بخشی از مقاله
خلاصه
هدف از این مقاله مقایسه عملکرد موتورهاي شار محوري و شار شعاعی در کاربردهاي سرعت بالا است.موتور شار محوري آهنرباي دائم استاتور میانی - - TORUS به عنوان ساختار شار محوري و موتور جریان مستقیم بدون جاروبک - BLDC - به عنوان ساختار شار شعاعی جهت مطالعه استفاده میشوند.توان خروجی،ولتاژ ورودي،سرعت نامی،تعداد قطب و تعداد شیار استاتور در هر دو ساختار یکسان در نظر گرفته میشود.
عملکرد دو موتور بر اساس حجم،گشتاور خروجی،راندمان و جریان آرمیچر مقایسه می شود.با استفاده از الگوریتم ژنتیک هر دو موتور طراحی میشوند و ابعاد بهینه آنها به منظور استفاده در کاربردهاي سرعت بالا به دست میآید.موتور شار محوري با استفاده از روش المان محدود سه بعدي و موتور شار شعاعی بر اساس روش المان محدود دو بعدي شبیه سازي میشوند و نتایج آنها بررسی میشود.با توجه به نتایج حاصل از بهینه سازي با استفاده از الگوریتم ژنتیک و شبیه سازي با استفاده از نرم افزار المان محدود ساختار مناسب جهت استفاده در کاربردهاي سرعت بالا پیشنهاد میگردد.
1 مقدمه
در سالهاي اخیر موتورهاي شار محوري - - AFMs هدف بسیاري از تحقیقات علمی بودهاند.موتورهایی با ساختار و هندسههاي گوناگون براي کاربردهاي مختلف به عنوان جایگزین موتورهاي شار شعاعی - - RFMs مرسوم پیشنهاد شده است.علاوه بر تفاوتهاي تکنولوژیکی و ساخت،مقایسه موتورهاي شار شعاعی و شار محوري به منظور اینکه متوجه شویم که چه موقع و کجا موتورهاي شار محوري عملکرد بهتري دارند،جالب است.مقایسه کلی بین ساختارهاي شار شعاعی و شار محوري به دلیل تعداد راه حلهاي تکنیکی خیلی زیاد،امکانپذیر نیست؛بنابراین مقایسه براساس دو نوع موتور آهنرباي دایم سنکرون انجام میشود:
-1 موتور شار شعاعی با یک استاتور داخلی و یک روتور بیرونی
-2 موتور شار محوري با یک استاتور داخلی و دو روتور بیرونی در مقالات مختلف مقایسه بین موتور شار شعاعی و شار محوري بر اساس معادلات طراحی انجام شده است.[1-4]این معادلات، گشتاور الکترومغناطیسی موتور را به طول و قطر موتور از طریق ضرایبی که متناسب با بارپذیريهاي ویژه الکتریکی و مغناطیسی هستند،مرتبط میکند.ضرایب و بارپذیريهاي ویژه الکتریکی و مغناطیسی براساس تجربه انتخاب میشوند.
در این مقاله مبناي مقایسه بر اساس نتایج بهینه سازي و شبیه سازي موتورهاي شار شعاعی و شار محوري است.به منظور اینکه دو ساختار را بتوان با یکدیگر مقایسه کرد،توان خروجی،سرعت نامی،ولتاژ ورودي،تعداد قطب و تعداد شیارهاي استاتور در هر دو ساختار یکسان در نظر گرفته شده است. براي طراحی موتورهاي الکتریکی با استفاده از معادلات طراحی،ابعاد اصلی محاسبه میشوند و با استفاده از الگوریتم ژنتیک،ابعاد به دست آمده بهینه میشوند.به منظور انجام بهینه سازي با استفاده از الگوریتم ژنتیک راندمان،جریان استاتور و چگالی گشتاور به عنوان توابع هدف در نظر گرفته میشوند و به منظور حداکثر کردن راندمان و چگالی گشتاور و کمینه کردن جریان استاتور ابعاد هر دو موتور محاسبه میشود.
.2 موتور شار شعاعی آهنرباي دایم بدون جاروبک
مقایسه محدود به موتورهاي شار شعاعی و شار محوري آهنرباي دایم بدون جاروبک با ولتاژ القایی سینوسی و ساختار روتور آهنرباي دایم سطحی NdFeB میشود.هر دو موتور داراي استاتور شیاردار هستند. ساختار شار شعاعی در نظر گرفته شده داراي یک روتور بیرونی و یک استاتور داخلی است.این ساختار به طور گسترده در کاربردهاي صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد و به عنوان یک مرجع عملی در نظر گرفته میشود.
