Luận án Nghiên cứu cải thiện chất lượng mô men động cơ BLDC rotor ngoài trong truyền động trực tiếp

Lý do chọn đề tài

Ngày nay khi mối quan tâm về môi trường tăng lên, động cơ điện có hiệu suất

cao hơn luôn được tìm kiếm để đáp ứng đối với hệ thống truyền động tiết kiệm

năng lượng. Một nghiên cứu được công bố vào năm 2008 đã chỉ ra rằng động cơ

điện chiếm 65% năng lượng tiêu thụ trên toàn thế giới [1]. Do đó, việc sử dụng các

động cơ điện có hiệu suất cao chẳng hạn như động cơ điện nam châm vĩnh cửu gần

đây đã nhận được sự quan tâm lớn.

Động cơ nam châm vĩnh cửu không có cuộn dây rotor nên tổn thất đồng thấp hơn

và có hiệu suất cao hơn so với động cơ cảm ứng. Đối với các ứng dụng tốc độ thấp,

dưới 500 vòng/phút, động cơ nam châm vĩnh cửu có thể không cần hộp số.

Theo truyền thống, để điều chỉnh tốc độ và mô men của hệ truyền động thì sử

dụng động cơ cảm ứng kết hợp với hộp số. Tuy nhiên hệ truyền động này có nhược

điểm gây ra tiếng ồn, tốn kém vật tư, nhân công bảo dưỡng và hiệu suất truyền động

thấp. Do đó việc loại bỏ hộp số là cần thiết, để chuyển sang truyền động trực tiếp sử

dụng động cơ nam châm vĩnh cửu ghép trực tiếp với tải đáp ứng tốc độ thấp (hoặc

tốc độ cao).

Hệ truyền động trực tiếp có một yêu cầu quan trọng là chất lượng mô men điện

từ được tạo ra phải có giá trị gợn xung mô men nhỏ nhất để đảm bảo hệ thống hoạt

động trơn tru, tiếng ồn thấp và ít rung lắc. Các gợn xung mô men trong động cơ

điện nói chung là do các sóng điều hòa phụ thuộc thời gian và không gian của từ

trường khe hở không khí gây ra. Sóng điều hòa phụ thuộc không gian còn được gọi

là mô men đập mạch (cogging torque), sinh ra bởi sự tương tác giữa nam châm vĩnh

cửu và rãnh stator [2]. Như vậy, mô men đập mạch là một hiện tượng cố hữu trong

động cơ nam châm vĩnh cửu có rãnh.

Mô men đập mạch ảnh hưởng đến việc tăng và giảm tốc độ động cơ trong từng

thời điểm. Nó là một trong những nguồn tạo ra gợn xung mô men không mong

muốn khi gây ra tiếng ồn, rung động âm thanh, làm biến dạng sóng điều hòa và mài

mòn vòng bi ở tốc độ thấp [3]. Do đó vấn đề phải giảm thiểu mô men đập mạch để

nâng cao hiệu năng động cơ nam châm vĩnh cửu bằng cách phân tích, tính toán các

thông số tạo ra mô men đập mạch hoặc thiết kế động cơ theo công nghệ mới. Một

trong những cách nâng cao hiệu năng động cơ được áp dụng để nghiên cứu, chính là

phân tích, tính toán và lựa chọn các thông số tốt nhất khi thiết kế. Như vậy đề tài

“Nghiên cứu cải thiện chất lượng mô men động cơ BLDC rotor ngoài trong

truyền động trực tiếp” là hết sức cần thiết trong bối cảnh này.

Mục đích của luận án

- Nghiên cứu ảnh hưởng chiều rộng miệng rãnh (bs0), tỷ số cung cực trên bước

cực (α - độ phủ nam châm) đến mô men đập mạch ở động cơ BLDC rotor ngoài,

nam châm Ferrite có mật độ từ dư nhỏ (𝐵𝑟 = 0,39𝑇).2

- Nghiên cứu sự tác động của phản ứng phần ứng đến nam châm trong quá trình

xác lập và quá độ, từ đó đưa ra phương án hiệu chỉnh số vòng dây để đảm bảo động

cơ vận hành tin cậy. Xác định tỷ lệ chiều dài hướng trục stator và rotor sao cho phù

hợp với nam châm.

