های الکتریکی
——————————————————————————————————————————————————–
توجه:
برای تهیه فایل شبیه سازی مربوط به موتور مغناطیس دائم شار محور که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفت، می توانید از لینک زیر اقدام به خرید آن کنید. توجه کنید به همراه فایل شبیه سازی یه گزارش کار به فرمت ورد نیز برای شما قرار داده شده که می توانید به خوبی از آن استفاده کنید.
مورد دیگر اینکه دقت داشته باشید که سفارش انجام پروژه ای در این سطح حداقل به هزینه 5 تا 8 برابری قیمتی که شما برای تهیه این پروژه می پردازید نیاز دارد. بنابراین از این نظر خرید این پروژه به صرفه و به نفع شماست.
