This paper presents a new method to minimize the torque ripple of a 3-phase, 6-slot, and 4-pole mutually coupled switched reluctance motor (MCSRM 6/4). The difference between a MCSRM and a classical SRM is their winding configuration. In a MCSRM, the mutual inductances are no longer neglectable when compared to self inductance. On the contrary, due to mutual inductances, the MCSRM can produce higher average torque than a classical SRM. A literature review is firstly performed to identify the source of high torque ripple level of a MCSRM. Then, the method using punching holes in rotor poles to modify the waveforms of flux as well as derivatives of inductances with respect to rotor position (dL/d and dM/d ) is proposed. Using the 2-D finite-element method (FEM), the influence of dimensions of punching hole on the electromagnetic performances (average torque and torque ripple) is analyzed. The two MCSRM are supplied by three-phase sine wave currents, and comparisons in terms of average torque and torque ripple versus RMS current density are also carried out. In order to make sure that the presence of punching holes does not cause mechanical problems, some mechanical studies are performed. Finally, experimental tests are also realized to validate numerical results obtained by 2-D FEM

چکیده

این مقاله یک روش جدید برای حداقل کردن ریپل گشتاور موتور سوئیچ رلوکتانسی 3فاز 6 شیاره­ی 4 قطب با کوپل متقابل (MCSRM 6/4) ارائه می­دهد. تفاوت بین MCSRM و SRM معمولی در آرایش سیم­ پیچی­های آنهاست. در یک MCSRM، اندوکتانس متقابل در مقابل اندوکتانس خودی قابل صرف نظر کردن نیست. در مقابل، به دلیل اندوکتانس­های متقابل، MCSRM می­تواند گشتاور متوسط بیشتری نسبت به SRM معمولی تولید کند. ابتدا برای تعیین ریشه­ ی بالا بودن سطح ریپل گشتاور در MCSRM مروری بر منابع انجام شده است. سپس جهت اصلاح شکل موج شار، روشی با استفاده از ورق شیاردار در قطب­های روتور به همراه مشتق­ های اندوکتانس نسبت به موقعیت روتور (dL/d و dM/d) ارائه شده است. با استفاده از روش المان محدود دو بعدی (FEM)، تاثیر ابعاد ورق شیاردار روی کارایی­ های الکترومغناطیسی (گشتاور متوسط و ریپل گشتاور) بررسی شده است. دو MCSRM بوسیله­ ی جریان­های سینوسی سه فاز تغذیه شده و مقایسه­ ی گشتاور متوسط و ریپل گشتاور آنها بر حسب چگالی جریان موثر انجام شده است. برای اطمینان از اینکه ورق شیاردار منجر به مشکلات مکانیکی نشود، بعضی مطالعات مکانیکی انجام شده است. در نهایت، آزمایشات تجربی نیز صحت نتایج عددی به دست آمده از 2-D FEM را تائید کردند.

1-مقدمه

 ماشین­ های سوئیچ رلوکتانسی (SRMها) به دلیل چگالی گشتاور بالا، سادگی، استحکام و هزینه­ ی ساخت پایین، توجه زیادی را در کاربردهای درایوهای با بازدهی بالا به خود جلب کرده ­اند. SRMها بدون نیاز به هیچ­ گونه آهنربای دائمی و سیم­ پیچ­های القایی، توانایی کار در همان محیط­ های خشن از جمله شرایط دمای بالا و سرعت زیاد را دارند. این ویژگی­ ها SRMها را به گزینه­ ی مناسبی برای کاربردهای خودروهای الکتریکی هیبریدی و هوافضایی در دو دهه­ ی اخیر تبدیل کرده است. به هر حال، به دلیل ساختار برجسته­ ی دوگانه­ ی آنها، SRMها لرزش و نویز صوتی بیشتری نسبت به ماشین­ های آهنربای دائمی و ماشین­ های القایی دارند. جهت کاهش انتشار نویز و بهبود بازدهی الکترومغناطیسی SRMها، راه ­حل­های متعددی مورد مطالعه قرار گرفته­ اند: بهینه­ سازی ساختار موتور، فرم­ دهی شکل موج­ های جریان و بهینه­ سازی استراتژی­ های کنترل. به ویژه با توسعه­ ی فناوری­ های مواد و الکترونیک، برخی روش­ های جدید مانند محرک­ های پیزوالکتریک برای کاهش قابل ملاحظه­ ی لرزش و نویز صوتی به کار گرفته شده ­اند...