Quy trình thiết kế động cơ từ trở

 giảm tiếng ồn âm thanh. 
Mật độ từ thông trên gông từ stator được xấp xỉ bằng một 
nửa mật độ từ thông trên cực stator. Điều đáng nói là khu 
vực của gông từ được chia sẻ giữa các pha khác nhau mà 
có thể bị chồng chéo, nó là đề xuất cho chọn độ dày gông 
từ stator khoảng 20% ÷ 40% ys. Trong đó, gông từ ys phải 
có tối thiểu là 0,5ts. Do cân nhắc về độ bền cơ học và giảm 
độ rung, ys có thể có giá trị trong dải: 
0,5ts ≤ ys ≤ ts (9) 
Nên chọn giá trị cao hơn cho giá trị ys so với mức tối 
thiểu của nó. Tài liệu [5] đề xuất: 
.
2
s
s ys
t
y k= (1,1 < kys <1,3) (10) 
62 Phí Hoàng Nhã,, Đào Quang Thủy, Phạm Hùng Phi 
Tuy nhiên, sự lựa chọn trên với giả thiết mật độ từ thông 
trong gông stator bằng 1/2 mật độ từ thông trên cực staor 
sinh ra, mà bỏ qua sự rò rỉ từ thông sang các cực khác. 
3.2.3. Chiều cao cực stator 
Chiều cao cực stator hs càng lớn càng tốt để tối đa hóa 
khu vực dây quấn. Chiều cao cực stator tối thiểu xấp xỉ 
bằng chiều cao dây quấn, nhưng các cuộn dây cần khoảng 
không gian và cần một khoảng trống đủ nhỏ được yêu cầu 
gần mặt cực. Vị trí các cuộn dây ở gốc cực thường không 
khít, do đó, một vài khoảng trống bổ sung bị mất phải được 
tính toán để tính chiều cao cực stator. Xem xét tất cả các 
yếu tố này và sự cần thiết giới hạn chiều dài cực, chiều cao 
cực trong điều kiện chiều cao dây quấn hc là: 
hc < hs <1,4hc (11) 
Mặt khác, khi đường kính ngoài stator D0, đường kính 
trong stator D đã biết, ta có: 
0
1
( 2 )
2
s sh D D y= − − (12) 
3.3. Thiết kế cuộn dây 
Kích thước chiều cao cực stator liên quan tới kích thước 
dây quấn trên cực stator, nên tác giả tính toán thiết kế dây 
quấn stator như sau: các rãnh có thể được tính toán bằng cách 
phân chia các rãnh stator thành hai phần như Hình 8. 
Hình 6. Tính toán diện tích khe stator [2] 
Mặt cắt ngang của phần hình thang A (a) có thể được 
tính bằng: 
1
( ) ( ).
2
sA a a b h= + (13) 
Mặt cắt ngang của phân đoạn vòng tròn A(b) trong khe 
stator được tính toán với góc α, đó là góc mô tả không gian 
tự do giữa hai cực stator tại gông tương ứng bán kính gông 
stator là r : 
2
( ) ( sin )
2
r
A b = −  (14) 
Tổng diện tích khe: 
Aslot = A(a) + A(b) = 
21
( ). ( sin )
2 2
s
r
a b h+ +  −  (15) 
Số vòng mỗi cực: 
. 1
2 . . .
s d
p
sp stk s
V
N
p B l t

= =

 (16) 
Số vòng mỗi pha: 
.
2 .
. . .
s d
ph p
sp stk s
V
N p N
B l t

= =

 (17) 
3.4. Khe hở không khí 
Để lựa chọn được chiều dài khe hở không khí, cần đánh 
giá được chính xác mức độ ảnh hưởng của khe hở không 
khí tới mô men. Ảnh hưởng của chiều dài khe hở không 
khí tới mô men điện từ có nguồn gốc [4] như sau: 
2
2
1 0
1
8
ph
e
T Dl
T k i
g
  
=    
    
 (18) 
Theo (18) ta thấy rằng khe hở không khí nhỏ sẽ sinh ra 
mô men lớn (với các kích thước khác không đổi). Hơn nữa, 
cần lưu ý rằng trong thực tế các điện cảm thẳng hàng tỷ lệ 
nghịch với chiều dài khe hở không khí. Do đó, bất kỳ sự 
giảm xuống của khe hở không khí dẫn đến sự gia tăng điện 
cảm thẳng hàng. 
Sai số sản xuất và khoảng cách khe hở không khí tối thiểu 
có thể chế tạo được là hai yếu tố quan trọng thúc đẩy việc 
xác định chiều dài khe hở không khí tối thiểu. Các sai số lần 
lượt ảnh hưởng đến độ lệch tâm tối đa trong khoảng cách 
khe hở không khí phát sinh giữa các cực đối nghịch. Điều 
này quyết định độ lớn của lực từ không đồng đều trong rotor, 
dẫn đến sự hao mòn trong vòng bi rotor và tuổi thọ của 
chúng. Hơn nữa, điều này góp phần gây ra tiếng ồn. 
Như vậy, để duy trì sự cân bằng dòng điện pha và tiếng 
ồn nhỏ, SRM cần có khe hở không khí tròn đều. Động cơ 
này cũng đòi hỏi khe hở không khí nhỏ để tối đa hóa mô 
men. Khe hở không khí nhỏ sẽ làm giảm từ trở ở khu vực 
chồng chéo của các cực rotor, stator và do đó làm tăng mô 
men. Tuy nhiên, độ cong của trục và độ phồng ra của vật 
liệu với nhiệt độ tăng phải được xem xét trong quá trình 
thiết kế trong điều kiện sai số sản xuất. Cũng vì thế mà khe 
hở không khí nên được lựa chọn theo cách như vậy để máy 
làm việc đáng tin cậy trong điều kiện hoạt động ở tất cả các 
điểm làm việc. 
Trong thực tiễn, giá trị đặc trưng của chiều dài khe hở 
không khí thường chọn trong khoảng: 0,2 ≤ g ≤ 0,6 (mm) 
tùy thuộc vào kích thước ứng dụng. 
3.5. Thiết kế lõi sắt rotor 
3.5.1. Bề rộng cực rotor 
Sau khi xác định được βr, ta dễ dàng tính được bề rộng 
cực rotor theo công thức: 
( 2 ).sin
2
r
rt D g

