Redução da massa do motor de fluxo axial com resfriamento aprimorado.
O objetivo do trabalho é a comparação das estruturas de motores de fluxo axial versus as estruturas convencionais de fluxo radial (RF) para motores síncronos PM. O procedimento de comparação é baseado em considerações térmicas simples. Duas tipologias de motor são escolhidas e comparadas em termos de torque eletromagnético entregue. A comparação é desenvolvida para diferentes dimensões do motor e a influência do número de pólos é posta em evidência. O artigo relata o procedimento completo de comparação e a análise dos resultados relacionados. Os resultados obtidos mostram que, quando o comprimento axial é muito curto e o número de pólos é alto, os motores de fluxo axial podem ser uma alternativa atraente às soluções convencionais de fluxo radial.
Métodos e aparelhos são fornecidos para motores de fluxo axial. O aparelho compreende um estator com bobinas para produzir um campo magnético, um rotor girado pelo campo magnético e um eixo de saída acoplado ao rotor. O rotor inclui um componente magnético e não magnético. O componente não magnético tem uma densidade menor que o componente magnético. Um ou ambos os componentes do rotor têm aberturas para ventilação e redução de peso. Os ímãs permanentes são desejavelmente montados no componente magnético do rotor voltado para o estator e as porções do rotor atrás dos ímãs permanentes são ocas para serem mais finas do que as porções do rotor entre os ímãs permanentes. Isso reduz o peso do rotor sem afetar significativamente a densidade dos motores de fluxo axial magnético no rotor ou no torque do motor.
Motor elétrico de fluxo axial compreendendo um rotor e um primeiro e segundo estator. O primeiro e o segundo estatores têm um primeiro e segundo entreferro localizados entre o primeiro e o segundo estatores e o rotor, respectivamente, e o segundo entreferro é maior que o primeiro entreferro. Em uma modalidade, as bobinas do primeiro estator e as bobinas do segundo estator estão em paralelo. O motor compreende ainda interruptores que energizam alternadamente as bobinas do primeiro estator e do segundo estator com base no torque necessário e na velocidade necessária do motor. Em uma segunda modalidade, as bobinas do primeiro estator e as bobinas do segundo estator estão em série e o motor compreende ainda interruptores que desviam seletivamente das bobinas do segundo estator para reduzir a EMF traseira do motor e aumentar o máximo velocidade do motor a uma dada tensão de entrada.
Apresentamos projetos dedicados de formas de onda de corrente ideais para motores de roda de motores de fluxo axial tipo disco. O motor de roda dedicado de quatro fases foi projetado e instalado diretamente dentro da roda de veículos elétricos sem diferenciais mecânicos e engrenagens de redução. Realizamos uma otimização orientada ao torque para obter a forma de onda de corrente ideal sujeita a várias restrições para a estrutura de enrolamento independente. Descobrimos que a melhor forma de onda ideal com torque maximizado e perda ôhmica confinada é proporcional à variação do fluxo magnético no entreferro entre o estator e o rotor e tem a mesma forma que a força eletromotriz (EMF). Este achado é confirmado por análises teóricas e numéricas. Como esperado, a forma de onda de controle de corrente do back-EMF extraída por experimentos apresenta o melhor desempenho em termos de torque máximo e eficiência do motor.
Como os motores de indução de fluxo axial (AFIMs) têm muitas vantagens sobre os de fluxo radial (convencionais), eles são cada vez mais utilizados em aplicações industriais. Portanto, sua previsão de desempenho é uma questão importante. Por outro lado, a estimativa de parâmetros é uma parte inseparável da previsão de desempenho. Neste artigo, é apresentado um novo método, baseado na corrente de descarga dos enrolamentos do estator. No método proposto, as correntes de descarga teóricas e práticas são comparadas para calcular coeficientes, constantes de tempo e parâmetros. Em seguida, os parâmetros calculados são empregados no modelo dq do AFIM. Finalmente, a análise de elementos finitos 3-D e testes experimentais são usados para verificar o método proposto.
