(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu cải thiện chất lượng mô men động cơ bldc rotor ngoài trong truyền động trực tiếp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VIỆT ANH NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG MƠ MEN ĐỘNG CƠ BLDC ROTOR NGỒI TRONG TRUYỀN ĐỘNG TRỰC TIẾP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – 2021 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VIỆT ANH NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG MÔ MEN ĐỘNG CƠ BLDC ROTOR NGOÀI TRONG TRUYỀN ĐỘNG TRỰC TIẾP Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 9520201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Phạm Hùng Phi TS Phùng Anh Tuấn Hà Nội - 2021 luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết tính tốn trình bày Luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 06 tháng năm 2021 TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Phạm Hùng Phi TS Phùng Anh Tuấn i luan an NGHIÊN CỨU SINH Nguyễn Việt Anh LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tập thể hướng dẫn khoa học TS Phạm Hùng Phi TS Phùng Anh Tuấn dành nhiều công sức, thời gian quan tâm, động viên tận tình hướng dẫn nghiên cứu sinh suốt trình thực luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Vũ Thanh, TS Bùi Minh Định hỗ trợ đóng góp ý kiến quý báu để nghiên cứu sinh hoàn thiện luận án Tác giả chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử, Viện Điện phòng Đào tạo - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi thời gian sở vật chất trình nghiên cứu sinh thực luận án Tác giả trân trọng cảm ơn Viện Nghiên cứu quốc tế Khoa học & Kỹ thuật tính tốn (DASI) tạo điều kiện thuận lợi cho phép tác giả sử dụng chương trình phần mềm ANSYS/Maxwell 2D để thực tốn mơ FEM cho động BLDC Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Anh/Chị/Em đồng nghiệp, bạn bè động viên, giúp đỡ mặt, góp phần vào thành cơng luận án Cuối cùng, tác giả xin gửi tới bố mẹ, vợ lời cảm ơn sâu sắc nhất, người thân bên cạnh động viên, hỗ trợ tinh thần vật chất lúc khó khăn, mệt mỏi Để tác giả yên tâm q trình nghiên cứu, góp phần khơng nhỏ vào thành công luận án Tác giả luận án Nguyễn Việt Anh ii luan an MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC VIẾT TẮT, KÝ HIỆU vi DANH MỤC BẢNG x DANH MỤC HÌNH xi MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Động chiều không chổi than nam châm vĩnh cửu (BLDC) 1.1.2 Đặc điểm điều khiển động BLDC 1.1.3 Ứng dụng động BLDC truyền động trực tiếp 1.2 Các nghiên cứu nước quốc tế 12 1.2.1 Các nghiên cứu nước 12 1.2.2 Các nghiên cứu giới 12 1.3 Các tồn đề xuất nghiên cứu động BLDC rotor 15 1.4 Vật liệu dẫn từ động BLDC 16 1.4.1 Khái niệm mạch từ 16 1.4.2 Vật liệu từ tính 25 1.4.3 Nam châm vĩnh cửu 29 1.4.4 Mơ hình mạch từ nam châm vĩnh cửu 35 1.5 Kết luận 41 Chương 2: MƠ HÌNH MẠCH TỪ ĐỘNG CƠ BLDC 42 2.1 Giới thiệu 42 2.2 Mơ hình dịch chuyển nam châm vĩnh cửu qua rãnh stator 43 2.2.1 Mơ hình tốn học 43 2.2.2 Phân bố từ trường vô hướng dọc theo miệng rãnh 54 2.2.3 Phân bố mật độ từ thơng khe hở khơng khí 55 2.2.4 Ảnh hưởng độ cong 57 2.3 Quá trình lượng động BLDC 61 2.3.1 Xây dựng mạch từ tương đương 61 2.3.2 Mạch từ tương đương chưa xét đến phản ứng phần ứng 63 2.3.3 Mạch từ tương đương có xét đến phản ứng phần ứng 68 2.4 Kiểm nghiệm từ thông điểm làm việc nam châm PTHH 70 iii luan an 2.5 Kết luận 74 Chương 3: MÔ MEN ĐẬP MẠCH (COGGING TORQUE) TRONG ĐỘNG CƠ BLDC 75 3.1 Mô men đập mạch 75 3.2 Cơ sở hình thành mơ men đập mạch 76 3.3 Ảnh hưởng chiều rộng miệng rãnh 79 3.4 Ảnh hưởng độ phủ nam châm 82 3.4.1 Chuỗi Fourier lượng giác 82 3.4.2 Khai triển chuỗi Fourier để phân tích ảnh hưởng độ phủ nam châm 83 3.4.3 So sánh kết tính tốn giải tích mơ FEM 84 3.5 Kết luận 89 Chương THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 90 4.1 Xây dựng thuật toán thiết kế động 90 4.1.1 Các kích thước 90 4.1.2 Ứng dụng thiết kế cho quạt trần 92 4.1.3 Lưu đồ thuật toán thiết kế 93 4.2 Tính tốn thơng số động đề xuất luận án 105 4.3 Thiết lập mô 113 4.3.1 RMxprt 113 4.3.2 Maxwell 114 4.3.3 Kiểm nghiệm kết tối ưu đường kính ngồi rotor 115 4.3.4 Kết mô thiết kế 117 4.3.5 Đánh giá kết mô 120 4.4 Thực nghiệm 121 4.4.1 Đặc tính B-H thép kĩ thuật điện Posco 1300 chế tạo mạch từ stator 122 4.4.2 Chế tạo động thực nghiệm 126 4.5 Kết luận 129 TỔNG KẾT VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 130 Tổng kết 130 Những mặt hạn chế 130 Khả phát triển từ luận án 130 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 iv luan an PHỤ LỤC 137 A1 Thông số động phục vụ mô mục 2.4 137 A2 Thông số động phục vụ mô mục 3.3 137 A3 Số liệu mô mục 3.4.3 139 A4 Thông số động phục vụ mô mục 4.3.3 140 A5 Kết tính tốn thơng số động BLDC phương pháp giải tích theo thuật tốn thiết kế hình 4.12 dùng để mô mục 4.3.4 141 v luan an DANH MỤC VIẾT TẮT, KÝ HIỆU Ký hiệu viết tắt AC : Dòng điện xoay chiều (Alternating current) Back-EMF : BLDC : Sức phản điện động (Back-Electromotive Force) Động chiều không chổi than (Brushless Direct Current) BCNN DC : : Bội chung nhỏ Dòng điện chiều (Direct Current) ƯCLN : Ước chung lớn MMF : Sức từ động (Magnetomotive Force) PM : : Nam châm vĩnh cửu (Permanent magnet) Động đồng nam châm vĩnh cửu (Permanent : : : magnet synchorous motor) Động chiều không chổi than sử dụng nam châm vĩnh cửu Điều chế độ rộng xung Phần tử hữu hạn PMSM PM-BLDC PWM PTHH Ký hiệu chữ Đơn vị A : Tiết diện mm2 Am : Tiết diện nam châm mm2 As : Tiết diện stator mm2 Ag : Tiết diện khe hở không khí mm2 Aslot : Tiết diện rãnh mm2 Aw : Tiết diện dây dẫn mm2 a : Số sợi chập bs0 : Chiều rộng miệng rãnh stator mm bs1 : Đường kính rãnh stator mm bs2 : Đường kính rãnh stator mm bz : Chiều rộng stator mm B : Mật độ từ thông T Bf : Mật độ từ thơng tản khe hở khơng khí T Bg : Mật độ từ thông khe hở khơng khí T - vi luan an Bm : Mật độ từ thông điểm làm việc nam châm T Br : Mật độ từ dư nam châm T Br-s : Mật độ từ thông tổng gông rotor stator T Bs : Mật độ từ thông stator T Byr Bys D : : : Mật độ từ thông gơng rotor Mật độ từ thơng gơng stator Đường kính động T T mm Dir Dis : : Đường kính rotor Đường kính stator mm mm Dor Dos : : Đường kính ngồi rotor Đường kính ngồi stator mm mm d E, e F : : : Đường kính dây dẫn Sức điện động cảm ứng Sức từ động mm V vòng f : Tần số Hz G g : : Điện dẫn Chiều dài khe hở khơng khí S/m mm gC : Chiều dài khe hở khơng khí theo hệ số Carter mm H : Cường độ từ trường A/m Hc Hm hs hs0 hs1 hs2 hm Ia,b,c ia,b,c : : : : : : : Lực kháng từ Cường độ từ trường điểm làm việc nam châm Chiều cao răng, rãnh stator Chiều cao miệng rãnh stator Chiều cao cổ rãnh stator Chiều cao rãnh stator Chiều dày nam châm A/m A/m mm mm mm mm mm : Dòng điện pha A, B, C J k kC : : : Mật độ dòng điện Hệ số Hệ số Carter kdd khd : : Hệ số điền đầy rãnh Hệ số hình dáng vii luan an A A/mm2 - kE L Lc : : : Hệ số sức điện động cảm ứng Điện cảm Điện cảm Lm Ls : : Chiều dài nam châm (theo trục động cơ) Chiều dài hướng trục stator mm mm Lr Laa Lham : : : Chiều dài hướng trục rotor Điện cảm Điện cảm rị rỉ sóng hài bậc cao mm H H Lend : Điện cảm tản đầu cuối H Lslot : Điện cảm tản rãnh stator H Ltotal l m : : : Điện cảm toàn phần Chiều cao Khối lượng H