موتور مدولاسیون میدان مغناطیسی خطی با موور جدای جدید برای عملکردهای کورس طولانی
موتور مدولاسیون میدان مغناطیسی خطی (LMFM) با استفاده موثر از اثر مدولاسیون میدان مغناطیسی، نیروی محوری بالایی به معرض نمایش می گذارد. در این مقاله، موتور مدولاسیون (مدوله) میدان مغناطیسی خطی با موور جدای جدید (MS-LMFM) پیشنهاد شده است که تضاد فضایی بین PM ها و سیم پیچ ها در موتور LMFM موجود را به حداقل می رساند. ساختار و اصل عملیاتی موتور موجود و پیشنهادی،شرح و برای دستیابی به حداکثر نیروی محوری (پیشرانه)، پارامترهای اصلی طراحی بهینه شده اند. به علاوه، عملکرد الکترومغناطیسی هر دو موتور با روش المان محدود (عناصر محدود) مقایسه می شود. تجزیه و تحلیل نظری و شبیه سازی نشان می دهد که در شرایط اتلاف (تلفات) ثابت مس، عملکرد نیروی موتور پیشنهادی در مقایسه با موتور موجود بهبود می یابد. به طور همزمان، با استفاده از موتور پیشنهادی، اتلاف آهن و PM نیز کاهش می یابد. بالاخره، موتور MS-LMDM با مدلسازی سه بعدی (3D) برای مشاهده کلی ساختار موتور و ارزیابی بیشتر تجزیه و تحلیل دو بعدی (2D) ساخته شده است.
1. مقدمه
در مقایسه با سیستم های کششی که از موتورهای چرخشی متداول استفاده می کنند، موتورهای القایی خطی از مزایایی برای حذف مکانیسم چرخشی حجیم به خطی برخوردار هستند. بنابراین، مراحل تبدیل انرژی کاهش می یابد. اما، موتورهای القایی خطی از مسئله جدی کارایی نسبتاً کم رنج می برند. اخیراً، استفاده (بهره برداری ) از آهنرباهای دائمی خاکهای کمیاب با انرژی بالا (PM)، کارایی موتور را به طور قابل توجهی بهبود داده است، اما هنوز برای برخی کاربردهای نیروی محوری بالا کافی نیست. برای حل این مسئله، از اثر مدولاسیون میدان مغناطیسی می توان در موتور LMFM برای بهبود موثر نیروی پیشرانه محوری استفاده نمود. در موتور LMFM موجود، PM ها و سیم پیچ های آرماتور روی موور کوتاه نصب شده و استاتور بلند فقط از آهن تشکیل می شود. بنابراین، موتور موجود از مزایای نیروی پیشرانه محوری بالا و هزینه های پائین به طور همزمان استفاده می کند که برای کورس طولانی مناسب می باشد. به علاوه، آرایه های مناسب روی سطح موور (گرداننده) موتور موجود نصب می شوند تا بدین طریق نشت فلوکس یا شار تقویت کننده PM کاهش یابد. اما، تضادفضای بین آهنربا و بارگذاریهای الکتریکی باید به عنوان اشکال اصلی موتور موجود در نظر گرفته شود. زیرا منابع تحریک و برانگیختگی اش، من جمله PM ها و سیم پیچ ها، روی منطقه محدود موور مستقر شده اند. برای حل تضاد فضای هندسی بین این دو نوع منابع تحریک و برانگیختگی، در این مقاله موتور جدید MS-LMFM پیشنهاد خواهد شد که که PM ها و سیم پیچ های روی موورهای پارتیشن بندی شده را به شکلی موثر جدا نموده و استاتورش نیز هسته یا مغزه آهنی ساده با قطب های (پل) برجسته و نمایان می باشد. بنابراین، در مقایسه با موتور موجود، موتور پیشنهادی امکان بار الکتریکی بالاتر را فراهم آورده و نیروی پیشرانه محوری را بدون هزینه های اضافی بهبود می بخشد که برای کورس طولانی مناسب می باشد. در حقیقت، پژوهشهای مختلفی روی جداسازی در موتورهای PM چرخشی متداول انجام شده است، اما هیچ تئوری پذیرفته شده در سطح عمومی در رابطه با تفکیک وجداسازی در موتور LMFM وجود ندارد. با درنظر گرفتن اثر مدولاسیون و ساختار خاص موتور LMFM، تفکیک و جداسازی موورش، شایسته توجه می باشد. هدف این مقاله، پژوهش اثرات تفکیک و جداسازی بر عملکرد موتور LMFM و روشن نبودن بهبودهای صورت گرفته در موتور پیشنهادی می باشد. رئوس این مقاله به شرح ذیل می باشد. توپولوژی واصل عملیاتی موتور LMFM موجود و MS-LMFM پیشنهادی، به طور خلاصه در بخش 2 شرح داده شده است. بخش 3 به معرفی فرایند بهینه سازی و پژوهش عملکرد هر دو مدل با استفاده از روش المان محدود (FE) تخصیص داده خواهد شد. به علاوه، نیروی بهبودیافته در موتور پیشنهادی نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. به علاوه، در بخش 4، موتور MS-LMFM سه بعدی برای مشاهده کلی ساختار موتور جدید و ارزیابی تجزیه و تحلیل FE دو بعدی مورد پژوهش قرار خواهد گرفت. بالاخره، در بخش 5، نتایج جمع بندی خواهد شد.