Dois casos de projeto e análise de um motor de ímã permanente de fluxo axial com partida em linha: com rotor sólido e com rotor composto. Para uma nova estrutura do motor, dois anéis elevados concêntricos espaçados de um nível são adicionados aos raios interno e externo de seus rotores para permitir a capacidade de partida automática. O rotor composto foi revestido por uma fina camada (0.05 mm) de cobre. As equações básicas para o anel de rotor sólido foram extraídas. A falta de simetria do motor exigiu uma análise de elementos finitos de passo de tempo 3D, realizada via Vector Field Opera 14.0, que avaliou os parâmetros de projeto e previu o desempenho transitório do motor. Os resultados da FEA mostram que o rotor composto melhora significativamente o torque de partida e a capacidade de sincronização em relação ao rotor sólido.
A distribuição do campo magnético para um motor DC sem escovas, trifásico, tipo disco, de ímã permanente, com fluxo coaxial no estator. Os cálculos são realizados usando o método dos elementos finitos 3-D (FEM). O torque eletromagnético é determinado a partir do tensor de tensão de Maxwell. Para comparação, várias dimensões de ímãs permanentes, sapatas polares e entreferro são analisadas. Mostra-se que o torque de ondulação pode ser efetivamente reduzido por uma largura apropriada de ímã permanente e comprimento de entreferro. Os resultados da simulação estão de acordo com os dados experimentais obtidos do motor protótipo.
O motor de histerese de fluxo axial (AFHM) é um motor síncrono de partida automática que usa as características de histerese de materiais magnéticos. Sabe-se que as características magnéticas do motor de histerese podem ser facilmente afetadas pela variação do entreferro e das dimensões da estrutura. O comprimento do entreferro desempenha um papel importante na distribuição de fluxo no anel de histerese e influencia o torque de saída, a corrente terminal, a eficiência e até mesmo o valor ideal de outros parâmetros estruturais do AFHM. Em relação a esta questão, neste estudo é investigado o efeito da variação do entreferro nas características de desempenho de um motor de histerese de fluxo axial e o efeito do comprimento do entreferro na espessura do anel de histerese e nas voltas do enrolamento do estator. O efeito do comprimento do entreferro no modelo do circuito elétrico é examinado. Por fim, a simulação do AFHM para extrair os valores de saída do motor e a análise de sensibilidade na variação do entreferro é feita usando o Modelo de Elementos Finitos 3D. O laço de histerese na forma de uma elipse inclinada é adotado. Este estudo pode auxiliar os projetistas na abordagem do projeto de tais motores.
Motor de fluxo axial de rotor duplo de baixo custo (DRAFM) com núcleo de composto magnético macio (SMC) de baixo custo e ímãs permanentes de ferrite (PMs). A topologia e o princípio de operação do DRAFM e as considerações de projeto para o melhor uso de materiais magnéticos são apresentados. Um DRAFM de 905W 4800rpm foi projetado para substituir o motor síncrono de ímã permanente NdFeB (PMSM) de alto custo em um compressor de geladeira. Usando o método dos elementos finitos, os parâmetros eletromagnéticos e o desempenho do DRAFM operado sob o esquema de controle orientado ao campo são calculados. Através da análise, mostra-se que os materiais SMC e ferrite PM podem ser bons candidatos para aplicações de motores elétricos de baixo custo.
Motores síncronos Axial Flux Interior PM (AFIPM), como candidatos a acionamentos de carros elétricos de pequeno porte, são apresentados neste trabalho. Os efeitos dos parâmetros do motor no desempenho do torque do motor são examinados pela análise das trajetórias da corrente do estator no plano (id-iq). Os parâmetros do motor AFIPM são projetados por esta análise para fazer com que a capacidade de potência do motor corresponda aos requisitos de torque, considerando a corrente do inversor e os limites de tensão CC. plano. Mostra-se que a escolha adequada dos parâmetros do motor é uma troca entre os parâmetros para obter a característica de operação ideal para o controle ideal em uma ampla faixa de velocidade e os parâmetros para obter o alto torque de operação em baixa velocidade. Por fim, são apresentadas algumas considerações de projeto e os resultados da simulação para um acionamento de motor síncrono AFIPM de 180V (tensão do barramento CC) de 10kW para veículos elétricos.
