اثر تعداد دندانه روتور بر عملكرد ماشين شار برگردان دو استاتوره با آهنرباي ارزان‌قيمت

Rotor Tooth Number Effect on the Performance of a Double Stator Flux Switching Motor with Low Cost Magnets

ماشين‌هاي شار برگردان به دليل چگالي گشتاور و توان بالا و همچنين ساده بودن ساختار روتور آن اخيراً موردتوجه زيادي قرارگرفته‌اند. در اين ماشين‌ها سيم‌پيچ آرميچر و سامانه تحريك هر دو بر روي ساختار استاتور قرار مي‌گيرند و روتور فاقد هر نوع سيم‌پيچي، آهن‌ربا يا قفس است. يكي از مشكلات ماشين شار برگردان قيمت بالاي آهن­رباهاي كمياب خاكي آن است كه به مقدار زياد در استاتور آن استفاده‌ شده است. هرچند مي‌توان به‌جاي آهن­رباي كمياب خاكي از آهن­رباي فريت با قيمت حدودي يك‌دهم آن استفاده كرد اما چگالي گشتاور ماشين كاهش مي‌يابد. جهت حل اين مشكل ساختار دو استاتوره پيشنهاد مي‌شود. در اين ماشين نيز همانند ساختار ماشين‌هاي شار برگردان متداول تعداد دندانه‌هاي روتور اثر فراواني روي عملكرد ماشين دارند. لذا در اين مقاله اثر تعداد دندانه‌هاي روتور روي عملكرد ماشين شار برگردان دو استاتوره با آهن­رباي فريت با استفاده از مدل‌سازي و شبيه‌سازي اجزا محدود آن تحت شرايط كار نامي بررسي مي‌گردد. در انتها جهت ارزيابي صحت نتايج شبيه‌سازي يك نمونه آزمايشگاهي از بهترين ساختار با بيشينه گشتاور توليدي، ساخته و آزمايش مي‌شود. نتايج آزمايش، صحت نتايج شبيه‌سازي را با دقت قابل‌ملاحظه‌اي تائيد مي‌نمايد.

Flux switching (FS) machines have recently received much attention because of their high torque density and their simple rotor structure. In these machines, the armature coil and excitation system are both mounted on the stator structure, and there is no coil, magnet or cage on the rotor. One of the drawbacks of the FS machines is the employment of large amounts of expensive rare earth magnets in their stator structure. Although ferrite permanent magnets can be used instead of rare earth magnets with about one tenth of the price, but the machine torque density is reduced. To solve this problem double stator structures are suggested. In machines with this structure, as in the conventional FS machines, the number of rotor teeth has a significant effect on machine’s performance. Therefore, in this paper, the effect of rotor topology on the performance of a double stator ferrite magnet FS machine is investigated using finite element modeling and simulation under nominal operating conditions. Finally, to evaluate the accuracy of simulation results, a prototype of the best structure with maximum torque is manufactured and tested. The test results confirm the correctness of the simulation results with considerable accuracy.