mm kg mFe N (Nz; NS, Nr) n : : : Khối lượng sắt Số răng, rãnh, cực Tốc độ quay kg nd : Số phần động chia theo UCLN (Ns, Nr) - P P Pc Pe Pco p pFe Q R Rs : : : : : : : : : : Từ dẫn Công suất tác dụng Công suất khe hở khơng khí Cơng suất điện từ Cơng suất Số cực Suất tổn hao sắt Công suất phản kháng Điện trở Bán kính cong đáy rãnh - ℜ T Te Tm Ts Tph : : : : : : Từ trở Mô men Mô men điện từ Mô men Số dẫn rãnh Tổng số dẫn pha N.m N.m N.m - Tcogging t Ua,b,c : : : Mô men đập mạch Thời gian Điện áp pha A, B, C N.m s V viii luan an - H H - vòng/phút W W W W W/kg VAr Ω mm 4.5 Kết luận Nội dung chương tính tốn cụ thể thơng số động BLDC rotor ngồi 12 rãnh - 16 cực, luận án đề xuất với số liệu yêu cầu thiết kế thông số lựa chọn Việc tính tốn tiến hành dạng bảng phần mềm Office Excell Các kết tính tốn đạt với u cầu giả thiết đầu Xây dựng quy trình thiết kế động BLDC rotor ngồi cơng suất nhỏ sở thuật toán tối ưu điểm làm việc vật liệu thép kỹ thuật điện chế tạo stator, gông rotor với nam châm vĩnh cửu mật độ từ thông thấp để giảm khối lượng động giá trị công suất, mơ men khơng thay đổi Theo đó, với vật liệu thép stator, gơng rotor có sẵn đặc tính, kích thước hai phần khảo sát, thiết kế Việc ràng buộc vật liệu nam châm ban đầu có mật độ từ dư thấp (Ferrite có Br=0,39 T) điểm làm việc vật liệu thép stator cao nhiều Phương án giảm chiều dài stator so với chiều dài nam châm cách tiếp cận hiệu Tỷ lệ hai kích thước chiều dài tùy thuộc vào việc lựa chọn nam châm có từ dư cao hay thấp vật liệu thép có điểm làm việc Trình tự lựa chọn hiệu chỉnh tỷ lệ thực theo hình 4.2 Chiều dày gơng rotor giảm đáng kể bất chấp việc mật độ từ thơng gơng rotor điểm bão hịa Điều có hai yếu tố: Tổn hao rotor vận hành động gần không chiều dày gông ảnh hưởng đến điểm làm việc nam châm Đây luận điểm quan trọng việc thiết kế tối ưu để giảm khối lượng động giữ giá trị công suất, mô men Một mẫu động chế tạo thử nghiệm với ưu tiên giảm tối đa kích thước máy mà điểm làm việc phạm vi chấp nhận hoạt động hiệu Đưa sở toán học kiểm nghiệm thiết kế động phương pháp giải tích phương pháp PTHH Trình bày vẽ thiết kế, chế tạo mẫu sản phẩm thực nghiệm đánh giá tiêu so sánh với sản phẩm tương tự nước Kết nghiên cứu chương tác giả cộng công bố qua cơng trình: “Maximum Efficiency Design of an Exterior Rotor E-Motor Bike BLDC Motor by Auto Design Progamp”, Hội nghị - Triển lãm quốc tế lần thứ Điều khiển Tự động hoá, VCCA 2017 “Thiết kế động chiều khơng chổi than rotor ngồi cho xe đạp điện sử dụng ansys” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội, ISSN 1859 -3585, số 5(56), trang 22-26 129 luan an TỔNG KẾT VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN Tổng kết Trong toàn luận án này, tác giả có số đóng góp với kết đạt sau: - Lựa chọn chiều rộng miệng rãnh bs0 độ phủ nam châm α hai thông số để nghiên cứu, thiết kế giảm mô men đập mạch động BLDC rotor - Sử dụng khai triển Fourier, tìm quan hệ hệ số Kn-α với độ phủ nam α châm để giảm mô men đập mạch động BLDC rotor ngồi - Tính tốn từ trường nam châm động BLDC rotor ngồi có xét đến phản ứng phần ứng - Đề xuất thuật toán phù hợp để xác định điểm làm việc vật liệu thép kỹ thuật điện thiết kế động BLDC sử dụng nam châm vĩnh cửu mật độ từ dư thấp - Đề xuất sở toán học kiểm nghiệm thiết kế động ứng dụng số mơ hình giải tích phương pháp PTHH - Đưa vẽ sở chế tạo Nhận xét thiết kế kết cấu khối lượng sản phẩm tương đồng với sản phẩm tương tự nước Những mặt hạn chế Mặc dù đạt số kết khả quan nêu nội dung luận án, nhiên với lý khách quan (về thời gian, kinh phí điều kiện nghiên cứu thực nghiệm) với