- Đề xuất giá trị hai thông số chiều rộng miệng rãnh (bs0), tỷ số cung cực trên

bước cực (α) phù hợp trong thiết kế động cơ BLDC rotor ngoài để giảm mô men

đập mạch.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

- Ý nghĩa khoa học:

Xây dựng lưu đồ thiết kế với các vòng hiệu chỉnh bằng phương trình toán và kết

quả mô phỏng phản ánh tương đối chính xác chế độ làm việc xác lập của động cơ.

Sử dụng chuỗi Fourier như một công cụ để phân tích mật độ từ thông tại khe hở

không khí với một giá trị độ phủ nam châm được lựa chọn, sẽ tối thiểu các sóng hài

bậc cao, từ đó giảm được mô men đập mạch.

- Ý nghĩa thực tiễn:

Chế tạo hai mẫu động cơ theo quan điểm thiết kế của luận án và thử nghiệm

thành công trong dải tần số từ 7,2 Hz đến 25 Hz. Các kỹ sư có thể sử dụng lưu đồ

thiết kế BLDC rotor ngoài do luận án đề xuất để tính toán, thiết kế và điều chỉnh

cấu trúc động cơ phù hợp với yêu cầu thực tế.

Đối tượng nghiên cứu

Động cơ BLDC rotor ngoài, công suất 38 W, tải (cánh quạt) nối trực tiếp, lưu

lượng gió 230 m3/1 phút, 9 cấp tốc độ ứng với dải tần số từ 7,2 Hz đến 25 Hz.

Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu giảm mô men đập mạch động cơ BLDC rotor ngoài khi xét đến các

yếu tố chiều rộng miệng rãnh, tỷ lệ cung cực trên bước cực và thực nghiệm chế tạo

động cơ công suất 38 W.

Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp, tham khảo tài liệu trong nước và quốc tế. Đặt

ra bài toán, xây dựng và mô hình hóa động cơ.

- Sử dụng phương pháp mạch từ tương đương và giải tích để nghiên cứu tính

toán xác định mật độ từ thông tại điểm làm việc nam châm. Áp dụng phương pháp

PTHH trên Ansys Maxwell để mô phỏng các đặc tính điện từ ở chế độ tĩnh và động.

- Thực nghiệm chế tạo và kiểm chứng. Đánh giá, ưu nhược điểm mô hình và đề

xuất.3

Các kết quả (mới) dự kiến sẽ đạt được

- Xác định hệ số Kn-α thông qua phân tích chuỗi Fourier theo biến không gian và

đề xuất giá trị hai thông số chiều rộng miệng rãnh (bs0) và tỷ lệ cung cực trên bước

cực (α) trong thiết kế giảm mô men đập mạch ở động cơ BLDC.

- Biểu thức tính toán từ trường nam châm trong động cơ BLDC rotor ngoài có

xét đến phần ứng phần ứng.

- Đề xuất thuật toán thiết kế tối ưu vật liệu chế tạo stator, gông rotor phù hợp với

đặc tính làm việc của nam châm vĩnh cửu mật độ từ dư thấp để giảm khối lượng

động cơ khi các giá trị công suất, mô men không thay đổi.

pdf 161 trang chauphong 16/08/2022 12660
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án Nghiên cứu cải thiện chất lượng mô men động cơ BLDC rotor ngoài trong truyền động trực tiếp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu cải thiện chất lượng mô men động cơ BLDC rotor ngoài trong truyền động trực tiếp

Luận án 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 MÔ MEN 
ĐỘNG CƠ BLDC ROTOR NGOÀI TRONG TRUYỀN ĐỘNG 
TRỰC TIẾP 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT ĐIỆN 
Hà Nội – 2021
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: 
1. TS. Phạm Hùng Phi 
2. TS. Phùng Anh Tuấn 
Hà Nội - 2021
i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả 
tính toán trình bày trong Luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố 
trong bất cứ công trình nào khác. 
Hà Nội, ngày 06 tháng 9 năm 2021 
TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SINH 
TS. Phạm Hùng Phi 
TS. Phùng Anh Tuấn 
Nguyễn Việt Anh 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Để hoàn thành luận án này, tác giả xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến tập thể 
hướng dẫn khoa học là TS. Phạm Hùng Phi và TS. Phùng Anh Tuấn luôn dành 
nhiều công sức, thời gian quan tâm, động viên và tận tình hướng dẫn nghiên cứu 
sinh trong suốt quá trình thực hiện luận án. 
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Vũ Thanh, TS. Bùi Minh Định đã hỗ trợ 
và đóng góp các ý kiến quý báu để nghiên cứu sinh hoàn thiện luận án. 
Tác giả chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử, 
Viện Điện và phòng Đào tạo - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều 
kiện thuận lợi nhất về thời gian và cơ sở vật chất trong quá trình nghiên cứu sinh 
thực hiện luận án. 
Tác giả trân trọng cảm ơn Viện Nghiên cứu quốc tế về Khoa học & Kỹ thuật tính 
toán (DASI) đã tạo điều kiện thuận lợi cho phép tác giả sử dụng chương trình phần 
mềm ANSYS/Maxwell 2D để thực hiện các bài toán mô phỏng FEM cho động cơ 
BLDC. 
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các Anh/Chị/Em đồng nghiệp, bạn bè đã động viên, 
giúp đỡ về mọi mặt, góp phần vào sự thành công của luận án. 
Cuối cùng, tác giả xin gửi tới bố mẹ, vợ và các con lời cảm ơn sâu sắc nhất, những 
người thân đã luôn ở bên cạnh động viên, hỗ trợ về tinh thần và vật chất trong 
những lúc khó khăn, mệt mỏi. Để tác giả yên tâm trong quá trình nghiên cứu, góp 
phần không nhỏ vào thành công của luận án. 
 Tác giả luận án 
Nguyễn Việt Anh 
iii 
MỤC LỤC 
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii 
DANH MỤC VIẾT TẮT, KÝ HIỆU ........................................................................ vi 
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. x 
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. xi 
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 
Chương 1: TỔNG QUAN .......................................................................................... 4 
1.1. Giới thiệu .......................................................................................................... 4 
1.1.1. Động cơ một chiều không chổi than nam châm vĩnh cửu (BLDC) ........... 6 
1.1.2. Đặc điểm điều khiển của động cơ BLDC .................................................. 8 
1.1.3. Ứng dụng động cơ BLDC trong truyền động trực tiếp ............................. 9 
1.2. Các nghiên cứu trong nước và quốc tế ........................................................... 12 
1.2.1. Các nghiên cứu trong nước ...................................................................... 12 
1.2.2. Các nghiên cứu trên thế giới .................................................................... 12 
1.3. Các tồn tại và đề xuất nghiên cứu động cơ BLDC rotor ngoài ...................... 15 
1.4. Vật liệu dẫn từ trong động cơ 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. Mô hình mạch từ của nam châm vĩnh cửu .............................................. 35 
1.5. Kết luận .......................................................................................................... 41 
Chương 2: MÔ HÌNH MẠCH TỪ ĐỘNG CƠ BLDC ............................................ 42 
2.1. Giới thiệu ........................................................................................................ 42 
2.2. Mô hình dịch chuyển nam châm vĩnh cửu qua rãnh stator ............................ 43 
2.2.1. Mô hình toán học ..................................................................................... 43 
2.2.2. Phân bố từ trường vô hướng dọc theo miệng rãnh .................................. 54 
2.2.3. Phân bố mật độ từ thông trong khe hở không khí ................................... 55 
