Rapid sizing concept of interior permanent magnet machine for traction applications

This study presents a rapid sizing technique for interior permanent magnet (IPM) machine in traction application considering saturation effects. It is demonstrated that with limited computing resources, sizing, parameters considering saturation effects, and efficiency maps (loss maps) of an IPM machine can be generated within seconds with acceptable accuracy in comparison with finite element study and measurements. Thus, the proposed rapid sizing method is highly essential at the preliminary design stage of electric vehicle powertrains

Mechanical design of rotors for permanent magnet high speed electric motors for turbocharger applications

Realization of electrically boosted turbochargers requires electric motors capable of operating at very high speeds. These motors often use a permanent magnet rotor with the magnets retained within an interference fit external sleeve. Whilst it is possible to model such systems numerically, these models are an inefficient tool for design optimization. Current analytical models of rotors typically consider the stresses induced by the shrink fit of the sleeve separately from the stresses generated by centripetal forces due to rotation. However, such an approach ignores the frictional interaction between the components in the axial direction. This paper presents an analytical model that simultaneously accounts for interaction between the magnet and outer sleeve in both the radial and axial directions at designed interference and with the assembly subjected to centripetal and thermal loads. Numerical models presented show that with only moderate coefficients of friction and rotor lengths; axial load transfer between magnet and sleeve takes place over a short distance at the ends of the assembly. The paper then demonstrates how the analytical model aids definition of a feasible set of rotor designs and selection of an optimum design

Postęp w technologii silników elektrycznych o magnesach trwałych stosowanych w urządzeniach medycznych

The paper discusses new constructions of permanent magnet (PM) brushless motors for medical and surgical devices, especially for implantable axial flow and centrifugal blood pumps. These motors usually have slotless stators and rotors integrated with pump impellers. Magnetic or hydrodynamic bearings are used because this type of bearings secures the longest life. Therapy, surgery and health care are, today, increasingly dependent on electrical and electronics engineering.Obecnie wiele urządzeń medycznych oraz chirurgicznych wymaga wysokiej jakości małych silników elektrycznych o magnesach trwałych. W artykule omówiono nowe silniki bezszczotkowe o magnesach trwałych stosowane w urządzeniach zainstalowanych chirurgicznie wewnątrzustrojowo, w szczególności silniki do pompowania krwi. Silniki pracujące wewnątrz ciała ludzkiego muszą odznaczać się bardzo małym ciężarem, bardzo dużą niezawodnością, temperatura pracy nie przekraczająca temperatury krwi ludzkiej, możliwością pracy w środowiskach agresywnych chemicznie oraz tolerowaniem przypadkowych uszkodzeń. Jako magnesy trwałe stosuje się NdFeB o najwyższej osiągalnej energii, obudowy stojana i wirnika ze stopów tytanowych, łożyska magnetyczne lub hydrodynamiczne oraz nowe tworzywa sztuczne i kompozyty na pozostałe elementy. Urządzenie do wspomagania lewej komory serca (LVAD) jest pompa elektromechaniczna implantowana wewnątrz klatki piersiowej, która umożliwia pracę serca nie będącego w stanie pompować krwi samodzielnie. Pacjent z wszczepionym LVAD oczekuje w tym czasie na znalezienie odpowiedniego dawcy oraz transplantacje serca. Rysunek 1 oraz 2 przedstawia pompę elektromechaniczną rotacyjną DeBakey'a o przepływie osiowym w której silnik bezszczotkowy jest zintegrowany z wirnikiem pompy. Magnesy trwale umieszczone są w sześciu łopatkach impelera. Łożyska osiowe są zanurzone w krwi. Pompa o przepływie osiowym Streamliner (rys. 3 oraz 4) działa podobnie, ale zamiast łożysk mechanicznych posiada łożyska magnetyczne. Pole magnetyczne nie tylko napędza impeler, ale również unosi go magnetycznie. Uzwojenie stojana jest uzwojeniem toroidalnym. Pompa centryfugalna (odśrodkowa) Terumo DuraHeartŽ (rys. 5 oraz 6) o łożyskach magnetycznych posiada trójfazowy, ośmiobiegunowy silnik bezszczotkowy tarczowy (strumień osiowy) o magnesach trwałych neodymowych zintegrowany z impelerem. Przy prędkości 2000 obr/min moc na wale wynosi 4.5 W oraz moment obrotowy 0.,0215 Nm. W pompie centryfugalnej VentrAssistTM silnik bezszczotkowy o magnesach trwałych jest silnikiem o strumieniu magnetycznym osiowym, magnesach trapezowych oraz cewkach stojana umieszczonych po obydwu stronach wirnika. Cztery magnesy neodymowe w obudowie ze stopu tytanowego są jednocześnie czterema łopatkami impelera. Bezżłobkowy stojan posiada trzy cewki górne oraz trzy cewki dolne. Sprawność silnika nie przekracza 48 % przy prędkości 2000 do 2500 obr/min oraz mocy 3 do 7 W. Rozkład pola magnetycznego wirnika oraz stojana przedstawiono na rys. 9 i 10. Przebiegi charakterystyk sprawności oraz prądu fazowego stojana w zależności od obciążenia są wykreślone na rys. 11 oraz 12. Artykuł jest zakończony wnioskami wynikającymi z dotychczasowych doświadczeń w konstrukcji małych silników bezszczotkowych pracujących wewnątrzustrojowo