Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Design and Analysis of a Fractional-Slot Concentrated-Wound Permanent-Magnet-Assisted Synchronous Reluctance Machine
KTH, School of Electrical Engineering (EES), Electrical Energy Conversion.
2015 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Konstruktion och analys av en permanent magnetiserade synkronreluktans motor med koncentrerad lindning (Swedish)
Abstract [en]

The growing need for simpler and cheaper manufacturing process has led to the research into

fractional-slot concentrated-wound (FSCW) motors. This concept has been widely investigated

for surface-mounted permanent magnet (SMPM) machines. This thesis studies the same

concept applied for synchronous reluctance machines (SynRM).

In this thesis, a FSCW, 15 kW, 4-pole, Permanent-Magnet-Assisted Synchronous Reluctance

Machine (PMaSynRM) is designed and optimized using finite element method (FEM) based

simulations for a set of given technical specifications. Initially, the existing synchronous machine

topologies are investigated and later two novel motor designs are introduced and optimized,

namely, a FSCW-SynRM and a FSCW-PMaSynRM with ferrite magnets. Moreover, the

influence of replacing ferrite material with Neodymium Iron Boron (NdFeB) in the FSCWPMaSynRM

is analyzed. Detailed investigations are performed in order to compare the impact

of material at different temperatures. Variation of the torque-speed capabilities with temperature

and a safe operating temperature range where the magnets are not demagnetized are

identified. The variation of overload capability with temperature is also studied. Finally, a

comparison between the new proposed designs and other existing standard design topologies

is performed.

It was found that FSCW-SynRM present lower efficiency, power factor and higher torque ripple

than DW-SynRM. However when ferrite magnets are inserted in FSCW-PMaSynRM the

efficiency, power factor and the flux-weakening capability exceed the values of the DW-SynRM.

Moreover, by using NdFeB instead of ferrite in FSCW-PMaSynRM, the torque ripple, the fluxweakening

capability and the overload capability improve and a wider safe temperature range

for no demagnetization is achievable. Finally, it is found that DW-PMaSynRM with ferrite

presents the same efficiency level as FSCW-PMaSynRM with ferrite, but higher power factor

and lower torque ripple. However FSCW-PMaSynRM with ferrite have other advantages, such

as shorter end-winding length, good fault-tolerant capability and simpler and cheaper

manufacturing process.

Abstract [sv]

Det växande behovet av enklare och billigare tillverkningsprocesser har lett till att den senaste

forskningen om elektriska maskiner har fokuserats till maskiner med koncentrerade lindningar

(FSCW). Detta koncept har i stor utsträckning undersökts för synkronmaskiner med

ytmonterade permanentmagneter (SMPM). Detta projekt studerar samma lindning koncept,

tillämpat på synkrona reluktansmaskiner (SynRM).

I denna avhandling är en 15 kW, 4-polig, SynRM med FSCW och permanentmagneter

(PMaSynRM) utformad och optimerad med användandet av finita elementmetoden (FEM).

Simuleringar för en uppsättning givna, tekniska specifikationer har genomförts. Inledningsvis

undersöks den befintliga synkronreluktansmaskinen med distribuerad lindning och senare

presenteras och optimeras två nya motorkonstruktioner: en FSCW-SynRM respektive en

FSCW-PMaSynRM med ferritmagneter. Vidare analyseras påverkan av att ersätta ferritmaterial

med neodym-järn-bor (NdFeB) i FSCW-PMaSynRM. Detaljerade undersökningar genomförs för

att jämföra effekten av materialen vid olika temperaturer. Variationen av maximal vridmomentet

som funktion av hastighet vid olika temperaturer identifierar ett säkert driftstemperaturintervall

där magneterna inte avmagnetiseras. Även variationen i överbelastningskapacitet vid olika

temperaturer studeras. Slutligen görs en jämförelse mellan den nya föreslagna designen och

andra befintliga topologier.

Resultaten visar att FSCW-SynRM har lägre effektivitet och effektfaktor, samt högre

vridmomentsrippel än DW-SynRM. När ferritmagneter är införda i FSCW-PMaSynRM erhålls

emellertid högre värden på effektivitet, effektfaktor och fältförsvagning än i DW-SynRM. Genom

att använda NdFeB i stället för ferrit i FSCW-PMaSynRM förbättras dessutom vridmomentet,

fältförsvagningskapaciteten och överbelastningskapaciteten, vilket ger ett bredare

temperaturområde utan avmagnetisering. Slutligen visar DW-PMaSynRM med ferrit samma

effektivitetsnivå som FSCW-PMaSynRM med ferrit, men med högre effektfaktor och lägre

vridmomentsrippel. FSCW-PMaSynRM med ferrit har dock andra fördelar, såsom kortare

härvänderna, god feltolerans samt enklare och billigare tillverkningsprocess.

Place, publisher, year, edition, pages
2015. , p. 114
Series
EES Examensarbete / Master Thesis ; TRITA XR-EE-E2C 2015:005
Keywords [en]
Demagnetization, finite element method, flux-weakening, fractional slot concentrated winding, overload capability, permanent magnet assisted synchronous reluctance machine, torque ripple
Keywords [sv]
Avmagnetisering, finita elementmetoden, fältförsvagning, koncentrerade lindningar, momentrippel, permanentmagnetassisterad synkron reluktansmaskin, överbelastningskapacitet
National Category
Other Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-170440OAI: oai:DiVA.org:kth-170440DiVA, id: diva2:833917
External cooperation
ABB
Educational program
Master of Science in Engineering - Electrical Engineering
Examiners
Available from: 2015-06-30 Created: 2015-06-30 Last updated: 2015-06-30Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(9141 kB)851 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 9141 kBChecksum SHA-512
0c7e104425e256f7224c139a3699d70fdef5c5faad5905cbd5819a6e48bf647aaecc597c0852690eeaa40485107612acfb82b2abd449d3635d9b245f98d3fc80
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Electrical Energy Conversion
Other Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 851 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 1511 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf