Ин таҳқиқот барои кам кардани ларзиши момент дар муҳаррикҳои синхронии доимимагнити қутбҳои пайдарпай (CP-PMSM), ки метавонанд дар системаҳои идоракунии рули барқӣ (EPS) истифода шаванд, ҷойгиршавии магнитҳои доимӣ ва қутбҳои оҳаниро дар ротор аз нав тарҳрезӣ мекунад. Дар сохтори анъанавии CP-PMSM, сохта шудани яке аз қутбҳои ротор бо қутби оҳанӣ ба ҷойи магнити доимӣ тақсимоти ҷараёни магнитиро дар фосилаи ҳавоӣ асимметрӣ карда, махсусан гармоникаҳои тартиби ҷуфт ва ларзиши моментро зиёд мекунад. Муҳаққиқон барои ҳал кардани ин мушкил бе зиёд кардани дарозии меҳварии ротор ду меъмории нави 2D-и ротор — симметрӣ ва асимметриро пешниҳод кардаанд, ки қутбҳои N, S ва қутбҳои оҳаниро дар атрофи ротор ба тарзҳои гуногун ҷойгир мекунанд.

Дар таҳлилҳои унсурҳои ниҳоӣ, ки бо ANSYS Maxwell 2024R1 анҷом дода шудаанд, статор, комбинатсияи 8 қутб/12 ковокӣ, геометрияи магнит, фосилаи ҳавоӣ, андозаҳои ротор ва статор ва шароити корӣ собит нигоҳ дошта шуда, асосан тартиби қутбҳои ротор ва таносуби камони қутби оҳанӣ омӯхта шудааст. Дар таҳлили ниҳоии 2D, ларзиши моменти CP-PMSM-и анъанавӣ аз %36,91 дар тарҳи симметрӣ то %2,76 ва дар тарҳи асимметрӣ то %3,59 коҳиш ёфтааст. Дар муқобил, моменти миёна аз 4,43 Nm мутаносибан то 3,71 ва 3,94 Nm паст шудааст. Аз ин рӯ, натиҷа танҳо “моменти бештар”-ро не, балки мувозинати тарҳрезӣ байни иқтидори момент ва сифати моментро нишон медиҳад.

Дар таҳлили иловагии 3D-и унсурҳои ниҳоӣ, вақте ҷараёни ихроҷи меҳварӣ ва таъсирҳои охирӣ ба ҳисоб гирифта шуданд, қиматҳои мутлақи ларзиши момент зиёд шуданд. Сохтори анъанавӣ %40,8, тарҳи симметрӣ %6,0 ва тарҳи асимметрӣ %7,5 ларзиши момент доданд. Бо вуҷуди ин, тартиби бартарии ду тарҳи пешниҳодшудаи ротор нисбат ба сохтори анъанавӣ нигоҳ дошта шуд. Cogging torque низ аз 192,38 mNm дар сохтори симметрӣ то 54,66 mNm ва дар сохтори асимметрӣ то 34,63 mNm коҳиш ёфт.

Тартибҳои пешниҳодшудаи қутб танҳо ларзиши моментро тағйир надоданд. Total harmonic distortion (THD)-и BEMF дар сохтори анъанавӣ %8 буд, дар модели симметрӣ %3,2 ва дар модели асимметрӣ %3,6 ҳисоб шуд. Талафоти оҳан аз 18,3 W то тақрибан 16,2 W, талафоти ҷараёни гирдоби магнит бошад аз 1,02 W то тақрибан 0,79 W коҳиш ёфт. Ҳамин тавр, натиҷаҳои симулятсия нишон медиҳанд, ки тақсимоти ҳамвортари ҷараёни магнитӣ метавонад ҳам дар сифати момент ва ҳам дар баъзе нишондиҳандаҳои талафоти электромагнитӣ бартарӣ диҳад.

Аз нуқтаи назари Туркия, аҳамияти таҳқиқот дар он аст, ки тарҳи ротор барои кам кардани ларзиш ва пульсатсияи момент дар муҳаррикҳои идоракунии рули барқии автомобилӣ на танҳо бо истифодаи магнитҳои бештар, балки бо ҷойгиркунии электромагнитии мутавозинтари магнитҳои мавҷуда ва қутбҳои оҳанӣ низ беҳтар карда мешавад. Аммо таҳқиқот дар прототипи физикии муҳаррики EPS таҷрибавӣ тасдиқ нашудааст. Азбаски таҳаммулпазирии истеҳсолӣ, устувории механикии ротор, ғайрихаттии inverter, хатогиҳои васлкунӣ, ҳарорат ва ларзишҳои воқеии системаи рул метавонанд натиҷаҳоро тағйир диҳанд, қиматҳои симулятсияи гузоришшуда набояд мустақиман ҳамчун кори истеҳсоли силсилавӣ қабул шаванд.

Чаро ларзиши момент дар муҳаррики EPS муҳим аст?

Системаи идоракунии рули барқӣ ҳаракати рули ронандаро бо муҳаррики барқӣ дастгирӣ мекунад. Аз ин рӯ, на танҳо қимати миёнаи моменти муҳаррик, балки ҳамвор будани он дар давоми гардиш низ муҳим аст. Тағйироти даврии момент дар муҳаррик метавонанд ба ҳисси рул, ларзиши механикӣ ва садои акустикӣ гузаранд.

Оилаи асосии муҳаррикҳои дар таҳқиқот истифодашуда муҳаррики синхронии доимимагнитӣ мебошад. Дар PMSM-ҳои анъанавӣ қутбҳои ротор метавонанд бо магнитҳои доимӣ сохта шаванд, дар равиши CP-PMSM бошад ба ҷойи магнити як полярият оҳани ротор истифода мешавад. Ҳамин тавр, кам кардани миқдори магнити доимӣ ҳадаф аст.

Аммо ин бартарии маводӣ арзиши электромагнитӣ дорад: азбаски қутби магнитӣ ва қутби оҳанӣ рафтори магнитии яксон надоранд, зичии ҷараёни фосилаи ҳавоӣ дар атрофи ротор симметрияи идеалии худро аз даст медиҳад.

Мушкилоти асосӣ дар CP-PMSM-и анъанавӣ чист?

Дар сохтори анъанавӣ ҷараёни асосии магнитӣ, ки аз магнити доимӣ мебарояд, аз статор гузашта, тавассути қутби оҳанӣ, ки полярияти муқобилро месозад, ба ядрои ротор бармегардад. Аммо азбаски як қутб магнити воқеии доимӣ ва қутби муқобил маводи ферромагнитии ротор аст, майдони фосилаи ҳавоие, ки ду қутб месозанд, симметрияи комили ҳамдигар нест.

Муқоисаи зичии ҷараёни фосилаи ҳавоӣ дар таҳқиқот нишон медиҳад, ки CP-PMSM-и анъанавӣ нисбат ба PMSM-и сатҳии оддӣ махсусан дар гармоникаҳои тартиби ҷуфт мундариҷаи баландтар ба вуҷуд меорад. Ин гармоникаҳо шакли мавҷи BEMF-ро вайрон карда, дар моменти электромагнитӣ тағйироти даврӣ ба вуҷуд меоранд.

Аз ин рӯ, равиши асосии тарҳрезии таҳқиқот зиёд кардани миқдори магнит нест, балки бо тағйир додани тартиби қутбҳои N, S ва оҳанӣ дар атрофи ротор симметрияи ҷараёни магнитиро беҳтар кардан аст.

Ҳалли меҳварии қаблан истифодашуда чӣ буд?

Дар як равиши қаблӣ, роторҳои N-CP-PMSM ва S-CP-PMSM дар тӯли меҳвари муҳаррик болои ҳам муттаҳид карда мешуданд. Азбаски гармоникаҳои BEMF-и тартиби ҷуфти ду сохтор тақрибан хусусияти муқобил доранд, ҳангоми истифодаи якҷоя баъзе гармоникаҳо метавонанд қисман ҳамдигарро бекор кунанд.

Аммо барои ин ду қисми ротор бояд меҳварӣ муттаҳид шаванд. Муҳаққиқон қайд мекунанд, ки чунин ҳал метавонад ҷараёни ихроҷи меҳвариро ба вуҷуд орад, байни роторҳо фосилаи ҳавоии иловагӣ талаб кунад, дарозии меҳварии муҳаррикро зиёд кунад ва барои арзёбии рафтори электромагнитӣ таҳлили сеченакаи унсурҳои ниҳоиро зарур гардонад.

Ҳадафи кори нав ба даст овардани таъсири монанди мувозинати гармоникӣ на дар самти меҳварии ротор, балки дар дохили тартиби гирдогирдии қутбҳои як ротор мебошад.

Дар меъмории пешниҳодшудаи ротор чӣ тағйир меёбад?