Linear magnetic-field modulated (LMFM) motor exhibits high thrust force by effectively employing the magnetic-field modulation effect. In this paper, a new mover separated linear magnetic-field modulated (MS-LMFM) motor is proposed, which successfully alleviates the space confliction between PMs and windings in the existing LMFM motor. The structure and the operation principle of the existing and proposed motor are described and the major design parameters are optimized for maximum thrust force. Moreover, electromagnetic performances of both motors are compared by finite element method. Theoretical and simulation analysis shows that the proposed motor can exhibit enhanced force performance than the existing one under fixed copper loss. Simultaneously, reduced iron and PM losses can also be obtained by proposed motor. Finally, a three dimensional (3D) modeling MS-LMFM motor is built for a global observation of motor structure and further verification of the two dimensional (2D) analysis.
I. INTRODUCTION
COMPARED WITH traction systems which apply conventional rotary motors, linear induction motors possess the merits to eliminate the bulky rotary-to-linear mechanism [1]. Therefore, numerous energy transformation steps can be reduced. However, linear induction motors suffer from a serious problem of relatively low efficiency. Recently, the utilization of high energy rare-earth permanent magnets (PMs) has significantly improved the efficiency of motor, but it is still insufficient for some high thrust force applications. To solve this problem, magnetic-field modulation effect can be artfully employed in the linear magnetic-field modulated (LMFM) motor to effectively improve the thrust force [2], [3]. In the existing LMFM motor, the PMs and the armature windings are mounted on the short mover and the long stator consists of iron only [4]. Therefore, the existing motor incorporates the merits of high thrust force and low cost simultaneously, which is suitable for long stroke applications. Moreover, appropriate Halbach PM arrays are mounted on the mover surface of existing motor in order to reduce the PM fringing flux leakages. However, the space confliction between the magnetic and electrical loadings should be considered as the main shortcoming of existing motor. This is because its excitation sources, including the PMs and windings, are placed on its limited mover area. In order to alleviate the geometric space confliction between these two kinds of excitation sources, a new mover separated LMFM (MS-LMFM) motor will be proposed in this paper, which effectively separates the PMs and windings on the partitioned movers and its stator is also simple iron core only with salient poles. Therefore, compared with the existing motor, the proposed motor could allow higher electric load and will further improve the thrust force without extra cost, which is more suitable for long stroke applications. In fact, several investigations have been carried out on separation in the conventional rotary PM motors [5], [6], but there is no generally accepted theory concerning employing separation in the LMFM motor. Considering the modulation effect and special motor structure of the LMFM motor, its mover separation deserves attention. The purpose of this paper is to investigate the separation effects on performances of LMFM motor and further highlight the improvements in the proposed motor. This paper is organized as follows. The topology and the operation principle of the existing LMFM and proposed MS-LMFM motor will be briefly described in Section II. Section III will be devoted to introduce the optimization process and investigate the performances of both motors by using finite element (FE) method. In addition, the theoretical analysis of enhanced force in the proposed motor is also given. Furthermore, a three dimensional (3D) modeling MS-LMFM motor will be investigated for global observation of novel motor structure and verification of the two dimensional (2D) FE analysis in Section IV. Finally, conclusions will be summarized in Section V.
1. مقدمه
2. توپولوژی واصل عملیاتی
3.بهینه سازی و تجزیه و تحلیل عملکرد
4. تصدیق و ارزیابی
5. نتیجه گیری
I. INTRODUCTION
II. TOPOLOGY AND OPERATION PRINCIPLE
III. OPTIMIZATION AND PERFORMANCES ANALYSIS
IV. VERIFICATION
V. 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