The Mitigation of The Torque Ripples By Applying Stepping And Shifting To The Rotor Magnets In Surface PM Axial Flux Motors

Year 2018, Volume: 5 Issue: 1, 56 - 64, 31.01.2018

Emrah Çetin , Ferhat Daldaban

https://doi.org/10.31202/ecjse.345470

Abstract

Axial flux motors
are one of the promising motor types in the literature due to the advantageous
specifications. They provide crucial advantages against the radial flux motors
in contrast to moving torque by the volume and the weight. Since the motors
that have sinusoidal back emf have lower torque ripples, the adduction of back
EMF waveform to the sinusoidal by applying the stepping and shifting on the
rotor magnets and the mitigation of the torque ripples is researched in this
paper. Shifting and stepping method is applied to the rotor magnet in the 3D
analysis to realize that. Moreover, to get the best results, the optimum
initial position is determined before the back emf and moving torque analysis.
While analyzing, the optimum value of the moment is found in contrast to the
different initial positions. In addition to that, mean torque values versus
initial positions is illustrated as a rectangular plot.

Keywords

Axial flux motors, back EMF waveform, initial positon, torque ripple

Yüzey Mıknatıslı Eksenel Akılı Motorlarda Rotor Mıknatıslarına Adım Ve Kayma Uygulanarak Moment Dalgalanmasının Azaltılması

Abstract

Eksenel akılı sürekli mıknatıslı
motorlar avantajlı özellikleri bakımından literatürde öne çıkan motor
türlerinden birisidir. Radyal akılı motorlara göre hacim veya ağırlık başına
moment açısından önemli avantajlar ortaya koymaktadır. Bu makalede ise sinüs
zıt EMK dalga şekli olan motorların daha az moment dalgalanmasına sahip olması
nedeniyle, eksenel akılı sürekli mıknatıslı motora ait zıt EMK dalga şeklinin
sinüse yaklaştırılması ve buna bağlı olarak moment dalgalanmasının azaltılması
araştırılmıştır. Bunu gerçekleştirebilmek için eksenel akılı sürekli mıknatıslı
motorun rotorunda bulunan mıknatıslara adım ve kayma açısı uygulanarak üç
boyutlu analiz yapılmıştır. Ayrıca zıt EMK ve moment analizinden önce, en doğru
sonucu elde edebilmek için, rotor konumunun en iyi pozisyonu belirlenmiştir.
Analiz yapılırken çeşitli başlangıç değerlerine bağlı olarak ortaya çıkan en
iyi moment değeri bulunmuştur. Bununla beraber de ortalama momentin başlangıç
pozisyonuna bağlı olarak değişimi de grafiksel olarak gösterilmiştir.

Keywords

“Eksenel akılı motorlar”, “zıt EMK dalga şekli”, “başlangıç pozisyonu”, “moment dalgalanması”

References

• 1. S. Shah, T. Lipo, and B. Kwon, "Modeling of novel permanent magnet pole shape SPM motor for reducing torque pulsation," Magn. IEEE Trans., vol. 48, no. 11, pp. 4626-4629, 2012.
• 2. G. J. Li, B. Ren, Z. Q. Zhu, Y. X. Li, J. Ma, "Cogging torque mitigation of modular permanent magnet machines", IEEE Trans. Mag., vol. 52, no. 1, pp. 1-10, Sep. 9 2015.
• 3. S. Kumar, W. Zhao, Z. S. Du, T. A. Lipo, B.-I. Kwon, "Design of ultrahigh speed axial-flux permanent magnet machine with sinusoidal back EMF for energy storage application", IEEE Trans Magn., vol. 51, no. 11, pp. 1-4, Nov. 2015.
• 4. M. J. Corley, R. D. Lorenz, "Rotor position and velocity estimation for a permanent magnet synchronous machine at standstill and high speeds", Proc. Conf. Rec. IEEE-IAS Annu. Meeting, vol. 1, pp. 36-41, 1996.
• 5. P. Schmidt, M. Gasperi, C. Ray, A. Wijenayake, "Initial rotor angle detection of a nonsalient pole permanent magnet synchronous machine", Conf. Rec. 32nd IEEE IAS Annu. Meeting, vol. 1, pp. 459-463, Oct. 1997.
• 6. S. Nakashima, Y. Inagaki, and I. Miki, "Sensorless initial rotor position estimation of surface permanent-magnet synchronous motor," IEEE Trans. Industry Applications, vol. 36, no. 6, pp. 1598-1603, 2000.
• 7. Hasni, M., Touhami, O., Ibtiouen, R., Fadel, M., Caux, S. “Estimation of synchronous machine parameters by standstill tests” Mathematics and Computers in Simulation, Vol. 81 , pp. 277-289. 2010
• 8. D. Basic, F. Malrait, P. Rouchon, "Initial rotor position detection in PMSM based on low frequency harmonic current injection," in Proc. of the 14 International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), pp. T4-1-T4-7, 2010.
• 9. X. Wu, H. Wang, S. Huang, K. Huang and L. Wang., “Sensorless Speed Control with Initial Rotor Position Estimation for Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Motor Drive in Electric Vehicles” Energies, 8, 11030-11046, 2015
• 10. C. Silva, G.M. Asher, M. Sumner & K.J. Bradley, “Sensorless Rotor Position Control in a Surface Mounted PM Machine Using HF Rotating Injection”, EPE Journal, 13:3,12-18, 2003
• 11. Gieras J. F., Kamper M. J., and Wang R.J., Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machines. Springer, Dordrecht, NL: Kluwer,2005.
• 12. Cetin E., Daldaban F. “Otomotiv Uygulamalarında Kullanılacak Eksenel Akılı Sürekli Mıknatıslı BLDC Motor Tasarım Modeli”, OTEKON, 7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi, ss.24-27, BURSA, 26 – 27 Mayıs 2014
• 13. Cetin E., Daldaban F., "Prototyping of Axial Flux Permanent Magnet Motors", ISITES 2015, pp.21-25, Valencia, ISPANYA, 2015
• 14. T. M. Jahns, W. L. Soong, "Pulsating torque minimization techniques for permanent magnet ac drives - A review", IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 43, pp. 321-330, Apr. 1996.