طراحی اجزای مکانیکی یک موتور مغناطیس دائم

اسماعیلیان, مجتبی; برومند, فرزاد

doi:10.52547/masm.2.3.347

طراحی اجزای مکانیکی یک موتور مغناطیس دائم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مجتبی اسماعیلیان ¹

فرزاد برومند ²

¹ مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

² مهندسی مکانیک ساخت و تولید، مجتمع مکانیک دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان

https://doi.org/10.52547/masm.2.3.347

چکیده

هدف از این تحقیق طراحی اجزای مکانیکی جهت ساخت یک موتور مغناطیس دائم بدون جاروبک می-باشد. در طراحی این موتور، از روتور و شافت ‌یک‌پارچه استفاده شده و جهت امکان دسترسی به فضای داخل و کاهش وزن، روتور به‌صورت توخالی درنظر گرفته شده است. با توجه به میزان چگالی شار مغناطیسی و در‌نظر گرفتن استحکام مورد نیاز در روتور جهت تحمل کردن بارهای وارد بر آن، فولاد 52St- و برای اتصال بین آهن‌رباها و روتور از چسب با استحکام بالا، ساخته شده از روتیوب اپوکسی استفاده شده است. به منظور بررسی استحکام موتور، اجزای موتور شامل قطعات انتقال دهنده قدرت و اجزای نصب موتور مورد آنالیز قرار گرفتند. اثر نیروی گریز از مرکز در تنش نرمال ایجادشده بر روی روتور، اثر گشتاور انتقالی از روتور در ایجاد تنش پیچشی بر روی شافت، میزان تنش برشی در محل اتصال قطعات آهن‌ربا به روتور و میزان تنش وارد بر قطعات پایه و نیروی لازمه پیچ‌ها برای مهار نیروی وارده بر اثر وزن موتور بر پایه‌های نگه‌دارنده موتور، توسط نرم‌افزار نسترن تحلیل گردید. با توجه به تحلیل تنش روتور و شافت، با انتخاب فولاد St-52 برای این قطعات، ضریب اطمینان 58/2، به‌دست آمده است. تحلیل تنش برشی محل اتصال آهن‌رباها با روتور نشان‌دهنده اتصال مناسب این قطعات توسط چسب مورد استفاده در این تحقیق با ضریب اطمینان قابل قبول 61/1می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موتور مغناطیس دائم

طراحی اجزاء مکانیکی

تحلیل استاتیکی

20.1001.1.27834220.1401.2.3.6.5

عنوان مقاله English

Design of mechanical components for Brushless DC Motor

نویسندگان English

Mojtaba Esmailian ¹

Farzad Boroumand ²

¹ Faculty of Mechanical, Malek Ashtar University of Technology, Iran

² Faculty of Mechanical, Malek Ashtar University of Technology, Iran

چکیده English

The purpose of this research is to design mechanical components for making a brushless direct current motor. One-piece rotor and shaft are used in the design of this engine, and the hollow rotor is intended to access the interior space and reduce weight. Considering the magnetic flux density and taking into account the required strength of the rotor to withstand loads, 52 St steel is used and high strength epoxy pipe glue is used to connect the magnet and the rotor. In order to check the strength of the engine, engine components including power transmission parts and engine installation components were analyzed. The effect of centrifugal force on the normal stress created on the rotor, the effect of the transmission torque from the rotor in creating torsional stress on the shaft, the amount of shear stress at the connection between the magnet parts and the rotor and the amount of stress on the base parts and the required screw force. were analyzed by Nastran software to restrain the force due to the weight of the engine on the engine support bases. According to the stress analysis of the rotor and shaft, by choosing St-52 steel for these parts, a reliability of 2.58 has been obtained. The analysis of the shear stress of the connection between the magnets and the rotor indicates the proper connection of these parts by the glue used in this research with an acceptable reliability of 1.61.

کلیدواژه‌ها English

Brushless DC Motor

Design of mechanical components

Static analysis

[1] Damaki A, Amini M, Torabi M. Design, Analysis and Fabrication of a Counter Rotate Brushless Permanent Magnet Motor for Using in Under Water Systems. Journal Of Marine Engineering. 2018;13:25-34.
[2] Hendershot JR, Miller TJE. Design of brushless permanent-magnet machines: Motor Design Books Venice, FL, USA, 2010.
[3] Tangudu JK, Jahns TM. Comparison of interior PM machines with concentrated and distributed stator windings for traction applications. IEEE. p. 1-8.
[4] Huazhang W. Design and implementation of brushless DC motor drive and control system. Procedia Engineering. 2012;29:2219-24.
[5] Markovic M, Muller V, Hodder A, Perriard Y. Optimal design of an in-wheel BLDC motor for a kick scooter.IEEE. p. 292-6.
[6] Chung M-J. Development of in-wheel motor system using blushless DC motor of hall sensor type. IEEE. p.1508-11.
[7] Nikam SP, Rallabandi V, Fernandes BG. A high-torque-density permanent-magnet free motor for in-wheel electric vehicle application. IEEE Transactions on Industry Applications. 2012;48:2287-95.
[8] Lee T-Y, Seo M-K, Kim Y-J, Jung S-Y. Motor design and characteristics comparison of outer-rotor-type BLDC motor and BLAC motor based on numerical analysis. IEEE Transactions on Applied Superconductivity.2016;26:1-6.
[9] Carunaiselvane C, Jeevananthan S. Generalized procedure for BLDC motor design and substantiation in MagNet 7.1. 1 software. IEEE. p. 18-25.
[10] Lee B-K, Kang G-H, Hur J, You D-W. Design of spoke type BLDC motors with high power density for traction applications. IEEE. p. 1068-74.
[11] Kim SY, Kim BT, Cho JH, Lee J. Novel Spoke-Type BLDC Motor design for cost effective and high power density. IEEE. p. 090-3.
[12] Yang H-M, Cha J-W, Baik B-H, Kwon B-I. Design and analysis of high speed BLDC motor for centrifuge.IEEE. p. 968-72.
[13] Chin YK, Arshad WM, Bäckström T, Sadarangani C. Design of a Compact BLDC motor for Transient Applications. Citeseer. p. 3-10.
[14] Caricchi F, Crescimbini F, Santini E. Basic principle and design criteria of axial-flux PM machines having counter-rotating rotors. IEEE. p. 247-53.
[15] Choi H, Jasinski M, Liu J. Novel permanent magnet systems for high efficiency electric ships. IEEE. p. 219-23.
[16] Kumar P. Design, interpretation and progression of bldc motor for coreless thruster. International Journal of Scientific Research and Education. 2016;4:6.
[17] Zhang CL, Zhang JN. Modeling and Simulation of the Marine Permanent Magnet Synchronous Propulsion Motor with Direct Torque Control System. Trans Tech Publ. p. 612-9.
[18] Budynas RG, Nisbeth, J.K. Shigley’s Mechanical Engineering Design 10th edition: McGraw Hill, 2011.