طراحی و تحلیل ماشین ورنیر آهنربای دائم خطی با افزایش چگالی نیرو
چکیده
این مقاله ماشین جدیدی به نام ماشین ورنیر آهنربای دائم خطی (PM) پیشنهاد می کند که چگالی نیروی بالا، کارایی بالا، ساختار ساده و هزینه های کم عرضه می نماید. تازگی و جدید بودن ماشین پیشنهادی با یکپارچه سازی جهات مغناطیسی شدن مناسب PM ها در هسته آرمیچر اثبات می شود. اولاً، ساختار و اصل عملیاتی ماشین پیشنهادی شرح داده می شود. سپس ماشین برای مجموعه داده شده ای از خصوصیات طراحی و عملکردهای الکترومغناطیسی اش با روش عناصر محدود گذرای گام زمانی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. یک معادله تحلیلی برای ارزیابی ریپل نیروی پیشران (رانش) محوری بدست می آید. بالاخره، به منظور ارزیابی و اعتبارگذاری، آزمایشاتی روی نمونه اولیه ماشین پیشنهادی انجام می شود.
1. مقدمه
امروزه، ماشین های آهنربای دائم (PM) در بسیاری از کاربردهای حمل و نقل مورد توجه قرار گرفته اند. در مقایسه با سیستم های کششی مبتنی بر ماشین های دوار (چرخشی) متداول و مرسوم، سیستم های ترانزیت ریلی شهری با استفاده از محرک خطی، انتقال دوار به خطی هزینه بر و حجیم را به حداقل می رسانند. متعاقباً، عملکرد سیستم، بهبود و اندازه سیستم کاهش می یابد. برای انواع کاربردهای محرک خطی، چگالی نیروی بالا ضروری می باشد. دنده مغناطیسی هم محور پیشنهاد شده است که چگالی گشتاور بالایی عرضه می نماید. با توسعه این ایده به توپولوژی خطی و یکپارچه سازی دنده مغناطیسی خطی با ماشین خطی، چگالی نیروی بالا و کارایی بالا حاصل می گردد. اما، ماشین های یکپارچه و جامع از دو یا چند قطعه متحرک با فاصله های هوایی متعدد استفاده می کنند؛ بنابراین، از مشکلات تولید رنج می برند. برای حل این مشکل، کلاس یا طبقه جدیدی از ماشین های خطی مبتنی بر اصل مدولاسیون میدانی دنده مغناطیسی، معروف به ماشین های ورنیر، معرفی گردید. این ماشین ورنیر با یک فاصله هوایی، ساختار ساده تری نسبت به ماشین دنده دار مغناطیسی عرضه می نماید. برای ماشین های PM خطی متداول با کورس طولانی نظیر ترانزیت رییلی، اگر PMها یا سیم پیچ ها روی استاتور بلند مستقر باشند، آنگاه سیستم از هزینه های بالا رنج خواهد برد. بنابراین، چالش اصلی، نحوه تحقق مزایای کارایی بالا و چگالی نیروی بالا با هزینه های کم برای ماشین های خطی PM با کورس طولانی می باشد. اخیراً، ماشین های PM استاتور دوار و ماشین های ورنیر PM اولیه خطی پیشنهاد گردید. از آنجایی که آهنربا (مگنت) و کویل ها روی استاتور یاموور سوار شده اند، در نتیجه مشکلات کاربرد زیاد PM یا مس در ماشین های PM خطی با کورس طولانی متداول را می توان خطاب قرار داد. اما، برای ماشین های ورنیر PM خطی موجود (LPMV)، نیروی دندانه ای نسبتاً بالا و چگالی نیرو نسبتاً پائین می باشد.
Abstract
This paper proposes a novel linear permanentmagnet (PM) vernier machine, which offers high force density, high efficiency, simple structure, and low cost. The novelty of the proposed machine is substantiated by integrating appropriate magnetization directions of PMs in the armature core. First, the structure and the operation principle of the proposed machine are descried. The machine is subsequently designed for a given set of specifications and its electromagnetic performances are analyzed by time-stepped transient finite-element method. An analytical equation is derived for evaluation of the thrust force ripple. Finally, experiments on a prototype of the proposed machine are carried out for validation.
I. INTRODUCTION
NOWADAYS, permanent-magnet (PM) machines have received increased attention in many transportation applications [1]–[3]. Compared with traction systems based on conventional rotary machines, urban rail transit systems employing linear drive eliminate costly and bulky rotary-to-linear transmissions. Consequently, system performance can be improved and system size reduced [4]. For a variety of linear drive applications, high force density is essential. A coaxial magnetic gear has been proposed, which offers high torque density [5]–[7]. By extending this idea to linear topology and integration of a linear magnetic gear with a linear machine, both high force density and high efficiency can be achieved [8], [9]. However, the integrated machines employ two or more moving parts with multiple air-gaps; thus, they suffer from manufacture difficulty. To circumvent this problem, a new class of linear machines based on the field modulation principle of the magnetic gear, known as vernier machines, was introduced [10]. This vernier machine with one air-gap offers simpler structure than the magnetic geared machine. For conventional linear PM machines with long stroke such as rail transit, the system will suffer from high cost if PMs or windings are located on the long stator [11]. Thus, the challenge is how to realize the merits of high efficiency and high force density with low cost for long-stroke PM linear machines. Recently, rotary stator-PM machines and linear primary-PM vernier machines were proposed [12]–[18]. Since both magnets and coils are mounted on either stator or mover, the problems of excessive use of PMs or copper in conventional long-stroke linear PM machines can be addressed. However, for the existing linear PM vernier (LPMV) machines, the cogging force is relatively high and the force density is relatively low.
چکیده
1. مقدمه
2. توپولوژی واصل عملیاتی
A. توپولوژی
B . اصل عملیاتی
3. طراحی ماشین
4. ارزیابی عملکرد
A. توزیع میدان منبع باز
B. پیوند شار، EMF معکوس و اندوکتانس
C. نیروی بازدارنده و نیروی پیشران
5. تصدیق و ارزیابی آزمایشی
6. نتیجه گیری
Abstract
I. INTRODUCTION
II. TOPOLOGY AND OPERATION PRINCIPLE
A. Topology
B. Operation Principle
III. MACHINE DESIGN
IV. PERFORMANCE EVALUATION
A. Open-Circuit Field Distributions
B. Flux Linkage, Back-EMF, and Inductance
C. Detent Force and Thrust Force
V. EXPERIMENTAL VERIFICATION
VI. CONCLUSION
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه