طراحی جامع و ساخت موتور سنکرون آهن‌ربای دائم با هدف دستیابی به کمترین گشتاور دندانه

موتورهای سنکرون آهن ربای دائم، با توجه به بازدهی بالا، چگالی توان زیاد، رفتار دینامیکی مناسب و کنترل پذیری خوب، گزینه بسیار مناسبی برای کاربردهای صنعتی و از جمله کاربردهای کنترلی هستند. یکی از مشکلات این موتورها وجود گشتاور دندانه است که از برهمکنش بین آهن رباهای روتور و دندانه های استاتور به وجود می آید. این گشتاور باعث ایجاد لرزش و صدا در حرکت موتور می گردد. در کاربردهای کنترلی نیز وجود گشتاور دندانه باعث بروز نوساناتی در حرکت موتور شده و ردیابی دقیق هدف را با مشکل مواجه می کند. بنابراین لازم است موتور به گونه ای طراحی شود که کمترین مقدار گشتاور دندانه را داشته باشد. در این مقاله برای دستیابی به کمترین گشتاور دندانه، ابتدا ساختار کلی موتور از نظر ترکیب شیار/قطب مناسب تعیین می شود و سپس به بهینه سازی شکل آهن ربا که مهمترین عامل در میزان گشتاور دندانه است پرداخته می شود. در این بهینه سازی با استفاده از تحلیل اجزا محدود دو بعدی به طور همزمان دو پارامتر ابعادی آهن ربا بهینه می گردند. موتور طراحی شده، ساخته شده و تست های مربوطه بر روی آن انجام شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی و عملی به یکدیگر نزدیک بوده و نشان می دهد با طراحی انجام شده موتور گشتاور دندانه بسیار ناچیزی دارد.

Comprehensive Design and Fabrication of Permanent Magnet Synchronous Motor to Reach Minimum Cogging Torqu

Permanent magnet synchronous motors (PMSMs) are used in many applications including the control systems due to their high efficiency, high power density, good dynamic behavior, high precision and excellent controllability. One of the PMSM problems is the cogging torque which is made by interaction between PMs and stator teeth. This leads to some noise and vibration of the motor that in control applications leads to fluctuation of the motor from its trajectory when tracking the target point. Hence, the motor should be designed in such a way to have very low cogging torque. In this research to reach this purpose, at first a suitable combination of slot/pole has been selected for the motor. Then, the optimum shape of the magnet has been obtained by using 2D finite element method. For the magnet shape, two important parameters of the magnet are optimized simultaneously. The designed motor has been fabricated and tested. The experimental results validate the simulation results and show that by the presented design the motor has very low cogging torque.