ELECTRI C MACHINES AND CONTROL Vol. 16 No. 10 Oct TM 77 A X Electromagnet
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1 ELECTRI C MACHINES AND CONTROL Vol. 16 No. 1 Oct TM 77 A X Electromagnetic performance analysis for hybrid excitation segmented-rotor flux-switching machines XIONG Shu 1 2 DENG Zhi-quan 1 WANG Yu 1 ZHU Ting-ting 1 XU Pei-lin 1 1. College of Automation Engineering Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 2116 China 2. School of Physics and Electronic Electrical Engineering Huaiyin Normal University Huaian 2233 China Abstract A hybrid excitation segmented-rotor flux-switching motor is proposed which can not only maintain advantages of a wound-field three-phase segmental-rotor flux-switching motor such as segmented-rotor and field-regulation but also realize higher torque density and power efficiency by setting permanent magnets into slot of stator tooth. The operation principle flux switching mode design dimensions were introduced and predicted by finite-element analyses. The finite-element analyses results verify that the proposed machine has higher torque density power efficiency fault tolerant ability and field-regulation ability and is therefore suitable for starter and generator system. Key words flux-switching hybrid-excitation segmental rotor topology field-regulation E. Hoang 1997 flux - switching perma CXLX11_
2 52 16 nent - magnet machines FSPM FSPM Shefield FSPM b Z. Q. Zhu B F 4 F B /8 6 /8 Fig. 1 Topology of the 6/8 structure wound-field segmentedrotorflux-switching synchronous motor hybrid excitation segmented - rotor flux - switching machines HESRFSM FSPM Zhu / 6 2 c 19 Charles Pollock 6 /8 13 hybrid excitation B. segmented - rotor flux - switching machines HESRF- C. Mecrow 16 SM 8 1 C 1 A2 F 5 F 3 F 2 F 6 E. Hoang 17 2 a. 4 T Shefield Z. Q. A1 C 2
3 C A 1 A 2 A B 1 B 2 C 1 C 2 B C (a) 混合励磁磁通切换电机拓扑 I P s = 6 P r = 8 k s =. 56 R s = 75 mm g =. 5 mm β slot = 15 β sw = 8 β sf = 22 β r = 4 h r = 8 mm h pm = 5 mm l bri = 2 mm 4 1 F 3 B 1 F 2 A1 F4 F1 (b) 混合励磁磁通切换电机拓扑 II 导磁桥 A2 F 5 F 6 C2 分块转子 B 2 (a) 横截面 A 2 A 1 (c) 混合励磁磁通切换电机拓扑 III 分块转子定子 2 (b) 外形结构 Fig. 2 Several typical hybrid excitation topologies of flux-switching motor 3 6 /8 Fig. 3 Topology of the 6 /8 structure HESRFSM /8 h y 8 (1-k s)r s 茁茁 slot sw l bri g 茁 r 4 Fig. 4 Design dimensions of the original HESRFSM h r 茁 sf h pm l bri
4 a 5 b (a) 兹 r= (b) 兹 r=9 定子 Fig. 5 5 (a) 弱磁 转子 定子 转子 (b) 增磁 Operation principle of HESRFSM 2.6 A 2. 1 (c) 兹 r= (d) 兹 r=27 6 (c) 互感自感比 7 Fig. 7 Winding self-induction mutual inductance Fig. 6 6 I f = Open-circuit field distributions of the HESRFSM at four typical positions I f = A AB AC 自感 /mh 互感 /mh 互感 / 自感 (a) 自感 (b) 互感 M ab M ac
5 I f = 1 r /min k f 8 a 8 b 8 a Φ HE = Φ PM + Φ f = k f Φ PM 2 Φ HE Φ PM 8 a C Φ f 9. 1 Wb 8 b 18 k f k f = 16 8 c k f θ cog = 36 N p P s } k f P r N p = 9 a HCF P s P r A 9 b HCF P s P r P s P r P s A P r F i 定位力矩 /(N m) 永磁磁链 /Wb 反电势 /V (a) 三相磁链 (b) 三相反电势 Phase%A Phase%B Phase%C Phase%A Phase%B Phase%C (c) 定位力矩 Fig. 8 8 Static characteristics of the HESRFSM excited by magnets alone at no-load 2. 4 反电势 /V 定子磁链 /Wb F i=6a.t F i=3a.t F i=a.t F i=-3a.t F i=-6a.t (a)a 相磁链 F i=6a.t F i=3a.t F i=a.t F i=-3a.t F i=-6a.t Fig. 9 9 (b)a 相反电势 Field regulation capability of the HESRFSM by field windings I III3 3 I mm mm 1 12 mm mm mm
6 III 6 2 mm I mm mm I III 导磁桥宽度 /mm 1. 5 mm Fig. 12 Variation of flux modulation range with 3 Motor bridge length for the three topologies II I II 3 1 I 2 定子磁链幅值 /Wb 定子磁链幅值 /Wb.35.3 If=-1A If=-5A If=A If=5A If=1A Fig. 11 Variation of flux linkage amplitude with ampere-turn for the three topologies 定子磁链幅值 /Wb iron%flux%bridge segment%rotor E.Hoang 3 导磁桥宽度 /mm 1 6 /8 Fig. 1 Variation of flux linkage amplitude with bridge length for the HESRFSM 1 HOANG E BEN-AHMED A H LUCIDARME J. Switching flux permanent magnet polyphased synchronous machines C / /7th 5 E.Hoang European Conference on Power Electronics and Applications September iron%flux%bridge segment%rotor Trondheim Norway ZHU Z Q PANG Y HOWE D et al. Analysis of electromagnetic performance of flux-switching permanent - magnet machines by nonlinear adaptive lumped parameter magnetic circuit model J. IEEE Transactions on Magnetics CHEN J T ZHU Z Q. A dual-lumped parameter magnetic circuit model accounting for the cross-coupling effect with particular reference to flux-switching permanent magnet machines C / /The 4th 励磁电流 /A IET Conference on Power Electronics Machines and Drives April York UK OWEN R L ZHU Z Q THOMAS A S et al. Alternate poles wound flux-switching permanent-magnet brushless ac machines
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34 22 f t = f 0 w t + f r t f w θ t = F cos p - ω 0 t - φ 1 2 f r θ t = F cos p - ω 0 t - φ 2 3 p ω 0 F F φ 1 φ 2 t A B s Fig. 1
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