omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2023-186-112-118omna-227Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGОптимизация величины неравномерного воздушного зазора синхронной машины с постоянными магнитами на ротореUneven air gap optimization of synchronous machine with permanent rotor magnetshttps://orcid.org/0000-0003-3621-3377ХарламовВ. В.KharlamovV. V.

ХАРЛАМОВ Виктор Васильевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Электрические машины и общая электротехника»

г. Омск

KHARLAMOV Viktor Vasilyevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Electrical Machines and General Electrical Engineering Department

Omsk

emoe@omgups.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0970-937XМоскалевЮ. В.MoskalevYu. V.

МОСКАЛЕВ Юрий Владимирович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Электрические машины и общая электротехника»

г. Омск

MOSKALEV Yuriy Vladimirovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Electrical Machines and General Electrical Engineering Department

Omsk

yuriyvm@mail.ruМилютинА. Ю.MilutinA. Yu.

МИЛЮТИН Алексей Юрьевич, аспирант кафедры «Электрические машины и общая электротехника»

г. Омск

MILYUTIN Aleksey Yuryevich, Graduate Student of Electrical Machines and General Electrical Engineering Department

Omsk

emoe@omgups.ruПоповА. П.PopovA. P.

ПОПОВ Анатолий Петрович, аспирант кафедры «Электрические машины и общая электротехника»

г. Омск

POPOV Anatoliy Petrovich, Graduate Student of Electrical Machines and General Electrical Engineering Department

Omsk

emoe@omgups.ruОмский государственный университет путей сообщенияРоссияOmsk State Transport UniversityRussian Federation20233006202302112118Copyright © Харламов В.В., Москалев Ю.В., Милютин А.Ю., Попов А.П., 20232023Харламов В.В., Москалев Ю.В., Милютин А.Ю., Попов А.П.Kharlamov V.V., Moskalev Y.V., Milutin A.Y., Popov A.P.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/227

В статье предложен подход к определению неравномерного воздушного зазора синхронной машины с призматическими постоянными магнитами на роторе, при котором распределение нормальной составляющей магнитной индукции вдоль внутренней окружности сердечника статора имеет форму, близкую к синусоидальной. Расчет магнитного поля модели электрической машины с заданными геометрическими размерами и свойствами материалов элементов выполнен в программе FEMM. Для решения оптимизационной задачи использован метод Хука–Дживса, ограничения учитывались методом штрафных функций. В результате моделирования магнитного поля электрической машины с рассчитанным оптимальным неравномерным воздушным зазором получена кривая распределения нормальной составляющей магнитной индукции вдоль внутренней окружности статора, среднее отклонение которой от синусоидальной кривой составило 4,8 %.

The article proposes an approach to determining the uneven air gap of a synchronous machine with prismatic magnets on the rotor, in which the distribution of the normal component of magnetic induction along the inner circumference of the stator core has a shape close to sinusoidal. The calculation of the magnetic field of an electric machine model with the specified geometric dimensions and properties of the element materials is performed in the FEMM program. To solve the optimization problem, the Hook-Jeeves method is used, restrictions are taken into account by the method of penalty functions. As a result of modeling the magnetic field of an electric machine with a calculated optimal uneven air gap, a distribution curve of the normal component of magnetic induction along the inner circumference of the stator is obtained, the average deviation of which from the sinusoidal curve is 4,8 %.