nhân tố chủ quan (về trình độ, lực nhận thức NCS) luận án nhiều mặt hạn chế cần giải hoàn thiện: - Quy trình thiết kế động chưa đạt tính chuẩn hóa - Các phân tích FEM dừng lại phân tích điện từ trường, chưa phân tích đặc tính cơ- nhiệt động Khả phát triển từ luận án - Phân tích chi tiết đề xuất quy tắc thiết kế chung để giảm thiểu mô men đập mạch - Đề xuất hướng tới quy trình thiết kế tối ưu cho động BLDC rotor ngồi với cơng suất vừa nhỏ - Nghiên cứu ảnh hưởng trình chuyển mạch tiếng ồn âm - Nghiên cứu tác động vát mép cực từ stator đặc tính động BLDC rotor ngồi - Tối ưu hóa đa mục tiêu để giảm thiểu khối lượng vật liệu tác dụng 130 luan an DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Bùi Minh Định, Nguyễn Việt Anh, Phạm Hùng Phi (2017), “Maximum Efficiency Design of an Exterior Rotor E-Motor Bike BLDC Motor by Auto Design Progamp”, Hội nghị - Triển lãm quốc tế lần thứ Điều khiển Tự động hoá, VCCA 2017 [2] Nguyễn Việt Anh (2020), “Thiết kế động chiều không chổi than rotor ngồi cho xe đạp điện sử dụng ansys” Tạp chí Khoa học Công nghệ Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội, ISSN 1859 -3585, số 5(56), trang 2226 [3] Nguyễn Việt Anh, Phùng Anh Tuấn, Phạm Hùng Phi, Nguyễn Mạnh Dũng (2020), “Phân tích tác động độ mở miệng rãnh chiều dài nam châm đến mô-men đập mạch động BLDC rotor ứng dụng qn sự”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa Học cơng nghệ quân năm 2020, ISSN 1859 -1043, số 70, trang 70-76 [4] Nguyễn Việt Anh, Nguyễn Mạnh Dũng, Phạm Hùng Phi, Triệu Việt Linh, Phùng Anh Tuấn, Nguyễn Vũ Thanh (2021), “Phân tích ảnh hưởng dây quấn stator mật độ từ thông đến điểm làm việc nam châm q trình q độ” Tạp chí Khoa học Công nghệ Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội, ISSN 1859 -3585, số 1(57), trang 23-28 131 luan an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R Pool (2006), “Power electronics machines and drives 2006,” IET Power Eng., vol 20, no 1, pp 46–47 [2] Z Q Zhu, A S Thomas, J T Chen, and G W Jewell (2009), “Cogging Torque in Flux-Switching Permanent Magnet Machines,” IEEE Trans Magn., vol 45, no 10, pp 4708–4711 [3] G C Lee and T U Jung (2013), “Optimal cogging torque reduction design of dual stator radial flux permanent magnet generator,” 15th Eur Conf Power Electron Appl EPE 2013, pp 85–89 [4] J L Kirtley (2011), “Electric Power Principles: Sources, Conversion, Distribution and Use,” in Electric Power Principles: Sources, Conversion, Distribution and Use [5] T S Low, M A Jabbar, and M A Rahman (1990), “Permanent-Magnet Motors for Brushless Operation,” IEEE Trans Ind Appl., vol 26, no 1, pp 124–129 [6] T J E M J R Hendershot (2010), “Design of Brushless Permanent Magnet Machines” Motor Design Books [7] R Wrobel, P H Mellor, N McNeill, and D A Staton (2010), “Thermal performance of an open-slot modular-wound machine with external rotor,” IEEE Trans Energy Convers., vol 25, no 2, pp 403–411 [8] L Jian, K T Chau, and J Z Jiang (2009), “A magnetic-geared outer-rotor permanent-magnet brushless machine for wind power generation,” IEEE Trans Ind Appl., vol 45, no 3, pp 954–962 [9] C Peter (1995), “Analysis and design considerations of a high-power density, dual air gap, axial-field, brushless, permanent magnet motor,” University of New Hampshire, Durham [10] N Ertugrul and P P Acarnley (1997), “Indirect rotor position sensing in real-time for brushless permanent magnet motor drives,” Conf Proc - IEEE Appl Power Electron Conf Expo - APEC, vol 2, pp 736–742 [11] J Ikäheimo (2002), “Permanent magnet motors eliminate gearboxes,” ABB