Ин таҳқиқот барои пешгӯии кори электромагнитии мошини барқии доимимагнити дорои зичии баланди момент ва тартиби сесегментаи Halbach як модели гибридии аналитикӣ таҳия мекунад, то дар ҳар қадами тарҳрезӣ ба таҳлили муфассали унсурҳои ниҳоӣ, ки вақти дарози ҳисоб талаб мекунад, муроҷиат кардан лозим набошад. Модел усули зерсоҳа (Subdomain Method, SM)-ро бо занҷири эквивалентии магнитӣ (Magnetic Equivalent Circuit, MEC) муттаҳид мекунад ва ғайр аз самти махсуси магнитшавии магнитҳои Halbach, ғайрихаттии ядрои оҳан ва ҷараёни магнитии ихроҷи охири меҳвариро низ ба ҳисоб мегирад. Модели аналитикӣ бо усули унсурҳои ниҳоии 2B ва 3B муқоиса шуда, баъдан прототипи физикии 15 kW бо ротори сесегментаи Halbach сохта ва таҷрибавӣ санҷида шудааст. Натиҷаи муҳимтарини кор ин аст, ки агар ҷараёни ихроҷи охирӣ сарфи назар шавад, иқтидори момент дар ҷараёни баланд метавонад ба таври ҷиддӣ аз ҳад зиёд баҳогузорӣ шавад: дар манбаъ барои 2B FEM ва моделҳои аналитикӣ, ки ҷараёни ихроҷи охириро дар бар намегиранд, моменти максималӣ мутаносибан 353 ва 351 N·m, дар 3B FEM ва модели гибридии аналитикӣ, ки ҷараёни ихроҷи охириро ба ҳисоб мегиранд, 262 ва 275 N·m дода шудааст.

Модели гибридӣ танҳо ба пешгӯии момент равона нест. Зичиҳои ҷараёни магнитии радиалӣ ва тангенсиалӣ дар фосилаи ҳавоӣ, қувваи электроҳаракатдиҳандаи баръакси бе бор (back electromotive force, back-EMF), cogging torque ва моменти электромагнитӣ зери бор аз ҳамон чаҳорчӯбаи математикӣ ҳисоб мешаванд. Дар муқоисаи шароити кори номиналӣ моменти миёна дар 3B FEM тақрибан 101 N·m ва дар модели аналитикӣ тақрибан 100 N·m ёфта шуда, хато камтар аз %2 гузориш шудааст.

Дар тасдиқи таҷрибавӣ прототипи 15 kW бо ротори сесегментаи Halbach истифода шудааст. Дар озмоиши бе бор бо суръати 2400 r/min қимати самараноки back-EMF-и хат тақрибан 213 V чен шуда ва бо натиҷаҳои аналитикӣ/FEM мувофиқ дониста шудааст. Озмоишҳои момент–ҷараён низ байни модели гибридӣ ва прототипи физикӣ мувофиқати наздик нишон доданд. Бо вуҷуди ин, манбаъ ошкоро мегӯяд, ки дар амплитудаи back-EMF-и таҷрибавӣ инҳирофҳое мавҷуданд, ки аз фарқҳои байни фарзияҳои модели идеалӣ ва мошини воқеӣ сар мезананд.

Аз нуқтаи назари Туркия, таҳқиқот мустақиман дар хати истеҳсоли муҳаррики барқӣ ё системаи маҳаллии гардонандаи воситаи нақлиёт дар Туркия иҷро нашудааст. Барои интиқол ба корҳои таҳияи мошинҳои барқӣ, авиатсия, мудофиа ё муҳаррикҳои зичии баланди қувва дар Туркия, тасдиқи маҳаллӣ оид ба маводи магнитӣ, хусусиятҳои варақҳои ядро, таҳаммулпазирии магнитҳо, сохтори хунуккунӣ, таҳаммулпазирии истеҳсолӣ ва геометрияи муҳаррик зарур аст. Натиҷаҳои тадқиқотро берун аз геометрияи прототипи муайян ҳамчун кафолати мустақими кор истифода бурдан мумкин нест.

Мушкилоти асосии таҳқиқот чист?

Мошинҳои доимимагнити тартиби Halbach сохтори махсуси мошини магнитҳои рӯизаминӣ мебошанд, ки дар он магнитҳои сатҳи ротор бо самтҳои гуногуни магнитшавӣ ҷойгир мешаванд. Дар таҳқиқоти баррасишуда ҳадафи ин сохтори ротор мутобиқ кардани тақсимоти майдони магнитӣ дар фосилаи ҳавоӣ ба зичии баланди момент мебошад.

Аммо геометрияи магнитшавии тартиби Halbach нисбат ба сохтори маъмулии ротори магнитҳои рӯизаминӣ мураккабтар аст. Ба гуфтаи муҳаққиқон, сохтани модели муфассали унсурҳои ниҳоӣ ва аз нав ҳисоб кардани ҳар тағйири тарҳ бо FEM, махсусан дар корҳои оптимизатсия, ба давраи дарози ҳисоббарорӣ оварда мерасонад.

Гарчанде усули аналитикии зерсоҳа алтернативаи тезтар пешниҳод мекунад, моделҳои хаттии анъанавӣ мушкили муҳим доранд: наздик шудани ядрои оҳан ба сершавӣ дар зичии баланди ҷараён ва ҷараёни магнитии ихроҷ аз охирҳои меҳварии ротор метавонанд дар ин моделҳои содакардашуда кофӣ ифода нашаванд. Равиши гибридии SM–MEC-и таҳқиқот маҳз ҳамин мушкилро ҳадаф қарор медиҳад.

Сохтори физикии муҳаррики баррасишуда чӣ гуна аст?

Ҳар қутби Halbach дар ротор аз се сегменти магнитӣ ташкил шудааст: қутби асосӣ дар марказ ва ду қутби ёрирасон дар паҳлӯҳо. Кунҷи байни самтҳои магнитшавии қутби асосӣ ва ёрирасон бо \(\theta_m\) ифода мешавад. Барои содда кардани истеҳсоли прототип дар таҳқиқот:

\[ \theta_m = 90^\circ \]

интихоб шудааст.

Статор бошад сохтори печи мутамаркази ковокии касрӣ дорад. Дар таҳқиқот гуфта мешавад, ки ин сохтор метавонад дарозии охири печро кам ва аз ҷиҳати самаранокӣ афзалият фароҳам кунад.

Параметрҳои асосии геометрӣ ва электрикии прототип чунинанд:

Модели зерсоҳа чӣ гуна сохта мешавад?

Муҳаққиқон мошинро мувофиқи муҳити магнитӣ ва манбаи ангезиш ба панҷ минтақаи аналитикии ҷудогона тақсим кардаанд:

1. Минтақаи магнитҳои доимии тартиби Halbach
2. Фосилаи ҳавоӣ
3. Нӯги дандони статор
4. Дандони статор
5. Печи арматура

Буриши дар Расми 2-и таҳқиқот ин панҷ минтақаро дар як геометрияи муҳаррик нишон медиҳад. Ҳамин тавр, потенсиали магнитии вектории ҳар минтақа бо шартҳои сарҳадии худаш ҳал мешавад ва баъдан бо истифода аз пайвастагии майдони магнитӣ байни минтақаҳо ҳалли умумӣ ба даст меояд.

Фарзияҳои асосии модел кадоманд?

Барои сохтани ҳалли ибтидоии зерсоҳа панҷ фарзияи асосӣ истифода шудааст:

• Гузаронандагии электрикии қисмҳои мошин сарфи назар шудааст.
• Гузаронандагии магнитии маводи ядро дар модели ибтидоии зерсоҳа беохир қабул шудааст.
• Маводи магнити доимӣ бо хусусияти хаттии демагнитизатсия моделсозӣ шудааст.
• Магнитҳои Halbach ҳамчун магнитҳои эквивалентии камоншакл ифода шудаанд.
• Қабул шудааст, ки зичии ҷараён танҳо дар самти меҳвари z компонент дорад.

Мушкили дақиқие, ки фарзияи дуюм дар шароити бори баланд ба вуҷуд меорад, дар идомаи таҳқиқот бо истифода аз занҷири эквивалентии магнитӣ ва боз ворид кардани муқовимати магнитии ядрои оҳан ва таъсири сершавӣ ба модел кам карда мешавад.

Мавқеи кунҷии ковокиҳои статор чӣ гуна муайян мешавад?

Мавқеи кушодагии ковокии i-уми статор:

\[ \alpha_i = \frac{2\pi i}{Q_s} - \frac{\pi}{Q_s}, \qquad 1\leq i\leq Q_s \]

муайян шудааст. Дар ин ҷо \(Q_s\) шумораи ковокиҳои статор буда, дар муҳаррики баррасишуда 18 аст.

Мавқеи магнити асосии N-қутби k-ум дар ротор бошад:

\[ \gamma_k = \frac{2\pi(k-1)}{p}+\delta, \qquad 1\leq k\leq p \]

аст. \(p\) шумораи ҷуфтҳои қутб ва \(\delta\) кунҷи байни магнити якуми N-қутб ва кушодагии якуми ковокии статорро ифода мекунад.

Майдони ҳосилкардаи ҷараён чӣ гуна моделсозӣ мешавад?

Тақсимоти потенсиали магнитии векторӣ дар ковокиҳои статор бо муодилаи Poisson ифода шудааст:

\[ \frac{\partial^2 A_{5j}}{\partial r^2} + \frac{1}{r}\frac{\partial A_{5j}}{\partial r} + \frac{1}{r^2}\frac{\partial^2 A_{5j}}{\partial\theta^2} = -\mu_{\mathrm{copper}}J_{jc} \]

Дар ин ҷо \(A_{5j}\) потенсиали магнитии векторӣ дар ковокии j-уми статор, \(J_{jc}\) зичии ҷараён, \(r\) координатаи радиалӣ ва \(\theta\) координатаи кунҷиро ифода мекунанд.

Сохтори даврии зичии ҷараёни печ ба қатори Fourier ҷудо шудааст. Ин равиш имкон медиҳад тақсимоти майдон дар ковокӣ бо ҷузъҳои гармоникӣ ифода шавад. Таҳқиқот қайд мекунад, ки шумораи бештари гармоникҳо метавонад дақиқиро зиёд кунад, аммо шумораи коэффициентҳои номаълум ва бори ҳисоббарориро низ боло мебарад; аз ин рӯ, тартиби максималии гармоник интихоб шуда, байни ҳаҷми ҳисоб ва дақиқӣ тавозун гузошта шудааст.

Магнитшавии сесегментаи Halbach чӣ гуна ба модел ворид мешавад?

Вектори магнитшавӣ дар тартиби Halbach дар координатаҳои қутбии дуандоза ба ҷузъҳои радиалии \(M_r\) ва тангенсиалии \(M_\theta\) ҷудо шудааст. Самтҳои гуногуни магнитшавии қутби асосӣ ва ду қутби ёрирасон бо функсияҳои қисмӣ вобаста ба кунҷи ротор муайян шудаанд.

Ин тақсимоти қисмии магнитшавӣ баъдан бо табдили Fourier:

\[ M_r(\theta)= \sum_{n=-N}^{N} \hat{M}_{r,n}e^{-jn\theta} \]

ва

\[ M_\theta(\theta)= \sum_{n=-N}^{N} \hat{M}_{\theta,n}e^{-jn\theta} \]

ба ҷузъҳои гармоникӣ ҷудо мешаванд. Ҳамин тавр, ангезиши майдони се сегменти ҷудогонаи магнитӣ математикӣ ба ҳалли зерсоҳа ворид мешавад.

Майдони фосилаи ҳавоӣ чӣ гуна ба даст меояд?

Дар фосилаи ҳавоӣ, ки манбаи берунии майдон надорад, муодилаи якҷинсаи Laplace ҳал мешавад. Шакли умумии ҳал:

\[ A_{2j} = \sum_{n=1}^{\infty} \left[ a_{2n} \left(\frac{r}{R_s}\right)^n + b_{2n} \left(\frac{r}{R_r}\right)^{-n} \right]\cos(n\theta) \]

\[ + \sum_{n=1}^{\infty} \left[ c_{2n} \left(\frac{r}{R_s}\right)^n + d_{2n} \left(\frac{r}{R_r}\right)^{-n} \right]\sin(n\theta) \]

мебошад. Дар ин ҷо \(R_s\) радиуси дохилии статор, \(R_r\) радиуси берунии ротор; \(a_{2n}\), \(b_{2n}\), \(c_{2n}\) ва \(d_{2n}\) коэффициентҳое мебошанд, ки аз шартҳои сарҳадӣ ба даст меоянд.

