بررسي تاثير تغيير شكل مغناطيس‌هاي دائم بر گشتاور دندانه و نيروي محركه القايي يك ژنراتور مغناطيس دائم شارمحوري به كمك روش المان محدود

Analysis of Magnet Shape Effect on Cogging Torque and EMF Waveform of AFPM Generators Using FEM Methods

گشتاور دندانه ماشين‌هاي مغناطيس دائم شارمحور (AFPM) در حالت عادي و در مقايسه با ماشين‌هاي شار شعاعي بالا است. چگالي توان، گشتاور دندانه، مشخصه‌هاي گشتاور سرعت و بازده ازجمله پارامترهايي هستند كه در طراحي ژنراتورها حائز اهميت هستند. در اين مقاله آثار تغيير و انحراف شكل مغناطيس‌هاي دائم روتور بر عملكرد ژنراتور مطالعه شده است. شكل بهينه آهنرباهاي روتور به‌منظور كاهش گشتاور دندانه و به دست آوردن توزيع چگالي شار و درنتيجه EMF القايي تقريباً سينوسي به دست آمده است. به همين منظور با شبيه‌سازي المان محدود يك ژنراتور شار محور مغناطيس دائم 9 فاز با ساختار تك استاتور- تك‌روتور، آثار تغيير و انحراف شكل مغناطيس‌هاي روتور بر عملكرد ماشين مورد تحليل و بررسي قرار گرفته است. براي تحليل ژنراتور طراحي‌شده از روش المان محدود و از نرم‌افزار Flux 11.2 استفاده‌شده است. نتايج مشخصه‌هاي خروجي ژنراتور شار محور در شرايط بي‌باري و بار كامل مورد بررسي و تأثير اعمال روش‌هاي اصلاح روتور و تغيير شكل مغناطيس‌هاي دائم بر عملكرد ماشين مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهد كه با تغيير و انحراف بهينه شكل مغناطيس‌هاي روتور، مي‌توان به يك شكل موج تقريباً سينوسي براي نيروي محركه القايي رسيد. همچنين با كاهش گشتاور دندانه از ميزان ريپل توان خروجي كاسته شده و شكل موج جريان بهبود مي‌يابد.

Axial flux permanent magnet machines (AFPMs) have a higher cogging torque than their radial flux counterparts. Power density, cogging torque, torque-speed characteristics, and the efficiency are the most important parameters in the design of the generators. This study aims to investigate the effects of the rotor magnets deviations which reduce the cogging torque and influence the performance of the AFPM generators. Therefore, the effects of these deviations are thoroughly studied through finite element analysis of a nine-phase single-stator single-rotor AFPM generator. FLUX 11.2 and the finite element method are jointly used to analyze this generator. The simulations are conducted under no load and full load conditions. The results show that with an optimal deviation in the rotor magnet shapes, an almost sinusoidal Electro- Motive- Force (EMF) can be obtained. In addition, reducing the cogging torque leads to output torque ripple reduction. Therefore, the current waveforms are improved.