Rev., no 4, pp 22–25 [12] T Haring, K Forsman, T Huhtanen, and M Zawadzki (2003), “Direct drive - Opening a new era in many applications,” IEEE Conf Rec Annu Pulp Pap Ind Tech Conf., pp 171–179 [13] A Bianchi and L Buti (2003), “Three-Phase A.C Motor Drive and Controller for Clothes Washers,” Appliance, vol 60, no 6, pp 32–35 [14] L Electronics, “www.lge.com” [15] S H Lee, J P Hong, S M Hwang, W T Lee, J Y Lee, and Y K Kim (2009), “Optimal Design for Noise Reduction in Interior Permanent-Magnet Motor,” IEEE Trans Ind Appl., vol 45, no 6, pp 1954–1960 132 luan an [16] Benny, “http://benny.com.vn/san-pham/quat-tran-bf-c54he” [17] A Holzknecht (2003), “Torque motors the trick _ Machine Design,” Mach Des., vol Apr 03 [18] M Aydin, S Huang, and T A Lipo (2006), “Torque quality and comparison of internal and external rotor axial flux surface-magnet disc machines,” IEEE Trans Ind Electron., vol 53, no 3, pp 822–830 [19] Bùi Đức Hùng cộng (2013) Đề tài cấp Thành phố Hà Nội, “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo động đồng nam châm vĩnh cửu dải công suất đến kW,” Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [20] Nguyễn Vũ Thanh (2015), “Nghiên cứu thiết kế tối ưu động đồng pha nam châm vĩnh cửu,” Luận án tiến sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [21] Lê Anh Tuấn (2018), “Nghiên cứu đặc tính khởi động động đồng nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp có xét đến ảnh hưởng bão hòa mạch từ hiệu ứng mặt ngoài,” Luận án tiến sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [22] T Srisiriwanna and M Konghirun (2012), “A study of cogging torque reduction methods in brushless DC motor,” ECTI Trans Electr Eng Electron Commun., vol 10, no 2, pp 138–144 [23] Z Q Zhu and D Howe (2000), “Influence of design parameters on cogging torque in permanent magnet machines,” IEEE Trans Energy Convers., vol 15, no 4, pp 407–412 [24] L Zhu, S Z Jiang, Z Q Zhu, and C C Chan (2011), “Optimal slot opening in permanent magnet machines for minimum cogging torque,” Prz Elektrotechniczny, vol 87, no 3, pp 315–319 [25] N Levin, S Orlova, V Pugachov, B Ose-Zala, and E Jakobsons (2013), “Methods to reduce the cogging torque in permanent magnet synchronous machines,” Elektron ir Elektrotechnika, vol 19, no 1, pp 23–26 [26] T Tudorache and M Modreanu (2013), “Design solutions for reducing the cogging torque of PMSM,” Adv Electr Comput Eng., vol 13, no 3, pp 59– 64 [27] W Fei and P C K Luk (2010), “A new technique of cogging torque suppression in direct-drive permanent-magnet brushless machines,” IEEE Trans Ind Appl., vol 46, no 4, pp 1332–1340 [28] A Ghasemi (2014), “Cogging torque reduction and optimization in surfacemounted permanent magnet motor using magnet segmentation method,” Electr Power Components Syst., vol 42, no 12, pp 1239–1248 [29] L Dosiek and P Pillay (2007), “Cogging torque reduction in permanent magnet machines,” IEEE Trans Ind Appl., vol 43, no 6, pp 1565–1571 [30] D A González, J A Tapia, and A L Bettancourt (2007), “Design consideration to reduce cogging torque in axial flux permanent-magnet machines,” IEEE Trans Magn., vol 43, no 8, pp 3435–3440 133 luan an [31] Y Özoǧlu (2017), “New magnet shape for reducing torque ripple in an outerrotor permanent-magnet machine,” Turkish J Electr Eng Comput Sci., vol 25, no 5, pp 4381–4397 [32] C Y Hsiao, S N Yeh, and J C Hwang (2011), “A novel cogging torque simulation method for permanent-magnet synchronous machines,” Energies, vol 4, no 12, pp 2166–2179 [33] I Trifu (2015), “Research on reducing cogging torque