Чаро ҷараёни ихроҷи охирӣ ин қадар муҳим аст?

Нуқтаи асосии илмии таҳқиқот дар ҳамин ҷо ошкор мешавад. Модели магнитии дуандоза роҳҳои ҷараёни магнитиро, ки аз охирҳои меҳварии ротор баста мешаванд, табиатан пурра ифода карда наметавонад. Вақте бор зиёд мешавад, муқовимати магнитии занҷири асосӣ боло меравад ва таъсири ҷараёни ихроҷ дар пешгӯии момент муҳимтар мешавад.

Хатҳои майдони FEM дар Расми 3-и таҳқиқот ҳам ҷараёни асосӣ ва ҳам ҷараёни ихроҷро аз минтақаи охири ротор нишон медиҳанд. Дар қисми дуюми ҳамон расм ин роҳҳои физикӣ ба занҷири эквивалентӣ аз муқовиматҳои магнитӣ табдил дода шудаанд.

Барои гузаронандагии ихроҷи меҳварии ротор дар манбаъ:

\[ P_{sen}=0.264\mu_0H_{sn} \]

истифода шудааст. Гузаронандагии ихроҷи меҳварии дандони статор низ бо муносибати алоҳидае муайян мешавад, ки андозаҳои геометриро дар бар мегирад.

Дар равиши гибридӣ муқовимати магнитии дандони статор бо муқовимати магнитии фосилаи ҳавоӣ якҷо карда шуда, барои ҳар дандони статор гузаронандагии эквивалентии магнитии фосилаи ҳавоӣ:

\[ \mu_{eqj} = \frac{\delta}{W_tL_{ef}} \frac{1}{R_{agj}+R_{tj}} \]

ҳисоб мешавад. Дар ин ҷо \(\delta\) дарозии фосилаи ҳавоӣ, \(W_t\) паҳнои дандони статор, \(L_{ef}\) дарозии самараноки меҳварӣ, \(R_{agj}\) муқовимати магнитии фосилаи ҳавоӣ ва \(R_{tj}\) муқовимати магнитии дандони статорро ифода мекунад.

SM ва MEC чӣ гуна ба ҳам пайваст мешаванд?

Зичии ҷараёни фосилаи ҳавоӣ, ки аз модели зерсоҳа ҳисоб шудааст, дар атрофи муҳити дохилии статор интеграл шуда, ҷараёни магнитии воридшаванда ба ҳар дандони статор муайян мегардад. Ин ҷараёнҳо баъдан ҳамчун манбаъҳои ангезиши занҷири эквивалентии магнитӣ истифода мешаванд.

Ҳалли MEC дар шакли матритсаи гиреҳӣ бар асоси қонунҳои Kirchhoff:

\[ G\,U=\Phi \]

навишта шудааст. \(G\) матритсаи гузаронандагии магнитӣ, \(U\) потенсиалҳои магнитии гиреҳҳо ва \(\Phi\) ангезишҳои ҷараёни магнитиро ифода мекунанд. Ин интиқоли мутақобилаи додаҳо имкон медиҳад ҳалли аналитикии фосилаи ҳавоӣ мувофиқи сершавии ядрои оҳан ва таъсири ихроҷи охирӣ ислоҳ шавад.

Баромадҳои электромагнитӣ чӣ гуна ҳисоб мешаванд?

Аз потенсиали магнитии векторӣ зичии ҷараёни радиалӣ ва тангенсиалии фосилаи ҳавоӣ гирифта мешавад:

\[ B_r = \frac{1}{r} \frac{\partial A}{\partial\theta} \]

\[ B_\theta = - \frac{\partial A}{\partial r} \]

Ин ду ҷузъи майдон баъдан дар ҳисобҳои back-EMF ва момент истифода мешаванд.

Cogging torque-и бе бор бо усули тензори шиддати Maxwell:

\[ T_{ct} = \frac{L_{ef}r^2}{\mu_{air}} \int_0^{2\pi}B_rB_\theta\,d\theta \]

ҳисоб шудааст.

Моменти электромагнитӣ зери бор бошад аз қувваҳои электроҳаракатдиҳанда ва ҷараёнҳои се фаза:

\[ T_e = \frac{E_AI_A+E_BI_B+E_CI_C}{\Omega} \]

ёфта мешавад. \(E_A\), \(E_B\), \(E_C\) қиматҳои back-EMF-и фазаҳо; \(I_A\), \(I_B\), \(I_C\) ҷараёнҳои фаза ва \(\Omega\) суръати кунҷии механикиро ифода мекунанд.

Муқоисаи FEM-и бе бор чиро нишон дод?

Дар FEM-и дуандоза зичии максималии ҷараён дар ядрои статор тақрибан 2,1 T дида шуда, манбаъ онро аз зичии ҷараёни сершавии ядрои истифодашуда паст арзёбӣ кардааст.

Каҷҳои зичии ҷараёни радиалӣ ва тангенсиалии фосилаи ҳавоӣ байни модели аналитикӣ ва FEM шакли мавҷи хеле наздик нишон медиҳанд. Амплитудаи ҷузъи тангенсиалӣ нисбат ба ҷузъи радиалӣ хеле хурдтар буда, мундариҷаи гармоникии баландтар дорад.

Баъзе пастшавиҳои маҳаллии зичии ҷараёни радиалӣ ба минтақаҳои кунҷие вобаста карда шудаанд, ки сегментҳои тангенсиалӣ магнитшудаи тартиби Halbach ба ковокиҳои статор рост меоянд.

Номувофиқии дохили манбаъ: Матн зичии максималии радиалии фосилаи ҳавоиро барои модели FEM тақрибан 1,15 T ва барои модели аналитикӣ тақрибан 1,13 T медиҳад, аммо дар ҳамон ҷумла мегӯяд, ки қимати FEM аз пешгӯии аналитикӣ пасттар аст. 1,15 T аз ҷиҳати ададӣ аз 1,13 T калонтар аст. Ин ифода ба ҳамон шакле, ки дар манбаъ ҳаст, ислоҳ нашудааст.

Модел дар back-EMF ва cogging torque то чӣ андоза наздик шуд?

Дар каҷи back-EMF-и бе бор ҳалли FEM ва аналитикӣ тақрибан рӯи ҳам мегузаранд. Шакли мавҷи cogging torque низ монанд аст, аммо амплитудаи моменти модели аналитикӣ аз натиҷаи FEM каме пасттар мондааст.

Муҳаққиқон ин фарқро бо ҷамъ шудани фарқҳои хурди ҳисобии зичии ҷараёни фосилаи ҳавоӣ дар интеграли тензори шиддати Maxwell ва фарқҳои ҳисобие, ки аз сохтори шабакаи FEM ба вуҷуд меоянд, вобаста мекунанд.

Сарфи назар кардани ҷараёни ихроҷи охирӣ пешгӯии моментро чӣ гуна тағйир медиҳад?

Муқоисаи равшани таҳқиқот таҳлили момент–ҷараён зери бор аст. Равишҳои дуандозае, ки ҷараёни ихроҷи охириро ба ҳисоб намегиранд, моменти максималиро тақрибан дар сатҳи 350 N·m пешгӯӣ мекунанд, дар ҳоле ки натиҷаҳои 3B FEM ва модели гибридӣ, ки ин ҷараёнро ба ҳисоб мегиранд, ба сатҳи тақрибан 260–275 N·m паст мешаванд.

Verianla Live: Scientific source-of-truth ҷадвали намоёни HTML-и боло мебошад. Графики интерактивӣ аз ҳамин ҷадвал тавассути муҳаррики Verianla Live v0.2 дар сатҳи сайт сохта мешавад.

Таҳқиқот фарқи байни пешгӯии 353 N·m-и 2B FEM ва натиҷаи 262 N·m-и 3B FEM-и дорои ҷараёни ихроҷи охириро тақрибан %25,7 ифода мекунад. Ин муқоиса далели асосии таҳқиқот аст, ки нишон медиҳад дар мошинҳои кӯтоҳи меҳварии дорои зичии баланди момент ҷараёни ихроҷи охирӣ дар пешгӯии момент сарфи назаршаванда нест.