A tração de um veículo elétrico (EV). A unidade de potência é um Motor Síncrono de Ímã Permanente (PMSM) pilotado pelo controle trapezoidal, estratégia. Os modelos do veículo elétrico, do motor baseado na identificação de elementos finitos e do acionamento, são implementados em Matlab/Simulink 7.1. O controle é assegurado por quatro malhas fechadas, uma para regulação de velocidade e outras três para regulação de correntes. Os resultados da simulação mostram a eficácia do controle trapezoidal para os sistemas de tração elétrica.
Um motor de indução de fluxo axial contendo laminados e materiais compósitos magnéticos macios é descrito. Ao combinar esses dois materiais, o motor de indução de fluxo axial obtém um espaço volumétrico limitado, incluindo uma altura limitada, e uma saída de torque suave, incluindo uma ondulação limitada. O motor de indução de fluxo axial também contém barras de rotores inclinadas. Essas barras inclinadas suavizam as pulsações de torque do motor de indução, aumentando a eficiência da operação do motor.
O desenvolvimento de um "compensação peso-potência" aplicável a veículos de alto desempenho e potência limitada. A teoria é então aplicada ao caso do veículo elétrico para justificar a busca de um projeto de motor "na roda". Os benefícios singulares da geometria de fluxo axial são discutidos com referência aos requisitos particulares de motores elétricos para aplicações veiculares. O processo básico de projeto, construção e resultados de teste para um motor montado em uma roda de 26 polegadas para conduzir um veículo de 260 kg de peso total são apresentados. Com uma potência de saída de 1 kW, a velocidade atingível do veículo é de 72 km/h, correspondendo a uma velocidade motor/roda de 578 r/min e torque de 16.5 Nm, com uma eficiência motora estimada de 94%.
Aplicamos o design ideal multiobjetivo a um motor de roda CC sem escovas. O motor de ímã permanente de fluxo axial resultante tem alta relação torque-peso e eficiência do motor e é adequado para aplicações de rodas de acionamento direto. Como o motor da roda do tipo disco está embutido no cubo da roda, não são necessárias engrenagens de transmissão ou diferenciais mecânicos e, assim, a eficiência geral é aumentada e o peso é reduzido. O motor dedicado foi modelado em circuitos magnéticos e projetado para atender às especificações de um esquema de otimização, sujeito a restrições como espaço limitado, densidade de corrente, saturação de fluxo e tensão de acionamento. Neste artigo, duas configurações diferentes de motores de três e quatro fases são ilustradas. Análises de elementos finitos são então realizadas para obter as características eletromagnéticas, térmicas e modais do motor para modificação e verificação do projeto preliminar. As forças eletromotrizes de protótipos são examinadas para estratégias de controle de formas de onda de condução de corrente.
Características originais, como compacidade e leveza, tornam as máquinas de ímã permanente de fluxo axial sem slot (AFPMs) elegíveis para aplicação em acionamentos de motores de grande potência dedicados ao acionamento direto de hélices de navios. Este artigo discute características de AFPMs projetados para aplicação em propulsão marítima, e desempenhos de máquinas como eficiência, peso e densidade de torque são avaliados para comparação com os de máquinas síncronas convencionais. Um arranjo modular recém-concebido do enrolamento do estator da máquina é proposto e os resultados experimentais retirados de um protótipo de máquina de pequeno porte são finalmente mostrados.
Em acionamentos de motores de veículos elétricos (VE), a utilização de um motor de baixa velocidade acoplado diretamente ao eixo da roda permite a redução do peso do veículo e uma melhora na eficiência de acionamento. Os motores PM de fluxo axial sem ranhuras são particularmente adequados para tal aplicação, pois podem ser projetados para alta relação torque-peso e eficiência. Este trabalho trata de um protótipo de motor PM de fluxo axial de 16 polos que é utilizado no acionamento de propulsão de uma scooter elétrica. O protótipo do motor tem torque máximo de 45 Nm, peso de materiais ativos de 6.8 kg e é acoplado diretamente à roda traseira da scooter. O artigo discute o projeto e a construção do protótipo do motor e relata resultados experimentais obtidos a partir de testes de laboratório. Finalmente, são fornecidos detalhes sobre a disposição do acionamento do motor da scooter.
O desenvolvimento de aeronaves totalmente elétricas permitiria veículos mais eficientes, silenciosos e ecologicamente corretos e contribuiria para a redução global das emissões de gases de efeito estufa. No entanto, os motores elétricos convencionais não atingem uma densidade de potência alta o suficiente para serem consideradas em aplicações aéreas. Materiais supercondutores de alta temperatura a granel (HTS), como as pastilhas YBCO, têm a capacidade de prender o fluxo magnético, comportando-se como ímãs permanentes. Dados experimentais mostram que uma pastilha YBCO de domínio único pode prender até 17 T a 29 K, o que permite o projeto de motores de densidade de potência muito alta que podem ser usados na propulsão de aeronaves. Projetamos um motor supercondutor baseado em uma configuração de fluxo axial e composto por seis placas YBCO magnetizadas por uma bobina supercondutora enrolada na parte externa do motor. A máquina homopolar de seis polos usa uma armadura resistiva de entreferro convencional. A configuração de fluxo axial permite que vários rotores e estatores sejam empilhados juntos e, portanto, permite o uso de um ou vários ímãs permanentes convencionais.
Construção de dois protótipos gêmeos de acionamentos de motor de imã permanente de fluxo axial sem slot desenvolvidos em conjunto pela SIMINOR Ascenseurs e pela Universidade de Roma para aplicação em sistemas de elevadores de acionamento direto sem casa de máquinas. Cada protótipo de motor de acionamento direto por polia é avaliado em 5 kW, 95 rev/min, e tem uma altura de eixo de 380 mm e espessura axial total de cerca de 80 mm. O projeto da máquina baseado em especificações incomuns e soluções originais de fabricação adotadas para o arranjo de elevador de acionamento direto proposto são discutidos ao longo do artigo, incluindo as dimensões e características principais dos motores protótipos. Por fim, são relatados os resultados experimentais retirados dos protótipos da máquina.
Um conjunto de unidade de energia que tem um par de motores elétricos de fluxo axial espelhados tendo um eixo de rotação comum, cada motor de fluxo axial incluindo um rotor disposto em um eixo de rotor e pelo menos um estator disposto em relação operacional com o referido rotor. Uma placa de extremidade comum é disposta entre cada par de motores elétricos de fluxo axial para fornecer uma estrutura de montagem comum, enquanto um cubo de saída é acoplado operativamente a cada eixo de rotor do par de motores elétricos de fluxo axial espelhados. Cada um do par de motores elétricos de fluxo axial espelhado é configurado operativamente para fornecer velocidade e torque independentes a cada cubo de saída associado.
Características originais, como compacidade e leveza, tornam as máquinas de ímã permanente de fluxo axial sem slot (AFPMs) elegíveis para aplicação em acionamentos de motores de grande potência dedicados ao acionamento direto de hélices de navios. O artigo discute as características dos AFPMs projetados para a aplicação de propulsão marítima. Um arranjo modular recém-concebido do enrolamento do estator da máquina é proposto e os resultados experimentais obtidos de um protótipo de máquina de pequeno porte são finalmente fornecidos.
Análise e experimento de um motor de corrente contínua sem escova (BLDC) de ímã permanente de fluxo axial (AFPM) com torque de cogging minimizado. Recentemente, muitos projetos ótimos para o motor AFPM foram feitos por análise de elementos finitos (FE), mas essa análise geralmente é demorada. Neste estudo, a equação das linhas de fluxo magnético existentes entre PMs e núcleos é assumida matematicamente e o torque mínimo de cogging é calculado teórica e geometricamente sem análise de EF. A forma da equação é assumida como um polinômio de segunda ordem neste artigo. O ângulo de inclinação que faz com que o torque de cogging seja minimizado é calculado teoricamente, e o valor do torque de cogging mínimo é confirmado por análises e experimentos de FE. Na análise teórica, o torque de engrenagem máximo de um motor AFPM proposto tem o menor valor aproximadamente em um ângulo de inclinação de 4 e esse valor é aproximadamente o mesmo que os da análise e experimentos FE. Comparado com o motor não inclinado, o torque de engrenagem do motor inclinado pode ser diminuído.
Um projeto ótimo multiobjetivo de um motor de roda de fluxo axial tipo disco sem escova e suas formas de onda de corrente ideais são apresentados neste artigo. Este motor dedicado é modelado em circuitos magnéticos e projetado para atender às especificações de um esquema de otimização, sujeito a restrições, como espaço limitado, densidade de corrente, saturação de fluxo e tensão de acionamento. A otimização orientada ao torque é então realizada para obter a forma de onda de corrente ideal sujeita a várias restrições para a estrutura de enrolamento independente. A melhor forma de onda ótima com torque maximizado e perda ôhmica confinada é proporcional à variação do fluxo magnético no entreferro entre o estator e o rotor, que se verifica a mesma forma.
Existe uma variedade de técnicas para reduzir o torque de engrenagem de máquinas PM de fluxo radial convencionais. Embora algumas dessas técnicas possam ser aplicadas a máquinas de fluxo axial, o custo de fabricação é especialmente alto devido à construção exclusiva do estator da máquina de fluxo axial. Consequentemente, novas técnicas de baixo custo são desejáveis para uso com máquinas PM de fluxo axial. Este artigo apresenta uma nova técnica de minimização de torque de cogging para motores PM de ímã de superfície de rotor múltiplo de fluxo axial. Primeiro, os princípios básicos da nova técnica são explorados neste artigo. Uma máquina do tipo disco magnético de superfície de fluxo axial de 3 kW e 8 polos com rotor duplo-estator simples é então projetada e otimizada para aplicar o novo método proposto. A otimização do arco de pólo magnético adjacente que resulta em torque mínimo de engrenagem, bem como a avaliação do efeito no torque máximo disponível usando análise de elementos finitos 3D (FEA) é investigada. O torque de engrenagem minimizado é comparado com vários dados reais da máquina existentes e algumas conclusões importantes são tiradas.
Minimizar o torque de engrenagem no projeto de motores de ímã permanente de fluxo axial (AFPM) é uma das principais questões que devem ser consideradas durante o processo de projeto. Este artigo apresenta várias técnicas econômicas de distorção magnética para minimizar os componentes de torque de engrenagem em motores AFPM de rotor duplo. Os métodos de minimização de torque de deformação do lado do rotor são examinados em detalhes com foco principal na abordagem de inclinação magnética, e várias técnicas alternativas de inclinação de custo-benefício são propostas. Uma comparação detalhada das abordagens de distorção magnética é fornecida. Um protótipo de motor AFPM com diferentes estruturas de rotor é construído com base nas análises. As análises são então validadas com resultados experimentais e explora-se a influência do componente de torque de cogging na qualidade do torque de motores AFPM. Os resultados confirmam que as abordagens de inclinação magnética propostas podem reduzir significativamente o componente de engrenagem em oposição ao motor AFPM de referência com ímãs não inclinados e ajudar a melhorar a qualidade do torque dos motores de disco.
Diferentes abordagens de medição e identificação aplicadas a uma máquina síncrona de ímã permanente (PM) não convencional, a saber, o novo motor síncrono de fluxo axial interior PM (AFIPM). A geometria não convencional do motor AFIPM requer uma discussão dedicada sobre o assunto de identificação de parâmetros. No artigo, são apresentados o teste de resposta em frequência de parada e o teste de resposta em tempo de parada no protótipo AFIPM. Com base nesses testes, os parâmetros do circuito dos eixos d e q são escolhidos. Para confirmar a validade dos testes de parada, os testes de carga também foram realizados. Além disso, os testes de carga fornecem alguns resultados preliminares de desempenho da máquina AFIPM e informações adicionais sobre os fenômenos de saturação. Os parâmetros dos circuitos equivalentes dos eixos d e q obtidos pelas medições realizadas são analisados e comparados. Por fim, é selecionado o modelo de máquina AFIPM mais adequado.