in permanent magnet synchronous generators,” UPB Sci Bull Ser C Electr Eng Comput Sci., vol 77, no 3, pp 225–234 [34] J W Jiang, B Bilgin, Y Yang, A Sathyan, H Dadkhah, and A Emadi (2016), “Rotor skew pattern design and optimisation for cogging torque reduction,” IET Electr Syst Transp., vol 6, no 2, pp 126–135 [35] S Jagasics and I Vajda (2016), “Cogging torque reduction by magnet pole pairing technique,” Acta Polytech Hungarica, vol 13, no 4, pp 107–120 [36] V Zamani Faradonbeh, S Taghipour Boroujeni, and N Takorabet (2020), “Optimum arrangement of PMs in surface-mounted PM machines: cogging torque and flux density harmonics,” Electr Eng., vol 102, no 3, pp 1117– 1127 [37] L J Wu, Z Q Zhu, D A Staton, M Popescu, and D Hawkins (2012), “Comparison of analytical models of cogging torque in surface-mounted PM machines,” IEEE Trans Ind Electron., vol 59, no 6, pp 2414–2425 [38] S Taghipour Boroujeni and V Zamani (2016), “Influence of magnet shaping on cogging torque of surface-mounted PM machines,” Int J Numer Model Electron Networks, Devices Fields, vol 29, no 5, pp 859–872 [39] S T Boroujeni, N Takorabet, S Mezani, T Lubin, and P Haghgooie (2020), “Using and enhancing the cogging torque of PM machines in valve positioning applications,” IET Electr Power Appl., vol 14, no 12, pp 2516– 2524 [40] J Gao, G Wang, X Liu, W Zhang, S Huang, and H Li (2017), “Cogging Torque Reduction by Elementary-Cogging-Unit Shift for Permanent Magnet Machines,” IEEE Trans Magn., vol 53, no 11 [41] W Ren, Q Xu, Q Li, and L Zhou (2016), “Reduction of Cogging Torque and Torque Ripple in Interior PM Machines with Asymmetrical V-Type Rotor Design,” IEEE Trans Magn., vol 52, no [42] J Ou, Y Liu, R Qu, and M Doppelbauer (2018), “Experimental and Theoretical Research on Cogging Torque of PM Synchronous Motors Considering Manufacturing Tolerances,” IEEE Trans Ind Electron., vol 65, no 5, pp 3772–3783 [43] J Si, S Zhao, L Zhang, R Cao, and W Cao (2019), “The characteristics analysis and cogging torque optimization of a surface-interior permanent magnet synchronous motor,” Chinese J Electr Eng., vol 4, no 4, pp 41–47 134 luan an [44] D Wang, H Lin, H Yang, Y Zhang, and K Wang (2016), “Cogging torque optimization of flux memory pole-changing permanent magnet machine,” IEEE Trans Appl Supercond., vol 26, no [45] X Zhu and W Hua (2017), “An Improved Configuration for Cogging Torque Reduction in Flux-Reversal Permanent Magnet Machines,” IEEE Trans Magn., vol 53, no [46] K J Han, H S Cho, D H Cho, H R Cho, H S Lee, and H K Jung (1999), “Core shape optimization for cogging torque reduction of BLDC motor,” IEEE Int Electr Mach Drives Conf IEMDC 1999 - Proc., pp 416– 418 [47] T Liu, S Huang, Q Deng, Q Pu, and K Huang (2011), “Effect of the number of slots per pole on performance of permanent magnet generator direct-driven by wind turbine,” Int Conf Electr Mach Syst ICEMS, pp 1– [48] L Zhu, S Z Jiang, Z Q Zhu, and C C Chan (2009), “Analytical methods for minimizing cogging torque in permanent-magnet machines,” IEEE Trans Magn., vol 45, no 4, pp 2023–2031 [49] M Fazil and K R Rajagopal (2010), “Development of external rotor singlephase PM BLDC motor based drive for ceiling fan,” Jt Int Conf Power Electron Drives Energy Syst., pp 1–4 [50] J Lee, H W Lee, Y Do Chun, M Sunwoo, and J P Hong (2000), “The Performance Prediction of Controlled-PM LSM in Various Design Schemes by FEM,” IEEE Trans Magn., vol 36, no PART 1, pp 1898–1901 [51] D C Hanselman (1994), “Brushless permanent-magnet motor design.” [52] N Bianchi and S Bolognani (2002), “Design