ارايه‏ي روش جديد طراحي بهبوديافته ماشين‏هاي مغناطيس دايم شار محوري سرعت پايين مورد استفاده در خودروهاي هيبريدي

A New Method for Improved Design of Low Speed Axial Flux Permanent Magnet Machines Used in HEV

چكيده: در اين مقاله، به كاربرد ويژه‏ي ماشين‏هاي مغناطيس دايم شار محوري به صورت محركه‏هاي مستقيم داخل چرخي در ساختمان خودروهاي هيبريدي پرداخته مي‏شود. ضمن بررسي اجمالي مزايا و معايب ساختارهاي مختلف اين نوع از ماشين‏ها مناسب‏ترين ساختار ممكن براي كاربرد مذكور معرفي مي‏گردد. روند كلي طراحي ماشين مذكور ارايه شده و ضمن بررسي روش‏هاي رايج در تعيين پارامترهاي طرح نهايي، روش جديدي براي هدف مذكور بر مبناي پروفيل سرعت خودروي هيبريدي ارايه مي‏گردد. در روش پيشنهادي مقادير موردنياز جهت طراحي يك ماشين الكتريكي باهدف دستيابي به ساختاري بهبود‏يافته براي يك كاربرد خاص تعيين مي‏شود. با استفاده از روش‏هاي رايج موجود و نيز روش پيشنهادي، ماشين مغناطيس دايم شار محوري، طراحي شده و همچنين ساختار ماشين حاصل از هر روش در محيط نرم‏افزار اجزا محدود مدل‏سازي مي‏شود. مشخصه‏هاي هركدام از ماشين‏هاي مدل‏سازي‏شده استخراج گرديده و جهت استفاده در مدل خودروي هيبريدي مورد ارزيابي قرار مي‏گيرند. نتايج حاصل، بيانگر بهبود كلي بهره خودروي هيبريدي در شرايطي است كه از ماشين الكتريكي طراحي‏شده با روش پيشنهادي در اين مقاله استفاده مي‏گردد. بر اساس نتيجه روش طراحي پيشنهادي، نمونه‏اي از ماشين الكتريكي موردنظر ساخته شده و نتايج آزمايشگاهي حاصل نيز با نتايج تحليلي حاصل از مدل‏سازي مورد مقايسه قرار مي‏گيرند.

Abstract: In this paper, the specific application of axial flux permanent magnet (AFPM) machines as an in-wheel direct drive machine used in hybrid electric vehicles (HEV) is presented. Meanwhile a brief study of the merits and demerits of different structures for this type of machine, the most suitable structure for this application is introduced. The general design procedure and common methods for determining the parameters of the final design is presented. A new method to determine the design parameters, based on HEV velocity profiles, is proposed. Using the conventional and the proposed methods, different structures of AFPM are designed and performance analysis of them is done using finite element method. Characteristics of each AFPM are extracted and used in HEV model. The results show that, the overall efficiency of the hybrid car is improved using the electric car designed by the proposed method. Based on the results of the proposed design method, a sample of the AFPM is built and the obtained experimental results are compared with the analytical results.