Се муҳаррик муқоиса шудаанд:

• CP-PMSM-и анъанавӣ,
• CP-PMSM бо тартиби симметрии қутбҳо,
• CP-PMSM бо тартиби асимметрии қутбҳо.

Статор, шумораи ковокӣ ва қутб, шакли магнити доимӣ, фосилаи ҳавоӣ, дарозии пакет ва шароити кори электромагнитии муҳаррикҳо яксон нигоҳ дошта шудаанд. Бо ин роҳ ҳадаф он буд, ки фарқи асосии натиҷаҳо аз тартиби қутбҳои ротор ба вуҷуд ояд.

Тартиби симметрии ротор чӣ гуна кор мекунад?

Дар CP-PMSM-и симметрӣ қутбҳо дар тӯли ним давраи механикӣ ҳамчун қутби N – қутби оҳанӣ – қутби оҳанӣ – қутби S ҷойгир мешаванд. Ҳамин тавр, бар хилофи CP-PMSM-и анъанавӣ, дар дохили ҳамон давраи механикӣ магнитҳои доимии полярияти N ва S мавҷуданд.

Ҳадаф ин аст, ки таъсирҳои майдонии ду полярияти гуногун дар атрофи ротор мутавозинтар тақсим шуда, асимметрияи магнитии CP-PMSM-и якполяриятии анъанавӣ кам шавад.

Ҷараёни асосии магнити доимӣ аз фосилаи ҳавоӣ ба статор гузашта, тавассути қутби оҳании ҳамсоя бармегардад. Аммо дар схемаи роҳи ҷараёни таҳқиқот нишон дода шудааст, ки қисми ҷараён метавонад ба ҷойи қутби оҳании ҳадаф ба магнити доимии дигар равона шуда, роҳи ҷараёни ихроҷро ба вуҷуд орад.

Чаро ротор сегментатсия мешавад?

Дар ду сохтори нави пешниҳодшуда ядрои ротор байни ҷуфтҳои қутб сегментатсия шудааст. Ҳадаф душвор кардани роҳи номатлуби ихроҷи магнитӣ байни магнити доимӣ ва қутбҳои ҳамсоя ва равона кардани қисми бештари ҷараёни асосӣ ба фосилаи ҳавоӣ мебошад.

Муҳаққиқон мегӯянд, ки дар муҳаррики амалии EPS устувории механикии чунин ротори сегментатсияшуда метавонад бо пулҳои ғайримагнитӣ ё ғилофҳои нигоҳдоранда дастгирӣ шавад. Аммо ин ҳалли механикӣ дар таҳқиқот ҳамчун прототипи физикӣ сохта ва озмоиши устуворӣ нагузаштааст.

Фарқи тартиби асимметрии ротор чист?

Модели асимметрӣ низ қутбҳои магнитии доимии N ва S-ро бо қутбҳои оҳанӣ дар ҳамон атрофи ротор муттаҳид мекунад; аммо тартиб дар тӯли давраи механикӣ симметрӣ нест.

Тибқи таҳлили роҳи ҷараёни магнитӣ, дар сохтори симметрӣ ду роҳи равшани ҷараёни ихроҷ мавҷуд аст, дар сохтори асимметрӣ бошад як роҳи асосии ихроҷ аз қутби N ба қутби S ба вуҷуд меояд. Тартиби асимметрии қутбҳо ҳамин тавр нисбат ба сохтори симметрӣ тақсимоти дигари майдони фосилаи ҳавоӣ ва мувозинати дигари момент/гармоникро ба вуҷуд меорад.

Чаро таносуби камони қутби оҳанӣ муҳим аст?

Муҳаққиқон барои тағйир надодани миқдори магнити доимӣ таносуби камони магнити доимиро собит нигоҳ дошта, таносуби камони қутби оҳаниро \(\alpha_{iron}\), ки ба оҳани арзонтари ротор тааллуқ дорад, ҳамчун тағйирёбандаи асосии тарҳ интихоб кардаанд.

Таносуби камони қутби оҳанӣ дар ҳамаи моделҳо байни 0,4 ва 0,9 скан шудааст. Таносуби камони магнити доимӣ бошад дар 0,8 собит нигоҳ дошта шудааст.

Бо тағйири \(\alpha_{iron}\):

• дараҷаи тамаркузи ҷараёни магнитӣ дар қутби оҳанӣ,
• андозаи ҷараёни ихроҷ,
• сершавии магнитии қутби оҳанӣ,
• гармоникаҳои момент,
• моменти миёна,
• ларзиши момент

якҷо тағйир меёбанд.

Чаро тақрибан 0,55 бартарӣ дошт?

Модели симметрӣ ҳамчун намунаи муфассал таҳлил шудааст. Роҳҳои ҷараён ва гармоникаҳои момент барои ҳолатҳои \(\alpha_{iron}=0,4\), 0,55 ва 0,9 муқоиса шудаанд.

Вақте \(\alpha_{iron}=0,4\), аз сабаби муқовимати баланди магнитӣ ҷараён дар қутби оҳанӣ бештар тамаркуз мекунад. Вақте \(\alpha_{iron}=0,9\), муқовимати магнитии роҳи ихроҷ байни қутбҳои оҳании ҳамсоя кам шуда, ҷараёни бештар ба роҳи номатлуб равона мешавад.

Дар сатҳи \(\alpha_{iron}=0,55\), таҳқиқот тақсимоти ҳамвортари ҷараёнро нишон додааст. Дар спектри момент махсусан гармоникаҳои ҳукмрони сеюм ва шашум дар ин нуқта кам шуда, моменти миёна нигоҳ дошта шуда ва ларзиши момент ба минимум наздик шудааст.

Таносубҳои камони қутби оҳании интихобшуда барои муқоисаи ниҳоӣ:

Майдони магнитии фосилаи ҳавоӣ чӣ гуна тағйир ёфт?

Дар CP-PMSM-и анъанавӣ ҷараёни магнитӣ дар атрофи қутби оҳанӣ зичтар ва асимметрӣ тақсим мешавад. Дар моделҳои симметрӣ ва асимметрӣ аз нав ҷойгир кардани магнитҳои N ва S мувозинати байни нимдавраҳои мусбат ва манфии зичии ҷараёни фосилаи ҳавоиро беҳтар кардааст.

Таҳлили FFT низ нишон додааст, ки сохторҳои нав баъзе гармоникаҳои тартиби пастро пахш кардаанд. Дар таҳқиқот ин бо он шарҳ дода мешавад, ки гармоникаҳои ҳукмроне, ки N-CP-PMSM ва S-CP-PMSM ба вуҷуд меоранд, муносибати фазаи тақрибан муқобил доранд.

Азбаски роторҳои нав ин ду навъи қутбро дар як атрофи ротор тақсим мекунанд, на ҳамаи гармоникаҳо, балки қисми онҳо метавонанд ҳамдигарро бекор кунанд.

Шакли мавҷи BEMF то чӣ андоза беҳтар шуд?

THD-и пасттар нишон медиҳад, ки шакли мавҷи BEMF ба шакли идеалии синусоидалӣ наздиктар аст. Ҳар ду тартиби нави қутбҳои ротор нисбат ба CP-PMSM-и анъанавӣ distortion-и гармоникии пасттар доданд; сохтори симметрӣ дар ин меъёр пасттарин қиматро таъмин кард.

Натиҷаи асосӣ дар ларзиши момент чист?

Дар таҳлили ниҳоии 2D-и унсурҳои ниҳоӣ, моменти миёнаи муҳаррики анъанавӣ 4,43 Nm ва ларзиши момент %36,91 ҳисоб шудааст.

Дар тартиби симметрии ротор моменти миёна то 3,71 Nm коҳиш ёфта, ларзиши момент то %2,76 паст шудааст. Дар тартиби асимметрии ротор бошад моменти миёна 3,94 Nm ва ларзиши момент %3,59 будааст.

Ҷанбаи муҳими ин натиҷаҳо он аст, ки дар таҳлили 3D ларзиши мутлақи момент аз пешгӯии 2D баландтар баромад. Вақте ҷараёни ихроҷи меҳварӣ ва таъсирҳои охирӣ дохил шуданд, маълум шуд, ки рақамҳои мутлақи кори модели 2D айнан нигоҳ дошта намешаванд. Бо вуҷуди ин, ҳар ду тарҳи пешниҳодшудаи ротор нисбат ба CP-PMSM-и анъанавӣ ларзиши моменти хеле пасттар нишон доданд.

Чаро моменти миёна кам шуд?

CP-PMSM-и анъанавӣ азбаски нисбат ба сохторҳои нав ҷараёни ихроҷи магнитии камтар дорад, моменти миёнаи баландтаринро истеҳсол кардааст. Тартибҳои нави қутбҳо ҳангоми беҳтар кардани симметрияи майдони магнитӣ ва рафтори гармоникӣ баъзе роҳҳои иловагии ҷараёни ихроҷро низ ба вуҷуд овардаанд.