techniques for reducing the cogging torque in surface-mounted PM motors,” IEEE Trans Ind Appl., vol 38, no 5, pp 1259–1265 [53] S M Hwang, J B Eom, G B Hwang, W B Jeong, and Y H Jung (2000), “Cogging torque and acoustic noise reduction in permanent magnet motors by teeth pairing,” IEEE Trans Magn., vol 36, no I, pp 3144–3146 [54] D Hanselman (2006), “Brushless Permanent Magnet Motor Design Second Edition,” in Magna Physics Publishing, vol 2, Magna Physics Publishing, p 392 [55] J F G and M Wing (2010), “Chapter 2, Permanent Magnet Motor Techlonogy Design and Application 3nd Edition,” Marcel Dekker [56] Lưu Mỹ Thuận, Phạm Văn Chới, Bùi Hữu Tín, Phạm Tố Uyên (1986), “Giáo trình Thiết kế khí cụ điện hạ áp,” Đại học Bách khoa Hà Nội [57] D Duane and H (2006), “Chapter 2, Brushless Permanent Magnet Motor Design 2nd Edition.” Magna Physics Publishing [58] V X HÙNG (2018), “Modeling of Exterior Rotor Permanent Magnet Machines With Concentrated Windings,” vol 11, no 135 luan an [59] N H Nghị (2012), “Cơ sở từ học vật liệu từ tiên tiến.” Nhà xuất khoa học Kỹ Thuật [60] T Kenjō and S Nagamori (1985), “Permanent-magnet and brushless DC motors.” [61] J F Gieras (2013), “Permanent Magnet Motor Technology,” J Chem Inf Model., vol 53, pp 1689–1699 [62] T Miller (2014), “Chapter 2, SPEED’s Electric Machines with problems and solutions.” [63] J.R and H J and T M (1994), “Chapter 4& 6& 8& 9, Design of Brushless Permanet Magnet Motor.” [64] F W Carter (1901), “Air-gap induction,” vol 38 [65] Z Q Zhu and D Howe (1993), “Instantaneous magnetic field distribution in brushless permanent magnet dc motors, Part III: Effect of stator slotting,” IEEE Trans Magn., vol 29, no 1, pp 143–151 [66] and T S L Z J Liu, C Bi, Q D Zhang, M A Jabbar (1996), “Electromagnetic design for hard disk drive spindle motors with fluid film lubricated bearings,” IEEE Trans Magn., vol 32, no PART 1, pp 3893– 3895 [67] U Kim and D K Lieu (1998), “Magnetic field calculation in permanent magnet motors with rotor eccentricity: Without slotting effect,” IEEE Trans Magn., vol 34, no PART 2, pp 2243–2252 [68] Li Jiang Tao (2006), “Analysis and determination of cogging torque and unbalanced magnetic forces in permanent magnet spindle motors for hard disk drives,” National University of Singapore [69] M Niazazari, M Mirsalim, and S Mohammadi (2014), “Analytical framework for analysis and demagnetization study of a slotted solid-rotor line-start permanent-magnet synchronous motor,” 5th Annu Int Power Electron Drive Syst Technol Conf., pp 494–499 [70] T Miller (2014), “Chapter 1, SPEED’s Electric Machines with problems and solutions.” [71] K H Nam (2017), “AC Motor Control and Electric Vehicle Applications.” [72] I Boldea and S A Nasar (2018), “The Induction Machines Design Handbook,” Induction Mach Des Handb 136 luan an PHỤ LỤC A1 Thông số động phục vụ mô mục 2.4 Thông số Giá trị Đơn vị Số pha pha Số cực 16 Cực Số rãnh 12 rãnh Số dẫn rãnh Ts - 0,25 mm Kiểu đấu dây Y - Điện áp DC 127 V Đường kính ngồi stator 132 mm Đường kính stator 40 mm Đường kính ngồi rotor 150 mm Đường kính rotor 133 mm Chiều dài tác dụng mạch từ mm Chiều dài tác dụng nam châm 26 mm Chiều dày nam châm 8,25 mm Mật độ từ dư 0,39 T Độ từ thẩm tương đối 1,1 - Hệ số điền đầy rãnh 0,4 - Đường kính dây dẫn A2 Thơng số động phục vụ mô mục 3.3 Thông số Giá trị Công suất 38 W Điện áp dây định mức 127 V Stator Số rãnh stator 12 137 luan an Mơ tả Số vịng dây quấn stator 800 Lỗ trục thân stator 17,5 mm Đường kính stator 132 mm Số thép stator 16 Chiều dày thép 0,5 mm hs0 2,6 mm hs1 