Um novo motor síncrono PM de fluxo axial interior (AFIPM) para aplicações de motores de roda é apresentado. Devido à nova estrutura do rotor anisotrópico, o motor AFIPM pode fornecer potência constante com operação de enfraquecimento de fluxo. A construção do rotor é viável apenas usando materiais magnéticos macios em pó. O procedimento de projeto proposto utiliza o método dos elementos finitos (MEF) além das regras clássicas de projeto de motores elétricos. Dados completos de projeto do protótipo em estudo são apresentados e a etapa de fabricação do protótipo também é descrita. Os valores calculados dos parâmetros da máquina são comparados com os valores determinados com base em medições experimentais. Finalmente as características do motor protótipo são determinadas e apresentadas.
À medida que a tecnologia de aeronaves está se movendo para uma arquitetura mais elétrica, o uso de motores elétricos em aeronaves está aumentando. Os motores BLDC de fluxo axial (motores CC sem escovas) estão se tornando populares em aplicações aeronáuticas devido à sua capacidade de atender à demanda de peso leve, alta densidade de potência, alta eficiência e alta confiabilidade. Motores BLDC de fluxo axial, em geral, e motores BLDC de fluxo axial sem ferro, em particular, possuem indutância muito baixa. Na maioria das novas aplicações de aeronaves mais elétricas, o motor BLDC precisa ser acionado a partir de um barramento de 300 ou 600 Vdc. Nesses casos, principalmente para operação a partir do barramento de 600 Vcc, são utilizados inversores baseados em transistor bipolar de porta isolada (IGBT) para acionamento do motor BLDC. Os inversores baseados em IGBT têm limitações no aumento da frequência de comutação e, portanto, não são muito adequados para acionar motores BLDC com baixa indutância de enrolamento. Neste estudo, um inversor NPC de três níveis é proposto para acionar motores BLDC de fluxo axial.
A redução de tamanho tornou-se um dos aspectos mais importantes do projeto do motor. Este artigo apresenta um motor de fuso de fluxo axial miniatura com um enrolamento de placa de circuito impresso (PCB) romboidal. O desenho de sua estrutura mecânica visa eliminar qualquer espaço desnecessário. Antes da prototipagem, a geometria do motor é calculada usando um modelo analítico aproximado, o que ajuda a acelerar o processo de projeto. O enrolamento de PCB flexível representa uma fonte de excitação eletromagnética ultrafina onde as bobinas são enroladas em forma romboidal para reduzir o comprimento do enrolamento final e minimizar a perda de cobre. O processo de design também incorpora análise de elementos finitos para posterior avaliação e refinamento de desempenho. O motor proposto é prototipado e é encontrada uma excelente concordância entre simulação e medição.
Formas de onda de corrente ideais para motores de roda de fluxo axial tipo disco. O motor de roda dedicado de quatro fases foi projetado e instalado diretamente dentro da roda de veículos elétricos sem diferenciais mecânicos e engrenagens de redução. Realizamos uma otimização orientada ao torque para obter a forma de onda de corrente ideal sujeita a várias restrições para a estrutura de enrolamento independente. Descobrimos que a melhor forma de onda ideal com torque maximizado e perda ôhmica confinada é proporcional à variação do fluxo magnético no entreferro entre o estator e o rotor e tem a mesma forma que a força eletromotriz (EMF). Este achado é confirmado por análises teóricas e numéricas. Como esperado, a forma de onda de controle de corrente do back-EMF extraída por experimentos apresenta o melhor desempenho em termos de torque máximo e eficiência do motor.
