Abstract
Transverse-flux motors have an advantage on realizing high torque density owing to their compatible design of a large number of poles and large magnetomotive force. However, many permanent magnets are required with increasing number of the poles, and that results in a big exertion for building magnet arrays. Thus, we have studied transverse-flux motors with a consequent-pole rotor having almost half amount of magnets compared with conventional magnet rotors. However, the consequent poles cause large cogging torque due to their deformed flux-density distribution. This paper presents magnetic-pole configuration for effectively reducing the cogging torque and its verification by magnetic analysis even though axially skewed configuration, commonly used, is difficult to be applied to transverse-flux motors due to their axially non-uniform structure. In this paper, radially skewed and unequally distributed configurations are introduced to the armature cores for eliminating the two most dominant harmonic components of the cogging torque. Analysis result indicates each configuration can eliminate the harmonic components selectively and effectively, and magnitude of the cogging torque decreases by 97.6%. These configurations can be applied to a wide variety of transverse-flux motors for eliminating any harmonic order of cogging torque, and can be considered to be promising techniques for realizing high torque density
چکیده
موتورهای شار متقاطع دارای این مزیت هستند که چگالی گشتاور بالایی را به‌واسطه طراحی فوق‌العاده‌شان با تعداد زیادی قطب و نیروی محرکه مغناطیسی زیاد، تولید می‌کنند. اما آهنرباهای دائمی زیادی با افزایش تعداد قطب‌ها مورد نیاز خواهد بود که در نتیجه ساخت یک آرایه آهنربایی، کار دشواری است. از این رو، ما به مطالعه موتورهای شار متقاطع با یک روتور قطب متوالی پرداخته‌ایم که دارای حدود نصف آهنربا در مقایسه با روتورهای مغناطیسی متداول است. اما، قطب‌های متوالی باعث بروز گشتاور اولیه بزرگی می‌شود که ناشی از توزیع چگالی شار و تغییر شکل این شار می‌باشد. این مقاله ساختار قطب مغناطیسی را به‌منظور کاهش مؤثر گشتاور اولیه ارائه کرده و استفاده از این ساختار را با کمک تحلیل مغناطیسی حتی با وجود ساختار مورب محوری در این نمونه، در کاربردهای مختلف موتورهای شار متقاطع که مستلزم ساختارهای غیریکنواخت هستند، به اثبات می‌رساند. در این مطالعه، ترکیب‌های توزیع شده غیریکنواخت و مورب برای هسته‌های آرمیچر معرفی می‌شود که هدف از این ترکیب‌ها، حذف دو مؤلفه هارمونیکی غالب در گشتاور اولیه است. تحلیل نتایج نشان می‌دهد که هر ترکیب می‌تواند مؤلفه‌های هارمونیکی را به صورت انتخابی و مؤثر حذف کند، و دامنه گشتاور اولیه را به میزان 97.6% کاهش دهد. این ترکیب‌ها می‌توانند برای انواع مختلفی از موتورهای شار متقاطع به‌منظور حذف مؤلفه‌های هارمونیکی گشتاور اولیه استفاده شده و همچنین می‌توان این روش را از روش‌های قابل‌اعتماد برای افزایش چگالی گشتاور، برشمرد.
1-مقدمه
موتورهای الکترومغناطیسی برای رنج وسیعی از کاربردهای صنعتی به‌واسطه دارا بودن بازدهی انرژی بالا و قابلیت کنترل‌پذیری، استفاده می‌شوند. این موتورها اغلب مستلزم داشتن چگالی گشتاور زیادی از نقطه‌نظر تولید گشتاور کافی در فضای نصب محدود می‌باشد.
موتورهای شار متقاطع برای تولید گشتاور زیاد که ناشی از طراحی آن‌ها با تعداد قطب زیادی و داشتن نیروی محرکه مغناطیسی بزرگ می‌باشد، مناسب هستند. در این نوع از موتورها، کویل های آرمیچر را می‌توان به‌گونه‌ای چیدمان کرد که بین دندانه‌های مجاور هسته‌های آرمیچر و به صورتی متفاوت با موتورهای متداول با محورهای یکنواخت قرار گیرند. از این رو، این موتورها را می‌توان به‌گونه‌ای طراحی کرده که دارای قابلیت بارگذاری زیادی باشند حتی در شرایطی که طول گام قطب آن‌ها به خاطر ساختار چندقطبی بودن، کوتاه‌تر باشد....