This study presents the design and performance analysis of a prototype axial-flux permanent-magnet (AFPM) synchronous machine. First, the design of AFPM machine is optimised by genetic algorithm based sizing equation and finite element analysis. The design objectives of this machine are maximum power density, minimum total harmonic distortion (THD) of the sinusoidal back-electromotive force (back-EMF) waveform and low cogging torque. Based on the optimized design of the machine a prototype 1 kW, three-phase, 50 Hz, four-pole AFPM synchronous machine is built. Then, the performance of the prototype machine is tested to see the cogging torque, torque–speed characteristic, efficiency and the THD of the induced voltage. It is found that the prototype machine validates the design in terms of high-power density, lowest possible THD of the back-EMF, low cogging torque while maintaining high efficiency

چکیده

این مطالعه، طراحی و عملکرد نمونه‏ ی اولیه‏ ی یک ماشین سنکرون مغناطیس دائم با شار محوری (AFPM) را ارائه می دهد. در ابتدا، طراحی ابعاد ماشین (AFPM) با استفاده از الگوریتم ژنتیک بر مبنای معادله‏ ی مربوط به سایز و آنالیز جزء محدود، بهینه می‏شود. هدف‏ های طراحی این ماشین، ماکزیمم چگالی توان، حداقل اعوجاج هارمونیکی کلی (THD) مربوط به شکل موج سینوسی نیروی محرکه‏ ی برگشتی و مینیمم کردن گشتاور چرخ دنده است. بر اساس طراحی‏ های بهینه یک نمونه‏ ی 1 KW، سه فاز، 50 HZ و چهار قطبی از AFMP ساخته شد. سپس عملکرد ماشین نمونه از دید گشتاور چرخ دنده، مشخصه‎‏ی گشتاور-سرعت، کارایی و THD ولتاژ القا شده ارزیابی شده است و مشخص شد که ماشین نمونه دارای چگالی توان بالا، کمترین THD ممکن نیروی محرکه‏ ی برگشتی و گشتاور چرخ دنده کم در حین داشتن کارایی بالا است

1-مقدمه

در سال‏ های اخیر، موتورهای مغناطیس دائم در بین محققان محبوبیت پیدا کرده است، چون بسیار کارایی دارند، چگالی توان بالایی دارند و نسبت گشتاور به اینرسی قدرتمند و زیادی دارند. با ظهور مغناطیس‏ های دائم پر انرژی، تکنولوژی نیمه هادی، الگوریتم‏ های مدرن کنترل و قیمت‏های پردازنده‏ های سیگنال دیجیتال، محققان از موتورهای مغناطیس دائم برای مصارف کوچک تا کاربردهای صنعتی با عملکرد بالا استفاده می‏کنند. موتورهای مغناطیس دائم در شکل های مختلفی وجود دارند، که از بین آن‏ها می‏توان به نوع دیسکی و شار محوری (AFMP) در ساختارهای مختلف اشاره کرد. نسبت گشتاور به حجم بالا، کارایی عالی و ساختار صاف موتور AFMP را برای کاربردهای نظامی و حمل و نقل مناسب می‏کند...