This paper presents a novel hybrid pole BLSRM (Bearingless Switched Reluctance Motor) and its radial force control scheme. The proposed hybrid pole BLSRM has separated radial force poles and rotating torque poles. According to the FEM analysis, the proposed BLSRM has an excellent linear characteristic of radial force and controllability that is independent from the torque current. The radial force can be produced by the radial force winding which is wound at the separated radial force poles. The rotating torque is produced by the excitation current of the torque windings which are wound at the torque pole. The proposed radial force control scheme is independent of the phase torque winding current. A simple PID controller and look-up table are used to maintain a constant rotor air-gap. The proposed BLSRM and its radial force control scheme are verified by FEM analysis and experimental tests.
In this paper, a novel single-phase hybrid switched reluctance motor (HSRM) is proposed for hammer breaker application. The hammer breaker requires only unidirectional rotation and high-speed operation. To satisfy the requirements and eliminate torque dead-zone, the rotor of the proposed 4/4 poles SRM is designed with wider pole arc and non-uniform air-gap. This motor has a simple structure and produces low torque ripple. Permanent magnets (PMs) are mounted on the inner stator at a certain position which enables it to park the rotor for self-start and create positive cogging torque in the torque dead-zone. Compared with conventional single-phase switched reluctance motor, HSRM has an increased torque density and relatively low torque ripple. To verify effectiveness, finite element method (FEM) is employed to analyze the performance of the proposed structure. Then, the proposed motor is compared with the existing motor drive system for the same application. The proposed HSRM is easy to manufacture along with competitive performance.
In this paper, a novel 6/5 switched reluctance motor (SRM) with segmental rotor is proposed for vehicle cooling fan application. Unlike conventional SRMs, the proposed motor adopts hybrid stator poles and segmental rotor structures, thereby making the motor operate in short flux paths and parts of the flux paths magnetically isolated between the phases. Therefore, compared with conventional SRMs, the proposed structure could improve the output torque density and reduce the core loss, thereby improving the electric utilization of the motor. To verify the proposed structure, the performance of the proposed structure is evaluated. Meanwhile, a conventional 12/8 SRM which has been used for vehicle cooling fan application is also evaluated. Finally, the effectiveness of the proposed SRM is demonstrated by the simulation and experimental results.
In this paper, a novel 12/14 hybrid pole type bearingless switched reluctance motor (BLSRM) with short flux path and no flux-reversal in the stator is proposed. The proposed BLSRM has separated rotating torque and suspending force poles. Because of independent characteristics between torque and suspending force poles, the torque control can be decoupled from the suspending force control. Due to the short flux path without any reversal flux, compared to the 8/10 hybrid stator pole BLSRM, the output torque is significantly improved and the air-gap is easier to control. Meanwhile, basic design principle for the proposed structure is described. To verify the proposed structure, finite element method (FEM) is employed to get characteristics of the proposed structure and 8/10 hybrid stator pole BLSRM. Based on the analysis, a prototype of the proposed BLSRM is designed and manufactured. Finally, validity of the proposed structure is verified by the experimental results.
In this paper, a characteristics analysis and calculation of the suspending force of a novel bearingless switched reluctance motor (BLSRM) with hybrid stator poles is proposed. The operating principle and permeance are calculated to find an appropriate control scheme for a proposed motor. Furthermore, a mathematical model for suspending force is derived. Finite element analysis is also employed to compare with the expressions for suspending force. Finally, the validity of the structure and the mathematical model is verified by simulation results.
A 12/14 bearingless switched reluctance motor (BLSRM) with hybrid stator poles has been proposed due to the outstanding decoupling characteristics between the torque and suspending force. However, the motor is a two-phase motor. The output torque of the motor has torque dead zone and high torque ripple. Hence, the motor cannot self-start at some rotor positions. To solve the self-starting problems and reduce the torque ripple, a stepped rotor is proposed in this paper. Then, the motor with the stepped rotor is optimally designed. In the new designed motor, the majority parameters are kept the same with those of original motor; only the torque pole arc and rotor pole shape are optimally designed. The characteristics of the redesigned motor, such as inductance, torque and suspending force, are analyzed and compared with those in the original motor. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by the simulation results.
This paper presents a novel bearingless switched reluctance motor (BLSRM) with decoupled torque and suspending stator poles. BLSRM is different from conventional bearingless switched reluctance motors (SRMs) because its suspending poles are separated from the torque poles. Perpendicularly placed suspending poles are designed to produce a continuous radial force to suspend the rotor. Due to the independent suspending and torque poles, BLSRM produces a suspending force with excellent linearity according to the rotor position and independent characteristics of the torque current. The air-gap is easier to control than in conventional SRMs with their linear and independent characteristics. Furthermore, to verify the proposed structure, a mathematical model for the suspending force is derived. Finite element analysis is also employed to compare BLSRM and conventional SRMs expressions of suspending force. A prototype motoris designed and manufactured to verify the effectiveness of the proposed bearingless structure.
This paper presents a new sensorless controller used with both the classical sliding mode observer(SMO) and the rate of current change in order to a reduced torque ripple for switched reluctance motor (SRM) sensorless drives. The new sensorless scheme consists of a sliding mode observer (SMO)-based position sensorless approach for high speeds along with a low-resolution discrete the rate of current change for low speeds and standstill. The new position estimation resets between the SMO and the low-resolution of current change according to the speed sign and the position error difference between the SMO and the low-resolution rate of current change. The simulation results show the robustness of this new high performance sensorless control approach with the hybrid sensorless control topology.
A suspending force control based on fuzzy logic control is proposed to apply on a novel hybrid bearingless switched reluctance motor(BLSRM) which has separated torque and suspending force pole. Due to the unique structure, the suspending force control system can be easily decoupled from torque control system. In this paper, two fuzzy controller targeted at x-axis direction and y-axis direction are adopted to maintain the shaft at center position, which is very necessary for stable operation of BLSRM. By replacing the traditional PI block with modified fuzzy logic controller, the suspending system can behave a good performance, and the proposed scheme can be verified by simulation results.
본 논문에서는 일반적인 스위치드 릴럭턴스 전동기(Switched Reluctance Motor, SRM)의 고정자 철심에 영구자석과 조합된 구조를 가지는 하이브리드형 스위치드 릴럭턴스 전동기(Hybrid SRM, HSRM)을 제안하였다. 제안된 HSRM은 기존 블렌더용 2상 4/2극 SRM의 인덕턴스 및 토크 특성과 비교하였다. 그 결과 제안된 HSRM은 높은 토크 출력 및 소형화가 가능함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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