Аз ин рӯ, таҳқиқот даъво намекунад, ки тартиби нави ротор дар ҳар як меъёри электромагнитӣ беҳтар аст. Натиҷаи асосӣ ин аст, ки бо даст кашидан аз қисми муайяни моменти миёна, баромади моменти хеле ҳамвортар ба даст меояд.

Дар барномаҳои EPS, ки ронанда feedback-и механикиро мустақиман тавассути рул ҳис мекунад, муҳаққиқон коҳиши ларзиши момент, vibration ва cogging torque-ро омиле медонанд, ки ин trade-off-ро маънодор карда метавонад.

Cogging torque чӣ гуна тағйир ёфт?

Cogging torque ҷузъи даврии моменти бе бор аст, ки аз таъсири мутақобили магнитҳои ротор ва ковокиҳои статор ба вуҷуд меояд. Дар таҳқиқот тағйири тартиби қутбҳои ротор гармоникаҳои cogging torque-ро низ ба таври назаррас тағйир додааст.

Тарҳи асимметрӣ бо %3,6 BEMF THD distortion-и гармоникии каме баландтар аз модели симметрӣ нишон дода бошад ҳам, ба пасттарин cogging torque — 34,63 mNm расидааст. Ин натиҷа низ нишон медиҳад, ки меъмориҳои симметрӣ ва асимметрӣ дар меъёрҳои гуногуни кор бартариҳои гуногун доранд.

Талафот зиёд шуд?

Муҳаққиқон ҳамчунин санҷиданд, ки оё ларзиши пасти момент бар ивази талафоти электромагнитии баландтар ба даст омадааст ё не.

Дар ҳар ду модели пешниҳодшуда талафоти оҳан ва ҷараёни гирдоби магнит, ки таҳқиқот гузориш кардааст, аз модели анъанавӣ пасттар буданд. Аз ин рӯ, дар шароити электромагнитии баррасишуда коҳиши ларзиши момент бо арзиши зиёд шудани ин ду ҷузъи асосии талафот ба даст наомадааст.

Чаро тарҳи 2D муҳим аст?

Бартарии асосии геометрии сохтори пешниҳодшуда ин аст, ки таъсирҳои consequent-pole-и N ва S ба ҷойи он ки ҳамчун ду қисми ҷудогонаи муҳаррик дар меҳвари ротор болои ҳам ҷойгир шаванд, дар як атрофи ротор муттаҳид мешаванд.

Бо ин роҳ ҳадаф пешгирӣ аз дарозии иловагии меҳварии ротор ва талаботи фосилаи ҳавоии меҳварӣ байни ду ротор дар равиши қаблии муттаҳидкунии меҳварӣ мебошад.

Аммо худи таҳқиқот дар моделҳои интихобшуда 3D FEA низ анҷом додааст. Аз ин рӯ, ибораи “3D analysis талаб намекунад” набояд чунин фаҳмида шавад, ки натиҷаҳо аз таъсирҳои физикии сеченака комилан мустақиланд. Воқеан, натиҷаҳои 3D нишон медиҳанд, ки қиматҳои момент ва ларзиши момент аз модели 2D фарқ мекунанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Аз нав ҷойгир кардани қутбҳои N, S ва оҳанӣ дар атрофи ротор метавонад симметрияи ҷараёни магнитии фосилаи ҳавоии CP-PMSM-ро беҳтар кунад.
• Сохторҳои симметрӣ ва асимметрии пешниҳодшуда дар модели баррасишуда distortion-и гармоникии BEMF-ро кам кардаанд.
• Дар 2D FEA ларзиши момент аз %36,91 то %2,76 ва %3,59 коҳиш ёфтааст.
• 3D FEA қиматҳои мутлақро тағйир дода, аммо тамоюли ларзиши пасти моменти сохторҳои пешниҳодшударо нигоҳ доштааст.
• Cogging torque дар ҳар ду тартиби нави ротор нисбат ба CP-PMSM-и анъанавӣ пасттар ҳисоб шудааст.
• Талафоти оҳан ва талафоти ҷараёни гирдоби магнит дар моделҳои пешниҳодшуда зиёд нашуда, баръакс дар манбаъ қиматҳои пасттар гузориш шудаанд.
• Таносуби камони қутби оҳанӣ ба мувозинати байни момент ва ларзиши момент таъсири назаррас расонидааст.
• Барои модели симметрӣ \(\alpha_{iron}=0,55\) тақрибан бо гармоникаҳои пасти сеюм ва шашуми момент алоқаманд шудааст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад ё ҳанӯз тасдиқ накардааст