2.2.4. Ảnh hưởng của độ cong ........................................................................... 57 
2.3. Quá trình năng lượng trong động cơ 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 tại điểm làm việc nam châm bằng PTHH ................. 70 
iv 
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 mô men đập mạch .............................................................. 76 
3.3. Ảnh hưởng của chiều rộng miệng rãnh .......................................................... 79 
3.4. Ảnh hưởng của 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 của độ phủ nam châm 83 
3.4.3. So sánh kết quả tính toán giải tích và mô phỏng FEM ............................ 84 
3.5. Kết luận .......................................................................................................... 89 
Chương 4. THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ................................... 90 
4.1. Xây dựng thuật toán thiết kế động cơ ............................................................ 90 
4.1.1. Các kích thước cơ bản ............................................................................. 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 toán thông số động cơ được đề xuất trong luận án .............................. 105 
4.3. Thiết lập mô phỏng ...................................................................................... 113 
4.3.1. RMxprt ................................................................................................... 113 
4.3.2. Maxwell ................................................................................................. 114 
4.3.3. Kiểm nghiệm kết quả tối ưu đường kính ngoài rotor ............................ 115 
4.3.4. Kết quả mô phỏng thiết kế ..................................................................... 117 
4.3.5. Đánh giá kết quả mô phỏng ................................................................... 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 cơ 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 năng phát triển từ luận án ............................................................................ 130 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........................... 131 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 132 
v 
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 137 
A1. Thông số động cơ phục vụ mô phỏng tại mục 2.4 ....................................... 137 
A2. Thông số động cơ phục vụ mô phỏng tại mục 3.3 ....................................... 137 
A3. Số liệu mô phỏng tại mục 3.4.3 .................................................................... 139 
A4. Thông số động cơ phục vụ mô phỏng tại mục 4.3.3 .................................... 140 
A5. Kết quả tính toán thông số động cơ BLDC bằng phương pháp giải tích theo 
thuật toán thiết kế hình 4.12 và dùng để mô phỏng tại mục 4.3.4 ...................... 141 
vi 
DANH MỤC VIẾT TẮT, KÝ HIỆU 
Ký hiệu viết tắt 
AC : Dòng điện xoay chiều (Alternating current). 
Back-EMF : Sức phản điện động (Back-Electromotive Force). 
BLDC : Động cơ một chiều không chổi than (Brushless Direct Current). 
BCNN : Bội chung nhỏ nhất. 
DC : Dòng điện một chiều (Direct Current). 
ƯCLN : Ước chung lớn nhất. 
MMF : Sức từ động (Magnetomotive Force). 
PM : Nam châm vĩnh cửu (Permanent magnet). 
PMSM 
: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Permanent 
magnet synchorous motor). 
PM-BLDC : Động cơ một chiều không chổi than sử dụng nam châm vĩnh cửu. 
PWM : Điều chế độ rộng xung. 
PTHH : Phần tử hữu hạn. 
Ký hiệu chữ Đơn vị 
A : Tiết diện. mm
2 
Am : Tiết diện nam châm. mm
2 
As : Tiết diện răng stator. mm
2 
Ag : Tiết diện khe hở không khí. mm
2
Aslot : Tiết diện rãnh. mm
2 
Aw : Tiết diện dây dẫn. mm
2 
a : Số sợi chập. - 
bs0 : Chiều rộng miệng rãnh stator. mm 
bs1 : Đường kính trên rãnh stator. mm 
bs2 : Đường kính dưới rãnh stator. mm 
 ... i., 
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. 7. 
[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. 
135 
[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. 4. 
[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. 6. 
[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–
4. 
[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 single-
