Új konstrukciójú kapcsolt reluktancia gép 3D FEM analízise

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Vajda István
Villamos Energetika Tanszék

A reluktancia-nyomaték analitikus leírása a pólusalak függvényében, a telítés figyelembe vételével

A fenntartható fejlődés és a megújuló energetika egyik fontos eszközének – az elektromos mobilitásnak – az egyik alapját a nagy teljesítmény-sűrűségű, permanens mágneses villamos motorok jelentik. Ezen motorok mágnesei viszont ritkaföldfém alapú (Dysporsium és Neodymium) mágnesek, amelyek nagyon korlátozott mennyiségben állnak rendelkezésünkre és gyakorlatilag egyetlen állam, Kína területén találhatók. A készletek szűkössége és a kereskedelem monopol helyzete jelentősen megnehezíti, költségessé és bizonytalanná teszi előállításukat és beszerezhetőségüket. Megoldást a kapcsolt-reluktancia motorok (SRM) jelenthetnek (az ilyen típusú motorokban ugyanis nem kell alkalmazni mágnest), ezek elterjedését viszont a jellemzően magas zajszintjük és jelentős nyomatékhullámosságuk gátolja, jóllehet ezek a hátrányok csökkenthetők motor-oldali megfelelő finomhangolt tervezéssel, különösen a pólus felületek kialakításával.

Dolgozatomban egy olyan képletet vezetek le a reluktancia-nyomatékra vonatkozóan, amely a vasanyag nemlineáris BH görbéje, az elfordulási szög, az áramerősség valamint a pólusalak függvényében írja le azt, figyelembe véve a pólussarkokban kialakuló lokális telítést is. Mivel a mágnesezési görbéknek nem létezik explicit alakjuk, ezért ez a levezetés is többszöri közelítésen, megfigyelésen és végeselemes számítógépes tapasztalaton (FEM-experience) alapul, ezen túlmenően az összefüggés levezetéséhez pedig az ekvivalens mágneses körök (MEC) valamint az integrális Maxwell egyenletek jelentenek segítséget. (Bár a végeselemes modellezés közvetlenül nem alkalmas az elektromágneses eszközök méretezésére, a tervezést ellenőrző számításra és a lokális részek finombeállítására és optimalizálására viszont igen.) A tervezés kezdetén mindenképpen a skálázásra is alkalmas analitikus képletekből indulunk ki, amit végeselem analízissel finomhangolunk. Az általam bevezetett pólusoldal-függvény valamint a levezetett összefüggés lehetővé teszi a reluktancia-nyomatékon alapuló eszközök minél pontosabb tervezését és a pólusalak optimalizálásában (pole shape optimization) is segítséget, irányelvet jelenthet. Mivel a képlet az axiális irányú változtatást is megengedi a pólusfelületeken, ezért a felállított összefüggés igazolására a COMSOL Multiphysics szoftvert 3 dimenzióban kellett alkalmazni. (A 2 dimenziós megfigyelésekben a COMSOL mellett a Matlab PDE Toolbox is szerepet kapott kísérleteim során.)

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.