master's thesis
Mitja Garmut (Author), Martin Petrun (Mentor), Simon Steentjes (Co-mentor)

Abstract

The focus of this Master's thesis was to increase the output-power density of a fractional-horsepower BLDC drive. Different stator segmentation topologies were analyzed and evaluated for this purpose. The presented analysis was performed by using various models with different complexity levels, where a Magnetic Equivalent Circuit (MEC) model and a 2D transient Finite Element Method (FEM) model combined with a power-loss model, were applied systematically. Characteristic behavior of the BLDC drive was obtained in this way. The models were validated with measurement results obtained on an experimental test drive system. The influence of the weakening of the magnetic flux density and flux linkage, due to segmentation were analyzed based on the validated models. Furthermore, the increase of the thermal-stable output power and efficiency was rated, due to the consequently higher slot fill factor. Lastly, a detailed iron-loss analysis was performed for different stator topologies. The performed analysis showed that segmentation of the stator can enable a significant increase of the output power of the discussed BLDC drives, where the positive effects of segmentation outweigh the negative ones from the electromagnetic point of view. Segmentation, however, also impacts other domains, such as Mechanical and Thermal, which was out of the scope of this thesis, and will be performed in the future.

Keywords

fractional-horsepower BLDC drive;stator segmentation;fill factor increase;thermal-stable output power;Finite Element Method model;

Data

Language: English
Year of publishing:
Typology: 2.09 - Master's Thesis
Organization: UM FERI - Faculty of Electrical Engineering and Computer Science
Publisher: [M. Garmut]
UDC: 621.313.2(043.2)
COBISS: 37996547 Link will open in a new window
Views: 457
Downloads: 0
Average score: 0 (0 votes)
Metadata: JSON JSON-RDF JSON-LD TURTLE N-TRIPLES XML RDFA MICRODATA DC-XML DC-RDF RDF

Other data

Secondary language: Slovenian
Secondary title: Primerjava različnih topologij statorjev za brezkrtačne enosmerne (BLDC) motorje
Secondary abstract: V magistrski nalogi je obravnavana problematika povečanja gostote izhodne moči brezkrtačnega enosmernega (BLDC) motorja, ki se uporablja v ročnih orodjih. V ta namen so bili podrobneje analizirani različni tipi segmentacije statorja, pri čemer je bil ocenjen njihov vpliv na delovanje, izhodno moč, učinkovitost in izgube BLDC motorja. Za ocenitev vseh omenjenih vplivov segmentacije na delovanje BLDC motorja smo uporabili različne modele. Z analitičnim parametričnim modelom magnetnega kroga je bil ocenjen vpliv na gostoto magnetnega pretoka v zračni reži, magnetni sklep in inducirano napetost. Za izračun statičnih karakteristik in učinkovitosti obravnavanega motorja je bil nadalje uporabljen 2D tranzientni model končnih elementov motorja v kombinaciji z nadgrajenim modelom izračuna izgub. Vsi razviti in v predstavljeni analizi uporabljeni modeli so bili uglašeni in potrjeni na osnovi rezultatov eksperimentalnega preizkušanja obravnavanega motorja. S pomočjo dobljenih modelov in analize različnih segmentacij statorja je bilo ugotovljeno, da se magnetni sklep in gostota magnetnega pretoka zračne reže z uporabo segmentacije statorja zmanjšata. Določena je bila tudi povečana termično stabilna izhodna moč in učinkovitost novo zasnovanega motorja, ki ima večji polnilni faktor v primerjavi z izhodiščnim. Nazadnje je bila opravljena natančna analiza izgub v železnem jedru za vse obravnavane segmentacije statorskega železnega paketa. Iz opravljenih analiz je razvidno, da ima segmentacija pozitiven vpliv na izhodno moč motorja, če hlajenje ni preveč omejeno. Segmentacija prav tako vpliva na termične in mehanske lastnosti motorja, kar pa ni bilo predmet raziskav te naloge.
Secondary keywords: brezkrtačni enosmerni motorji;segmentacija statorja;povečanje polnilnega faktorja;termalno stabilna izhodna moč;metoda končnih elementov;magistrske naloge;
Type (COBISS): Master's thesis/paper
Embargo end date (OpenAIRE): 2023-06-16
Thesis comment: Univ. v Mariboru, Fak. za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, Elektrotehnika
Pages: XXVII, 84 f.
ID: 11756102