phase 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. 4 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. 5 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. 6. 
136 
[59] N. H. Nghị (2012), “Cơ sở từ học và các vật liệu từ tiên tiến.” Nhà xuất bản 
khoa học và 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. 5 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. 4 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. 
137 
PHỤ LỤC 
A1. Thông số động cơ phục vụ mô phỏng tại mục 2.4 
Thông số Giá trị Đơn vị 
Số pha 3 pha 
Số cực 16 Cực 
Số rãnh 12 rãnh 
Số thanh dẫn một rãnh Ts - 
Đường kính dây dẫn 0,25 mm 
Kiểu đấu dây Y - 
Điện áp DC 127 V 
Đường kính ngoài stator 132 mm 
Đường kính trong stator 40 mm 
Đường kính ngoài rotor 150 mm 
Đường kính trong rotor 133 mm 
Chiều dài tác dụng mạch từ 8 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 - 
A2. Thông số động cơ phục vụ mô phỏng tại mục 3.3 
Thông số Giá trị Mô tả 
Công suất cơ 38 W 
Điện áp dây định mức 127 V 
Stator 
Số rãnh stator 12 
138 
Số vòng dây quấn stator 800 
Lỗ trục trên thân stator 17,5 mm 
Đường kính stator 132 mm 
Số lá thép stator 16 
Chiều dày lá thép 0,5 mm 
hs0 2,6 mm 
hs1 2 mm 
hs2 15 mm 
bs0 2 mm 
bs1 17,4 mm 
bs2 13 mm 
Rs 3 mm 
Kiểu dây quấn stator 
Tập trung, 
nối sao 
800 
vòng/răng 
3200 
vòng/pha 
Rotor 
Số cực 16 nam châm 
Số đôi cực 8 
Đường kính trong 132,5 mm 
Đường kính vành ngoài 152 mm 
Chiều cao 26 mm 
Chiều dày gông từ 1,5 mm 
139 
Chiều dày nam châm 8 mm 
Chiều cao nam châm 26,5 mm 
Độ phủ nam châm 0,7 
Loại nam châm Ferrite Y30BH 
Kiểu tải Quạt gió 
A3. Số liệu mô phỏng tại mục 3.4.3 
Thông số Giá trị Mô tả 
Công suất cơ 38 W 
Điện áp dây định mức 127 V 
STATOR 
Số rãnh stator 12 
Số vòng dây trong 1 rãnh 540 
Lỗ trục trên thân stator 17,5 mm 
Đường kính stator 132,5 mm 
Số lá thép stator 16 
Chiều dày lá thép 0,5 mm 
hs0 2,6 mm 
hs1 2 mm 
hs2 15 mm 
bs0 2 mm 
bs1 17,4 mm 
bs2 13 mm 
Rs 3 mm 
140 
Kiểu dây quấn stator 
Tập trung, 
nối sao 
540 
vòng/răng 
2160 
vòng/pha 
ROTOR 
Số cực 16 nam châm 
Số đôi cực 8 
Đường kính trong 133 mm 
Đường kính vành ngoài 152 mm 
Chiều cao 26,5 mm 
Chiều dày gông từ 1,5 mm 
Chiều dày nam châm 8 mm 
Chiều cao nam châm 26,5 mm 
Độ phủ nam châm 0,7 
Loại nam châm Ferrite Y30BH 
Kiểu tải Quạt gió 
A4. Thông số động cơ phục vụ mô phỏng tại mục 4.3.3 
Thông số Giá trị Đơn vị 
Số pha 3 pha 
Số cực 16 nam châm 
Số rãnh 12 rãnh 
Số thanh dẫn một rãnh 1600 thanh 
Đường kính dây dẫn 0,25 mm 
141 
Kiểu đấu dây Y - 
Đường kính ngoài stator 132 mm 
Đường kính trong stator 17,5 mm 
Đường kính ngoài rotor 152 mm 
Đường kính trong rotor 132,5 mm 
Chiều dài tác dụng stator 8 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 quả tính toán thông số động cơ BLDC bằng phương pháp giải 
tích theo thuật toán thiết kế hình 4.12 và dùng để mô phỏng tại mục 4.3.4 
Nam châm 
Thông số 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 cơ Pc 38 W 
Mô men cơ Tc 1,95 Nm 
Kích thước cơ bản của động cơ 
Đường kính trong rotor Dir 132,5 mm 
Chiều dài động cơ Lr=Lm 26 mm 
Đường kính ngoài rotor Dor 152 mm 
142 
Chiều dày gông rotor wyr 1,5 mm 
Khe hở không khí g 0,25 mm 
Đường kính ngoài stator Dos 132 mm 
Chiều dài stator Ls 8 mm 
Đường kính trong stator Dis 17,5 mm 
Khai triển chuỗi Fourier 
Mật độ từ thông khe hở không 
khí 
Bg 1,21 T 
Mật độ từ thông khe hở không 
khí trung bình khi phân tích 
Fourier 
Bg-avg 0,871 T 
Tính toán dây quấn 
Hệ số điện áp kE 0,623 - 
Chọn mật độ từ thông stator Bs 1,4 T 
Độ rộng răng stator bz 15,6 mm 
Số vòng dây pha Tph 3258 vòng 
Số vòng dây rãnh Tp 800 vòng 
Tính toán rãnh 
Đường kính trên rãnh bs1 17,4 mm 
Dòng điện pha định mức If 0,26 A 
Mật độ J 6 A/mm2 
Tiết diện dây quấn d 0,235 mm 
Tiết diện rãnh Aslot 231 mm2 
Độ mở miệng rãnh bs0 2 mm 
Chiều cao miệng rãnh hs0 2,6 mm 
Chiều cao cổ rãnh hs1 2 mm 
143 
Đường kính dưới rãnh bs2 13 mm 
Tính toán tổn hao 
Điện trở R75 88,528 Ω 
Điện cảm chính Laa 0,397 H 
Điện cảm tản 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 % 

File đính kèm:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_cai_thien_chat_luong_mo_men_dong_co_bldc.pdf
  • pdfThông tin bằng tiếng anh.pdf
  • pdfThông tin bằng tiếng việt.pdf
  • pdfTóm tắt luận án hoàn thiện 6-9-2021.pdf
  • pdfTrích yếu luận án.pdf