Мувофиқати момент дар нуқтаи кори номиналӣ

Дар шаклҳои мавҷи момент зери бор, 3B FEM моменти миёнаро тақрибан 101 N·m ва модели гибридии аналитикии дорои ҷараёни ихроҷи охирӣ тақрибан 100 N·m додааст. Манбаъ мегӯяд, ки хато дар ин муқоиса камтар аз %2 аст.

Ин натиҷа муҳим аст, зеро нишон медиҳад модели гибридӣ на танҳо дар тақсимоти майдони бе бор, балки дар шароити боре, ки ҷараён дода шуда ва таъсири сершавии магнитӣ/ихроҷи ҷараён равшантар мегардад, ба натиҷаи 3B FEM наздик мемонад.

Прототипи физикӣ чӣ гуна тасдиқ шуд?

Дар марҳилаи охирини таҳқиқот мошини PM-и 15 kW бо ротори сесегментаи Halbach, ки ба геометрияи назариявии муҳаррик мувофиқ аст, сохта шудааст. Барои таъмини бехатарии механикии магнитҳои доимии ротор ғилофи нахи карбон истифода шудааст.

Платформаи таҷрибавӣ прототипи муҳаррик, муҳаррики гардонанда, оссилоскоп ва сенсори моментро дар бар мегирад. Дар манбаъ аксҳои ротор, статор ва платформаи пурраи озмоиш якҷо нишон дода шудаанд; бинобар ин тасдиқ танҳо ба муқоисаи FEM такя намекунад.

Озмоиши прототипи бе бор чиро нишон дод?

Прототип бо суръати 2400 r/min бе бор кор карда, шакли мавҷи back-EMF-и хат чен шудааст. Сигнали ченшуда сохтори тақрибан синусоидалӣ нишон дода, back-EMF-и самаранок тақрибан 213 V гузориш шудааст.

Ин натиҷа бо ҳисобҳои FEM ва аналитикӣ хуб мувофиқ аст. Бо вуҷуди ин, муҳаққиқон мегӯянд, ки инҳирофи боқимонда байни амплитудаи back-EMF-и таҷрибавӣ ва модели аналитикӣ аз фарқҳои ногузири байни фарзияҳои модел ва мошини воқеии физикӣ сар мезанад.

Озмоиши прототипи момент–ҷараён чиро нишон дод?

Байни прототип ва муҳаррики гардонанда сенсори момент пайваст шуда, дар 2400 r/min моменти электромагнитӣ нисбат ба ҷараёни фаза чен шудааст. Дар Расми 10-и таҳқиқот нуқтаҳои таҷрибавӣ, натиҷаи 3B FEM ва модели гибридии аналитикӣ дар як график муқоиса шудаанд.

Тамоюли ҳар се маҷмӯи додаҳо ба ҳам наздик аст. Муҳаққиқон ин мувофиқатро бо он вобаста мекунанд, ки модел ҳам сершавии ядро ва ҳам ҷараёни ихроҷи меҳварии охириро ба ҳисоб мегирад.

Шакли мавҷи ҷараёни фаза, ки дар шароити кори 3000 r/min чен шудааст, низ алоҳида бо тасвири оссилоскоп пешниҳод шудааст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Магнитшавии махсуси ротори сесегментаи Halbach метавонад бо усули зерсоҳа аналитикӣ моделсозӣ шавад.
• Якҷо кардани SM бо занҷири эквивалентии магнитӣ имкон медиҳад ғайрихаттии ядрои оҳан ва ҷараёни ихроҷи меҳварии охирӣ ба пешгӯии аналитикӣ ворид шаванд.
• Сарфи назар кардани ҷараёни ихроҷи охирӣ барои муҳаррики зичии баланди моменти баррасишуда иқтидори моментро дар ҷараёни баланд ба таври назаррас аз ҳад зиёд баҳогузорӣ кардааст.
• Пешгӯии моменти миёнаи зери бори модели гибридии аналитикии дорои ҷараёни ихроҷи охирӣ дар шароити баррасишуда ба 3B FEM бо хатои камтар аз %2 наздик шудааст.
• Озмоишҳои back-EMF ва момент–ҷараён дар прототипи физикии 15 kW тамоюли умумии модели аналитикиро дастгирӣ кардаанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад ё насанҷидааст