• Роторҳои пешниҳодшуда дар прототипи физикии муҳаррики EPS таҷрибавӣ санҷида нашудаанд.
• Ҳисси воқеии рул ё роҳати ронанда чен нашудааст.
• Барои садои акустикӣ ченкунии физикии садо анҷом дода нашудааст.
• Устувории механикии ротори сегментатсияшуда бо озмоишҳои суръати ротор таҷрибавӣ тасдиқ нашудааст.
• Таъсири таҳаммулпазирии истеҳсолӣ ба ларзиши момент ба таври миқдорӣ чен нашудааст.
• Ғайрихаттии inverter ва хатогиҳои воқеии системаи идоракунӣ таҷрибавӣ дохил нашудаанд.
• Натиҷаҳои таҳқиқотро барои комбинатсияҳои дигари қутб/ковокӣ ё андозаҳои дигари муҳаррик худкорона татбиқшаванда ҳисоб кардан мумкин нест.
• Арзиши истеҳсоли силсилавӣ ё manufacturability-и сохторҳои нав бо таҳлили миқдории хароҷот арзёбӣ нашудааст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Параметрҳои асосии тарҳи модели унсурҳои ниҳоӣ

Барои он ки муқоиса ба тартиби қутбҳои ротор равона шавад, сохтори статор, шумораи қутб/ковокӣ, шакли магнити доимӣ, дарозии фосилаи ҳавоӣ, дарозии пакет ва шароити таҳлил яксон нигоҳ дошта шуданд. Ғафсии магнит ва қутби оҳанӣ низ дар ҳамаи моделҳо 3 mm собит карда шуд.

Нармафзори таҳлил ва равиши тарҳ

Таҳлилҳои электромагнитӣ бо ANSYS Maxwell 2024R1 анҷом дода шудаанд. Тарҳи асосӣ ва таҳлили параметрӣ бо 2D FEA иҷро шудааст. Роторҳои ниҳоии интихобшуда инчунин бо FEA-и сеченака арзёбӣ шуда, санҷида шудааст, ки оё ҷараёни ихроҷи меҳварӣ ва таъсирҳои охирӣ тамоюли натиҷаҳоро тағйир медиҳанд ё не.

Скани таносуби камони қутби оҳанӣ

Дар ҳоле ки таносуби камони магнити доимӣ дар 0,8 собит нигоҳ дошта шуд, таносуби камони қутби оҳанӣ:

\[ 0,4 \leq \alpha_{iron} \leq 0,9 \]

дар ин фосила тағйир дода шуд.

Пас аз таҳлили параметрӣ, бо ба назар гирифтани мувозинат байни ларзиши момент ва моменти миёна:

• барои модели анъанавӣ \(\alpha_{iron}=0,50\),
• барои модели симметрӣ \(\alpha_{iron}=0,55\),
• барои модели асимметрӣ \(\alpha_{iron}=0,55\)

интихоб шуданд.

Таърифи ларзиши момент

Дар таҳқиқот ларзиши момент ҳамчун:

\[ T_{ripple}= \frac{T_{max}-T_{min}}{T_{avg}}\times100\% \]

ҳисоб шудааст. Дар ин ҷо \(T_{max}\) ва \(T_{min}\) қиматҳои максималӣ ва минималии шакли мавҷи момент, \(T_{avg}\) бошад моменти миёнаи электромагнитиро ифода мекунад.

Таърифи cogging torque

Cogging torque-и peak-to-peak:

\[ T_{cogging}=T_{cog,max}-T_{cog,min} \]

таъриф шудааст.

Total harmonic distortion-и BEMF

Distortion-и гармоникии шакли мавҷи back electromotive force ҳамчун:

\[ THD= \frac{\sqrt{\sum_{n=2}^{\infty}E_n^2}}{E_1} \]

арзёбӣ шудааст. \(E_1\) амплитудаи гармоники асосӣ ва \(E_n\) ҷузъи гармоники n-умро ифода мекунад. THD-и пасттар маънои онро дорад, ки шакли мавҷи BEMF ба шакли синусоидалӣ наздиктар аст.

Муқоисаи ниҳоии кори электромагнитӣ

Оё байни сохтори симметрӣ ва асимметрӣ як ғолиби ягона ҳаст?

Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки як модел дар ҳамаи меъёрҳои кор беҳтарин нест.

Тарҳи симметрӣ:

• пасттарин ларзиши моменти 2D-ро дод: %2,76,
• пасттарин ларзиши моменти 3D-ро дод: %6,0,
• пасттарин қимати BEMF THD-ро дод: %3,2,
• аммо дар байни ду модели пешниҳодшуда моменти миёнаи пасттар дорад.

Тарҳи асимметрӣ:

• моменти 2D-и он 3,94 Nm буда, аз сохтори симметрӣ баландтар аст,
• моменти 3D-и он 3,83 Nm буда, аз сохтори симметрӣ баландтар аст,
• бо 34,63 mNm пасттарин cogging torque-ро дод,
• аммо ларзиши момент аз сохтори симметрӣ каме баландтар аст.

Аз ин рӯ, интихоби ротор ба он вобаста аст, ки байни иқтидори момент, ларзиши момент, cogging torque ва гармоникаҳои BEMF кадом меъёр авлавият дорад.

Фарқи натиҷаҳои 2D ва 3D чиро мегӯяд?

Дар модели 3D моменти муҳаррики анъанавӣ аз 4,43 Nm то 4,36 Nm, моменти модели симметрӣ аз 3,71 Nm то 3,60 Nm ва моменти модели асимметрӣ аз 3,94 Nm то 3,83 Nm тағйир ёфтааст.

Фарқи равшантар дар ларзиши момент аст: дар таҳлили 2D моделҳои симметрӣ ва асимметрӣ %2,76 ва %3,59 медиҳанд, дар таҳлили 3D қиматҳо %6,0 ва %7,5 шудаанд. Ин нишон медиҳад, ки ҷараёни ихроҷи меҳварӣ ва таъсирҳои охирӣ метавонанд ба натиҷаи мутлақ таъсири муҳим дошта бошанд.

Бо вуҷуди ин, тартиби асосӣ байни се модел тағйир наёфтааст. Аз ин рӯ, муҳаққиқон арзёбӣ мекунанд, ки равиши тарҳи 2D тамоюли асосӣ байни тартибҳои қутбҳои роторро дуруст мегирад.

Номувофиқии ададӣ дар манбаъ

Коҳиши ларзиши момент: Дар хулосаи мақола барои моделҳои пешниҳодшуда коҳиши тақрибан 33,3 ва 34,1 банди фоизӣ зикр шудааст. Дар Ҷадвали ниҳоии 2 қиматҳои анъанавӣ, симметрӣ ва асимметрӣ мутаносибан %36,91, %2,76 ва %3,59 мебошанд. Ин қиматҳои хом барои симметрӣ тақрибан 34,15 ва барои асимметрӣ тақрибан 33,32 банди фоизӣ фарқ медиҳанд. Аз ин рӯ, робитаи ду коҳиши дар хулоса зикршуда бо тартиби моделҳо равшан нест.

Қиматҳои бахши муқаддима: Дар муқаддима навишта шудааст, ки ларзиши момент барои моделҳои симметрӣ ва асимметрӣ нисбат ба муҳаррики анъанавӣ тақрибан 42,61 ва 41,78 банди фоизӣ кам шудааст. Ин рақамҳо аз ҷиҳати математикӣ бо ларзиши ибтидоии %36,91 дар Ҷадвали ниҳоии 2 мувофиқ нестанд. Дар муқоисаи ниҳоии кор қиматҳои хоми Ҷадвали 2 асос гирифта шудаанд.

Коҳиши моменти миёна: Дар ҳамон параграфи муқаддима гуфта шудааст, ки моменти миёна дар моделҳои симметрӣ ва асимметрӣ тақрибан %14,12 ва %8,98 кам шудааст. Дар Ҷадвали ниҳоии 2 бошад қиматҳои моменти 2D 4,43, 3,71 ва 3,94 Nm мебошанд. Ин фарқ байни фоизҳои манбаъ ва ҷадвали ниҳоӣ хомӯшона ислоҳ нашудааст.

Ҳадди тасдиқи таҷрибавӣ

Дар таҳқиқот истеҳсоли муҳаррики физикӣ, озмоиши динамометр, озмоиши системаи воқеии EPS ё озмоиши мошин анҷом дода нашудааст. Ҳамаи натиҷаҳо ба таҳлили электромагнитии унсурҳои ниҳоӣ асос ёфтаанд.

