بررسی تاثیر پارامترهای هندسی و جنس مواد بر نحوه توزیع چگالی میدان مغناطیسی در یک موتور سنکرون مغناطیس دائم از طریق مدلسازی تحلیلی

مدلسازی تحلیلی در مراحل اولیه طراحی ماشین‌های الکتریکی از نظر زمان و دقت، ارزش قابل توجهی دارد. در این مقاله یک روش تحلیلی برای مدل سازی توزیع میدان مغناطیسی در فاصله هوایی و آهنرباهای یک موتور سنکرون مغناطیس دائم مبتنی بر محاسبه بردار پتانسیل اسکالر ارائه شده است. در این مدلسازی که بر اساس روش مدلسازی زیر دامنه ارائه شده است، به منظور کاهش پیچیدگی های مسئله، موتور تحت مطالعه به دو زیردامنه شامل آهنرباها و فاصله هوایی تقسیم و معادلات ماکسول درون این زیردامنه ها با شرایط مرزی مشخص حل شده است و نهایتا دو رابطه تحلیلی وابسته به متغیر های هندسی و جنس مواد بکار رفته در موتور تحت مطالعه به منظور تخمین اندازه چگالی میدان در زیردامنه های فوق ارائه شده است. روش مدل سازی مبتنی بر محاسبه بردار پتانسیل اسکالر و تخمین توزیع چگالی میدان مغناطیسی در هر زیردامنه است که از حل معادلات میدان لاپلاسی/ شبه پواسونی در مختصات قطبی به دست می آید. نتایج به دست آمده از دو منظر حائز اهمیت است، اول اینکه در مدلسازی انجام شده تاثیر تغییر پارامترهای هندسی و جنس مواد بر نحوه توزیع چگالی میدان مغناطیسی در یک موتور سنکرون مغناطیس دائم براحتی قابل بررسی است و از طرفی با توجه به محاسبات پیچیده و زمانبر در نرم افزارهای شبیه سازی المان محدود در محاسبه توزیع میدان های مغناطیسی در ماشین های الکتریکی نتایج بدست آمده نشان می دهد مدلسازی انجام شده برای استفاده در برنامه های طراحی، به منظور اجتناب از این محاسبات طولانی مدت مناسب خواهد بود.

the effect of geometrical parameters and materials on the distribution of magnetic field density in a permanent magnet synchronous motor through analytical modeling

analytical modeling in the early stages of designing electric machines has a significant value in terms of time and accuracy. in this article, an analytical method for modeling the magnetic field distribution in the air gap and magnets of a permanent magnet synchronous motor based on the calculation of the scalar potential vector is presented. in this modeling, which is presented based on the sub-domain modeling method, to reduce the complexity of the problem, the motor under study is divided into two sub-domains, including magnets and air gap, and maxwell’s equations are solved within these sub-domains with specific boundary conditions, and finally, two analytical relationships dependent on the geometrical variables and materials used in the motor under study was presented to estimate the size of the field density in the subdomains. the modeling method is based on the calculation of the scalar potential vector and the estimation of the magnetic field density distribution in each subdomain, which is based on solving the equations of the laplacian/poisson field obtained in polar coordinates. the obtained results are important from two points of view, firstly, in the modeling done, the effect of changing the geometrical parameters and materials on the distribution of the magnetic field density in a permanent magnet synchronous motor can be easily investigated, and on the other hand, due to the complex and time-consuming calculations finite element simulation software in calculating the distribution of magnetic fields in electric machines. the obtained results show that the modeling done is suitable for use in design programs, to avoid long-term calculations by finite element simulations.