• Нишон дода нашудааст, ки модел дар ҳамаи геометрияҳои муҳаррики Halbach ҳамон ҳадди хаторо таъмин мекунад.
• Сегментатсияҳои Halbach ғайр аз се сегмент бо прототипи физикӣ муқоиса нашудаанд.
• Кунҷҳои магнитшавии дигар аз \(\theta_m=90^\circ\) дар ин прототип таҷрибавӣ омӯхта нашудаанд.
• Таҳқиқот озмоиши устувории дарозмуддат, умри гармӣ ё демагнитизатсияи магнитҳоро пешниҳод намекунад.
• Дар мошини барқӣ ё системаи авиатсионӣ дар зери давраи воқеии вазифа тасдиқи саҳроӣ анҷом дода нашудааст.
• Гарчанде гуфта мешавад усули аналитикӣ аз FEM тезтар аст, дар манбаъ ҷадвали мустақими вақти ҳисоб ё коэффициенти ададии тезондан дода нашудааст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Тарҳи таҳқиқот

Таҳқиқот сохтори тасдиқи сесатҳиро истифода мебарад:

1. Сохтани модели гибридии аналитикӣ дар асоси зерсоҳа ва занҷири эквивалентии магнитӣ,
2. Тасдиқи электромагнитӣ бо натиҷаҳои 2B ва 3B FEM,
3. Тасдиқи таҷрибавӣ бо прототипи воқеии муҳаррики Halbach-и 15 kW.

Таъсирҳои физикие, ки модели аналитикӣ дар бар мегирад

Муқоисаҳои бе бор

Байни модели аналитикӣ ва 2B FEM шаклҳои мавҷи зичии ҷараёни радиалӣ ва тангенсиалии фосилаи ҳавоӣ мувофиқати наздик нишон доданд. Каҷҳои back-EMF-и бе бор низ асосан рӯи ҳам меоянд. Дар cogging torque модели аналитикӣ шакли мавҷро пайгирӣ кард, аммо амплитударо нисбат ба FEM каме пасттар пешгӯӣ намуд.

Натиҷаҳои асосии ададӣ зери бор

Шароити тасдиқи таҷрибавӣ

Ифодаҳои дақиқиро чӣ гуна бояд тафсир кард?

Дар хулосаи таҳқиқот гуфта мешавад, ки барои муқоисаҳои FEM хатои модели аналитикӣ камтар аз %2 аст. Махсусан дар муқоисаи моменти миёна зери бор, 3B FEM тақрибан 101 N·m ва модели гибридии аналитикӣ тақрибан 100 N·m медиҳад.

Аммо дар бахши натиҷаҳо барои чаҳорчӯбаи васеътари тасдиқи прототип, 3B FEM ва модели аналитикӣ ифодаи тасдиқ “дар дохили %5 хато” истифода шудааст. Аз ин рӯ, ҷамъбаст кардани ҳамаи натиҷаҳои мақола бо як даъвои универсалии “%2 хато” дуруст нест.

Маҳдудиятҳои асосии методологӣ

• Ҳалли зерсоҳа дар оғоз ба фарзияҳои идеализатсияшудаи мавод такя мекунад.
• Таъсирҳои сершавӣ ва ҷараёни ихроҷ тавассути MEC ба таври тахминии аналитикӣ боз ба модел ворид карда мешаванд.
• Тартиби гармоникӣ бо тавозуни байни бори ҳисоббарорӣ ва дақиқӣ маҳдуд карда шудааст.
• Тасдиқи таҷрибавӣ танҳо дар як прототипи сесегментаи Halbach-и 15 kW иҷро шудааст.
• Барои усули аналитикӣ вақти муфассали коркард ё таносуби ададии тезондан нисбат ба FEM гузориш нашудааст.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Analytical Modeling and Analysis of High-Torque-Density Three-Segment Halbach Array PM Machine by Considering Leakage Flux

Муаллифон: Jinlin Huang; Qingfeng Sun; Chen Wang.

