Synchronous reluctance motors and PM assisted synchronous reluctance motors : rotor configuration, design aspects, performance comparison

DESCRIPTION OF ACTIVITY AND PURPOSE: Synchronous reluctance motors are designed to run at exact, synchronous speeds. They accomplish this by using a three-phase stator winding and a rotor which implements salient rotor poles and internal magnetic flux barriers. Recently, permanent magnet assisted (PMa)-synchronous reluctance motors (SynRM) have been considered as a possible alternative motor drive for high performance applications. In order to have an efficient motor drive, performing of three steps in design of the overall drive is not avoidable. These steps are design optimization of the motor, rotor configuration and implementation of an advanced control system to ensure optimum operation. Therefore, this dissertation first deals with the design aspects of the Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance Motor (PMa-SynRM). Various key points in the rotor design of a low cost PMa-SynRM are introduced and their effects are studied. Finite element approach has been utilized to show the effects of these parameters on the developed average electromagnetic torque and the total d-q inductances. As it can be inferred from the name of the motor, there are some permanent magnets mounted in the rotor core. One of the features considered in the design of this motor is the magnetization of the permanent magnets mounted in the rotor core using the stator windings to reduce the manufacturing cost. PMa-SynRM has reduced great amount of PM usage by hybridizing the architectures between Synchronous Reluctance Motor and Permanent Magnet Motor. To further reduce the PM usage and to further increase of torque density, design of PMa-SynRM has been investigated through external rotor architecture. Also the performance of the Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance Motor (PMa-SynRM) are compared.

DESCRIZIONE DELL'ATTIVITÀ E SCOPO: I motori sincroni a riluttanza sono progettati per funzionare a velocità esatte e sincrone. Lo fanno utilizzando un avvolgimento statorico trifase e un rotore che implementa i poli salienti del rotore e le barriere di flusso magnetico interne. Recentemente, i motori sincroni a riluttanza assistiti da magneti permanenti (PMa) (SynRM) sono stati considerati come un possibile azionamento motore alternativo per applicazioni ad alte prestazioni. Per avere un azionamento del motore efficiente, non è possibile evitare l'esecuzione di tre fasi nella progettazione dell'azionamento complessivo. Questi passaggi sono l'ottimizzazione della progettazione del motore, la configurazione del rotore e l'implementazione di un sistema di controllo avanzato per garantire un funzionamento ottimale. Pertanto, questa tesi affronta prima gli aspetti di progettazione del motore sincrono a riluttanza assistito da magneti permanenti (PMa-SynRM). Vengono introdotti vari punti chiave nella progettazione del rotore di un PMa-SynRM a basso costo e vengono studiati i loro effetti. L'approccio agli elementi finiti è stato utilizzato per mostrare gli effetti di questi parametri sulla coppia elettromagnetica media sviluppata e sulle induttanze d-q totali. Come si evince dal nome del motore, nel nucleo del rotore sono montati dei magneti permanenti. Una delle caratteristiche considerate nella progettazione di questo motore è la magnetizzazione dei magneti permanenti montati nel nucleo del rotore utilizzando gli avvolgimenti dello statore per ridurre i costi di produzione. PMa-SynRM ha ridotto notevolmente l'utilizzo di PM ibridando le architetture tra motore sincrono a riluttanza e motore a magneti permanenti. Per ridurre ulteriormente l'utilizzo del PM e aumentare ulteriormente la densità di coppia, è stato studiato il design del PMa-SynRM attraverso l'architettura del rotore esterno. Vengono confrontate anche le prestazioni del motore sincrono a riluttanza assistito da magneti permanenti (PMa-SynRM).