Design, Analysis and Application of Magnetless Doubly Salient Machines

این پایان نامه ویژگی های کلیدی ماشین های برجسته مضاعف بدون آهنربا را بررسی می کند، فلسفه های طراحی آنها را ارزیابی می کند و توپولوژی های جدیدی را برای کاربردهای مختلف پیشنهاد می کند. این مقاله پیشینه و تحقیقات قبلی در مورد ماشین‌های بدون آهنربا را مورد بحث قرار می‌دهد، در حالی که روندهای آتی و پیشرفت‌های بالقوه آینده را بیان می‌کند.

این پایان‌نامه با ارائه ساختارهای مختلف بهبود دهنده گشتاور - یعنی ساختار چند دندانه، دو دندانه آغاز می‌شود. ساختار روتور (DR)، ساختار میدان محوری (AF) و ساختار معکوس شار (FR) - برای ماشین‌های بدون آهنربا. متعاقباً به ایده ادغام فلسفه‌های طراحی دو ماشین مختلف برای تشکیل ماشین‌های دو حالته جدید می‌پردازد. به لطف آرایش سیم پیچی پیکربندی شده و تحریک میدان DC قابل کنترل، ماشین‌های پیشنهادی می‌توانند محدوده عملیاتی خود را برای برآورده کردن نیازهای شدید برنامه‌های کاربردی در وسایل نقلیه الکتریکی و تولید برق بادی افزایش دهند. در نهایت، این پایان نامه از روش اجزای محدود (FEM) برای تجزیه و تحلیل کامل پارامترهای عملکرد کلیدی ماشین های پیشنهادی استفاده می کند و تنظیمات آزمایشی را برای تأیید مفاهیم پیشنهادی ایجاد می کند.

This thesis investigates the key characteristics of magnetless doubly salient machines, evaluates their design philosophies, and proposes new topologies for various applications. It discusses the background of and previous research on magnetless machines, while also outlining upcoming trends and potential future developments.

The thesis begins by presenting various torque-improving structures – namely the multi-tooth structure, the double-rotor (DR) structure, the axial-field (AF) structure, and the flux-reversal (FR) structure – for magnetless machines. It subsequently addresses the idea of merging the design philosophies of two different machines to form new dual-mode machines. Thanks to a reconfigured winding arrangement and controllable DC-field excitation, the proposed machines can further extend their operating range to meet the extreme demands of applications in electric vehicles and wind power generation. Lastly, the thesis employs the finite element method (FEM) to thoroughly analyze the proposed machines’ key performance parameters and develops experimental setups to verify the proposed concepts.