Тартиби муаллифон: Тартиби аслии манбаъ нигоҳ дошта шудааст.

Саҳми баробар/муаллифи аввали баробар: Дар манбаъ изҳороти саҳми баробар ё муаллифи аввали баробар вуҷуд надорад.

Муаллифи масъул: Jinlin Huang.

Муассисаҳо: Electrical Engineering College, Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering, Wuhu, China; Key Laboratory of Electric Drive and Control of Anhui Province, Wuhu, China; School of Electrical Engineering, Anhui Polytechnic University, Wuhu, China; Wuhu Overseas Students’ Entrepreneurship Park, Wuhu, China.

Маҷалла: Machines.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Ҷилд / рақами мақола: 14, 683.

DOI: 10.3390/machines14060683.

Санаи гирифтани мақола: 29 April 2026.

Бозбинӣ: 3 June 2026.

Қабул: 5 June 2026.

Санаи нашр: 12 June 2026.

Навъи манбаъ: Мақолаи рецензияшудаи таҳқиқотӣ; моделсозии аналитикии электромагнитӣ, тасдиқи 2B/3B FEM ва озмоиши прототипи физикиро дар бар мегирад.

Пайванди расмии нашр:Саҳифаи расмии мақолаи MDPI.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY).

Маблағгузорӣ: Natural Science Research Project of Anhui Province of P. R. China, 2024AH050219 ва 2023AH052697; инчунин Key Laboratory of Electric Drive and Control of Anhui Province, Anhui Polytechnic University, DQKJ202507.

Дастрасии додаҳо: Гуфта шудааст, ки саҳмҳои аслии таҳқиқот дар дохили мақола ҳастанд ва саволҳои иловагӣ метавонанд ба муаллифи масъул равона шаванд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Саҳми муаллифон: Консептуализатсия ва усул Jinlin Huang; таҳлили расмӣ Qingfeng Sun; таҳқиқ Jinlin Huang; захираҳо Jinlin Huang ва Chen Wang; лоиҳаи аввал Jinlin Huang; бозбинӣ ва таҳрир Jinlin Huang ва Chen Wang; роҳбарӣ Qingfeng Sun гузориш шудааст.

Ёддошти номувофиқии дохили манбаъ: Дар баёни зичии ҷараёни радиалии фосилаи ҳавоӣ, сарфи назар аз он ки барои FEM тақрибан 1,15 T ва барои модели аналитикӣ тақрибан 1,13 T дода шудааст, дар матн навишта шудааст, ки қимати FEM аз қимати аналитикӣ пасттар аст. Ададҳои додашуда бо ин ифода мувофиқ нестанд ва манбаъ хомӯшона ислоҳ нашудааст.

Ёддошти доираи дақиқӣ: Дар хулосаи таҳқиқот барои муқоисаҳои муайяни FEM хато камтар аз %2 гуфта мешавад, дар ҳоле ки дар бахши натиҷаҳо барои 3B FEM ва тасдиқи таҷрибавӣ ба таври васеътар ифодаи тасдиқ дар дохили %5 истифода шудааст. Ин ду ифода дар контексти худ нигоҳ дошта шудаанд.

Ҳадди мазмуни илмӣ: Механизмҳои электромагнитӣ, муодилаҳо, фарзияҳои модел, қиматҳои момент ва натиҷаҳои таҷрибавӣ дар ин матни Verianla ба таҳқиқоти баррасишуда такя мекунанд. Аз манбаъҳои беруна бозёфти нави илмӣ илова нашудааст; санҷиши беруна танҳо барои тасдиқи шахсияти библиографии нашр истифода шудааст.

Ҳадди асосии методологӣ: Таҳқиқот топологияи муайяни муҳаррики PM-и Halbach-и сесегмента ва 15 kW-ро бо 2B/3B FEM ва прототипи физикӣ тасдиқ кардааст. Дар ин таҳқиқот таҷрибавӣ нишон дода нашудааст, ки ҳамон сатҳи хато барои шумораи дигари сегментҳо, кунҷҳои дигари магнитшавӣ, таносубҳои дигари меҳварӣ ва геометрияҳои дигари муҳаррикҳои зичии баланди қувва нигоҳ дошта мешавад.