электрическая машинапостоянный магнитмагнитное полевоздушный зазороптимизацияelectrical machinepermanent magnetmagnetic fieldair gapoptimizationReferencesВольдек А. И., Попов В. В. Электрические машины. Машины переменного тока. Санкт-Петербург: Питер, 2010. 350 с. ISBN 978-5-469-01381-5.Vol’dek A. I., Popov V. V. Elektricheskiye mashiny. Mashiny peremennogo toka [Electrical machines. AC machines]. Saint Petersburg, 2010. 350 p. ISBN 978-5-469-01381-5. (In Russ.).Бут Д. А. Бесконтактные электрические машины. Москва: Высшая школа, 1990. 416 с. ISBN 5-06-000719-7.But D. A. Beskontaktnyye elektricheskiye mashiny [Noncontact electrical machines]. Moscow, 1990. 416 p. ISBN 5-06-000719-7. (In Russ.).Furlani Ed. P. Permanent Magnet and Electromechanical Devices. New York: Academic press, 2001. 537 p. ISBN 0-12269951-3.Furlani Ed. P. Permanent Magnet and Electromechanical Devices. New York: Academic press, 2001. 537 p. ISBN 0-12-269951-3. (In Engl.).Магин В. В. Особенности проектирования роторов малошумных синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2015. Т. 144, № 1. С. 3–15.Magin V. V. Osobennosti proyektirovaniya rotorov maloshchmnykh sinkhronnykh dvigateley s vozbuzhdeniyem ot postoyannykh magnitov [Rotor design special features of the low-noise synchronous motors with a constant excitation from permanent magnets] // Voprosy elektromekhaniki. Trudy VNIIEM. Electromechanical Matters. VNIIEM Studies. 2015. Vol. 144, no. 1. P. 3–15. (In Russ.).Татевосян А. А., Мищенко В. С. Моделирование магнитного поля синхронного генератора с постоянными магнитами // Омский научный вестник. 2016. № 4 (148). С. 90–93.Tatevosyan A. A., Mishchenko V. S. Modelirovaniye magnitnogo polya sinkhronnogo generatora s postoyannymi magnitami [Simulation of magnetic field of synchronous generator with permanent magnets] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2016. No. 4 (148). P. 90–93. (In Russ.).Кулешов Е. В., Сергеев В. Д. Быстроходный магнитоэлектрический синхронный ветрогенератор // Современные тенденции в развитии и конструировании коллекторных и других электромеханических преобразователей энергии: материалы VIII Всерос. науч.-техн. конф. Омск: Изд-во ОмГУПС, 2003. С. 338–344.Kuleshov E. V., Sergeyev V. D. Bystrokhodnyy magnitoelektricheskiy sinkhronnyy vetrogenerator [High-speed magnetoelectric synchronous wind generator] // Sovremennyye tendentsii v razvitii i konstruirovanii kollektornykh i drugikh elektromekhanicheskikh preobrazovateley energii. Current Trends in the Development and Design of Collector and other Electromechanical Energy Converters. Omsk, 2003. P. 338–344. (In Russ.).Синхронные тяговые двигатели с возбуждением от постоянных магнитов // Железные дороги мира. 2011. № 6. С. 38–42.Sinkhronnyye tyagovyye dvigateli s vozbuzhdeniyem ot postoyannykh magnitov [Synchronous traction motors with permanent magnet excitation] // Zheleznyye dorogi mira. The World's Railways. 2011. No. 6. P. 38–42. (In Russ.).Вавилов В. Е. Выбор магнитной системы ротора электромеханических преобразователей энергии с высококоэрцитивными постоянными магнитами // Вестник машиностроения. 2018. № 1. С. 26–29.Vavilov V. E. Vybor magnitnoy sistemy rotora elektromekhanicheskikh preobrazovateley energii s vysokokoertsitivnymi postoyannymi magnitami [Selection of magnetic system of rotor of energy electromechanical converters with high-coercive permanent magnets] // Vestnik mashinostroyeniya. Engineering Journal. 2018. No. 1. P. 26–29. (In Russ.).Геча В. Я., Захаренко А. Б., Надкин А. К. Проектирование электромашины с постоянными магнитами, намагниченными по схеме Хальбаха // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2020. Т. 177, № 4. С. 3–10.Gecha V. Ya., Zakharenko A. B., Nadkin A. K. Proyektirovaniye elektromashiny s postoyannymi magnitami, namagnichennymi po skheme Khal’bakha [Designing an electrical machine with permanent magnets magnetized according to Halbach scheme] // Voprosy elektromekhaniki. Trudy VNIIEM. Electromechanical Matters. VNIIEM Studies. 2020. Vol. 177, no. 4. P. 3–10. (In Russ.).Харламов В. В., Москалев Ю. В., Серкова Л. Е. Анализ схем размещения постоянных магнитов на роторе четырехполюсной электрической машины // Динамика систем, механизмов и машин. 2019. Т. 7, № 2. С. 73–79. DOI: 10.25206/23109793-7-2-73-79.Kharlamov V. V., Moskalev Yu. V., Serkova L. E. Analiz skhem razmeshcheniya postoyannykh magnitov na rotore chetyrekhpolyusnoy elektricheskoy mashiny [Analysis of permanent magnet arrangement on the rotor of a four-pole electric machine] // Dinamika sistem, mekhanizmov i mashin. Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines. 2019. Vol. 7, no. 2. P. 73–79. DOI: 10.25206/2310-9793-7-2-73-79. (In Russ.).Андреева Е. Г., Татевосян А. А., Семина И. А. Исследование моделей магнитных систем открытого типа в комплексах программ ELCUT и ANSYS // Омский научный вестник. 2013. № 2 (120). С. 231–235.Andreyeva E. G., Tatevosyan A. A., Semina I. A. Issledovaniye modeley magnitnykh sistem otkrytogo tipa v kompleksakh programm ELCUT i ANSYS [Investigation of open magnetic system models in ELCUT and ANSYS software packages] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2013. No. 2 (120). P. 231–235. (In Russ.).Finite Element Method Magnetics. URL: http://www.femm.info (дата обращения: 24.10.2022).Finite Element Method Magnetics. URL: http://www.femm.info (accessed: 24.10.2022). (In Engl.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.