mm hs2 15 mm bs0 mm bs1 17,4 mm bs2 13 mm Rs mm Kiểu dây quấn stator Tập trung, nối 800 vòng/răng 3200 vòng/pha Rotor Số cực Số đơi cực Đường kính 16 nam châm 132,5 mm Đường kính vành ngồi 152 mm Chiều cao 26 mm Chiều dày gông từ 1,5 mm 138 luan an Chiều dày nam châm mm Chiều cao nam châm 26,5 mm Độ phủ nam châm Loại nam châm Kiểu tải 0,7 Ferrite Y30BH Quạt gió A3 Số liệu mô mục 3.4.3 Thông số Giá trị Công suất 38 W Điện áp dây định mức 127 V STATOR Số rãnh stator 12 Số vòng dây rãnh 540 Lỗ trục thân stator 17,5 mm Đường kính stator 132,5 mm Số thép stator 16 Chiều dày thép 0,5 mm hs0 2,6 mm hs1 mm hs2 15 mm bs0 mm bs1 17,4 mm bs2 13 mm Rs mm 139 luan an Mô tả Kiểu dây quấn stator Tập trung, nối 540 vòng/răng 2160 vòng/pha ROTOR Số cực 16 nam châm Số đơi cực Đường kính 133 mm Đường kính vành ngồi 152 mm Chiều cao 26,5 mm Chiều dày gông từ 1,5 mm Chiều dày nam châm mm Chiều cao nam châm 26,5 mm Độ phủ nam châm Loại nam châm Kiểu tải 0,7 Ferrite Y30BH Quạt gió A4 Thơng số động phục vụ mơ mục 4.3.3 Thông số Giá trị Đơn vị Số pha pha Số cực 16 nam châm Số rãnh 12 rãnh Số dẫn rãnh 1600 Đường kính dây dẫn 0,25 mm 140 luan an Kiểu đấu dây Y - Đường kính ngồi stator 132 mm Đường kính stator 17,5 mm Đường kính ngồi rotor 152 mm Đường kính rotor 132,5 mm Chiều dài tác dụng stator mm Chiều dài tác dụng nam châm 26 mm Chiều dày nam châm 8,25 mm Mật độ từ dư 0,39 T Độ từ thẩm tương đối 1,1 H/m A5 Kết tính tốn thơng số động BLDC phương pháp giải tích theo thuật tốn thiết kế hình 4.12 dùng để mơ mục 4.3.4 Nam châm Ký hiệu Giá trị Đơn vị tính Mật độ từ dư Br 0,39 T Độ từ thẩm tương đối 𝜇r 1,1 - Chiều dày nam châm hm 8,25 mm Hệ số cung cực α 0,7 mm Số cực rotor Nr 16 - Số rãnh stator Ns 12 - Công suất Pc 38 W Mô men Tc 1,95 Nm Dir 132,5 mm Lr=Lm 26 mm Dor 152 mm Thơng số Kích thước động Đường kính rotor Chiều dài động Đường kính ngồi rotor 141 luan an Chiều dày gơng rotor wyr 1,5 mm g 0,25 mm Đường kính ngồi stator Dos 132 mm Chiều dài stator Ls mm Đường kính stator Dis 17,5 mm Khe hở khơng khí Khai triển chuỗi Fourier Mật độ từ thông khe hở khơng khí Bg 1,21 T Mật độ từ thơng khe hở khơng khí trung bình phân tích Fourier Bg-avg 0,871 T Tính tốn dây quấn Hệ số điện áp kE 0,623 - Chọn mật độ từ thông stator Bs 1,4 T Độ rộng stator bz 15,6 mm Số vòng dây pha Tph 3258 vòng Số vòng dây rãnh Tp 800 vịng Tính tốn rãnh Đường kính rãnh bs1 17,4 mm Dòng điện pha định mức If 0,26 A Mật độ J A/mm2 Tiết diện dây quấn d 0,235 mm Tiết diện rãnh Aslot 231 mm2 Độ mở miệng rãnh bs0 mm Chiều cao miệng rãnh hs0 2,6 mm Chiều cao cổ rãnh hs1 mm 142 luan an Đường kính rãnh bs2 13 mm Tính tốn tổn hao Điện trở R75 88,528 Ω Điện cảm Laa 0,397 H Lend+slot 0,143 H Kiểm tra kE kE 0,565 - Tổn hao dây quấn pcu 17,953 W Suất tổn hao sắt pfe 1,854 W/kg Khối lượng stator mfe 0,662 kg Tổn hao sắt stator Pfe 1,228 W Hiệu suất η 0,66 % Điện cảm tản 143 luan an ... KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VIỆT ANH NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG MƠ MEN ĐỘNG CƠ BLDC ROTOR NGỒI TRONG TRUYỀN ĐỘNG TRỰC TIẾP Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 9520201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI... thông số tốt thiết kế Như đề tài ? ?Nghiên cứu cải thiện chất lượng mơ men động BLDC rotor ngồi truyền động trực tiếp? ?? cần thiết bối cảnh ✓ Mục đích luận án - Nghiên cứu ảnh hưởng chiều rộng miệng... sinh ma sát bánh ✓ Giảm trọng lượng - Truyền động trực tiếp nhẹ truyền động thơng qua hộp số Một số ví dụ truyền động trực tiếp sử dụng động BLDC rotor lợi khác biệt so với truyền động qua hộp