Муаллифон ошкоро мегӯянд, ки дар истифодаи амалӣ таҳаммулпазирии истеҳсолӣ, хатогиҳои васлкунӣ, ғайрихаттии inverter ва ларзиши механикӣ метавонанд байни симулятсия ва ченкунӣ фарқ ба вуҷуд оранд. Гарчанде интизор меравад, ки тамоюли кам кардани ларзиши момент дар тартиби пешниҳодшудаи ротор дар амал низ нигоҳ дошта шавад, ин интизорӣ дар таҳқиқоти мавҷуда таҷрибавӣ исбот нашудааст.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Design of Rotor Pole Arrangement for Torque Ripple Reduction in Consequent Pole Permanent Magnet Synchronous Motors

Муаллифон: Chaewon Jo, Seonghwi Kim, Ju Lee.

Тартиби муаллифон: Тартиби манбаъ айнан нигоҳ дошта шудааст.

Муаллифи масъул: Ju Lee.

Саҳми баробар/муаллифи аввали баробар: Дар манбаъ чунин баёнот нест.

Муассисаҳо: Department of Electrical Engineering, Hanyang University, Seoul, Republic of Korea; The Industry-University Cooperative Foundation, Hanyang University, Seoul, Republic of Korea.

Маҷалла: Machines.

Ношир: MDPI.

Сабти библиографӣ: Machines 2026, 14(6), 662.

DOI: 10.3390/machines14060662.

Пайванди расмии нашр:https://doi.org/10.3390/machines14060662

Санаи нашр: 8 June 2026.

Навъи манбаъ ва ҳолати рецензия: Мақолаи аслии рецензияшудаи таҳқиқотӣ мебошад. Тасдиқи илмӣ ба таҳлили унсурҳои ниҳоӣ ва муқоисаи моделҳо асос ёфтааст.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY).

Маблағгузорӣ: Таҳқиқот аз ҷониби Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning (KETEP) ва Republic of Korea Ministry of Trade, Industry & Energy (MOTIE) дар доираи No. RS-2024-00420625 дастгирӣ шудааст.

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

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

Саҳми муаллифон: Chaewon Jo ва Ju Lee дар консептуализатсия; Chaewon Jo дар методология, нармафзор, таҳлили расмӣ, таҳқиқ ва идоракунии додаҳо; Chaewon Jo ва Ju Lee дар тасдиқ; Chaewon Jo ва Seonghwi Kim дар бозбинӣ/таҳрир ва визуализатсия; Ju Lee дар назорат, идоракунии лоиҳа ва дарёфти маблағгузорӣ иштирок кардаанд. Дар манбаъ гуфта шудааст, ки ҳамаи муаллифон версияи нашршударо хонда ва тасдиқ кардаанд.

Геометрияи муҳаррикҳо, тавсифи ҷараёни магнитӣ, шароити таҳлил, формулаҳо, рафтори гармоникӣ, момент, ларзиши момент, cogging torque ва қиматҳои талафот дар ин мақолаи Verianla ба таҳқиқоти манбаи баррасишуда асос ёфтаанд. Ба ҷуз тасдиқи шахсияти библиографӣ, аз манбаъҳои беруна таҷриба ё бозёфти нави илмӣ илова нашудааст.

Ҳадди асосии методологӣ: Таҳқиқот тасдиқи таҷрибавӣ дар прототипи физикии муҳаррик ё системаи воқеии EPS-ро дар бар намегирад. Тарҳи асосӣ бо таҳлили 2D-и унсурҳои ниҳоӣ таҳия шуда, сохторҳои интихобшуда иловатан бо 3D FEA санҷида шудаанд. Таҳаммулпазирии истеҳсолӣ, хатогиҳои васлкунӣ, таъсирҳои inverter, ларзиши механикӣ, устувории механикии ротор ва шароити воқеии мошин таҷрибавӣ арзёбӣ нашудаанд.

Ёддошти номувофиқии ададии дохили манбаъ: Байни хулоса, муқаддима ва Ҷадвали ниҳоии 2 баъзе ифодаҳои фоизӣ барои коҳиши ларзиши момент ва пастшавии моменти миёна бо ҳам мувофиқ нестанд. Аз ин рӯ, дар мақолаи Verianla барои муқоисаи ниҳоии электромагнитӣ қиматҳои хоми ошкоро дар Ҷадвали 2 додашуда истифода шуда, ифодаҳои дигар хомӯшона ислоҳ нашудаанд.