= − (19) 
3.5.2. Chiều cao cực rotor 
Chiều cao cực rotor ngắn dẫn đến một tỷ lệ điện cảm 
La / Lu nhỏ nhưng cho phép cực stator dài hơn nếu kích 
thước của lõi từ không thay đổi, do đó có nhiều không gian 
hơn cho cuộn dây stator. Một cực rotor lớn hơn tăng bán 
kính khe khí rg, nhưng đồng thời các cực stator phải ngắn 
hơn. Do đó ít không gian hơn cho cuộn dây stator. Như vậy, 
cần tồn tại một giá trị tối ưu cho chiều cao cực rotor về tỷ 
lệ cảm ứng và khả năng sản xuất mô men xoắn. Do đó, [5] 
đề xuất một tỷ lệ chiều cao cực rotor với khoảng cách giữa 
các rotor giữa 0,55 và 0,75. Nếu đường kính D vẫn không 
thay đổi, chiều cao cực rotor bị hạn chế bởi sự cần thiết 
phải làm cho gông rotor đủ dày để mang dòng từ thông mà 
không bão hòa, và cũng theo yêu cầu để làm cho đường 
kính trục càng lớn càng tốt. Để có độ tự cảm cao, chiều cao 
của rotor phải ít nhất bằng 20 - 30 lần chiều dài khe khí, 
như được khuyến cáo trong [1]. K. Bienkowski [6] đề xuất 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 1 63 
chiều cao cực rotor được tính toán theo công thức sau: 
hr=khr.g với (15<khr<35) (20) 
3.5.3. Độ dày gông từ rotor 
Độ dày gông từ rotor yr được xác định bởi sự cần thiết 
của độ cứng cơ học và hoạt động mật độ từ thông. Trong 
SRM với rotor hai cực mô hình từ thông được chia thành 
hai phần bằng nhau khi nó rời khỏi cực rotor và đi vào gông 
rotor. Vì vậy, yr không cần phải càng dày càng tốt mà nên 
có ít nhất 1/2 chiều rộng cực stator để mang từ thông đỉnh 
rotor mà không bão hòa. Phạm vi giá trị được chọn từ tính 
toán khe hở không khí giữa hai cực để cung cấp tỷ số cao 
giữa điện cảm thẳng hàng và không thẳng hàng (La/Lu). 
Nhưng đồng thời, nó cũng mong muốn có cực rotor ngắn 
hơn để tạo độ rung nhỏ nhất trong rotor. Về thực tế, các 
phần của gông rotor được chia sẻ giữa dòng khác nhau mà 
có thể bị chồng chéo, tài liệu [2] đưa ra công thức chọn yr: 
.
2
s
r yr
t
y k= với (1,1 < kyr <1,3) (21) 
Theo [4] thường chọn: 0,5ts < yr <0,75ts và theo [5] 
thường chọn: 0,5ts < yr <0,8ts 
3.5.4. Đường kính ngoài rotor 
Dr = D – 2g (22) 
3.5.5. Đường kính trục 
Để tối đa hóa độ cứng, đường kính trục Dsh lớn là thuận 
lợi. Điều này góp phần vào việc giảm tiếng ồn và làm tăng 
tốc độ đầu tiên. Nếu chiều cao và chiều rộng các cực rotor, 
độ dày gông từ rotor là cố định, đường kính trục Dsh có thể 
thu được với đường kính ngoài rotor Dr như sau: 
Dsh = Dr – 2(hr + yr) (23) 
Lưu ý khi lựa chọn đường kính trục Dsh cần đảm bảo 
trục đủ cứng và đủ lớn bởi: Ngoài việc phải chịu toàn bộ 
trọng lượng của rotor, trục còn chịu mô men xoắn và mô 
men uốn trong quá trình truyền động tải. Trục còn chịu lực 
hướng trục, thường là lực kéo như ở các máy kiểu trục 
đứng. Ngoài những tải trên còn phải chú ý đến lực từ một 
phía do khe hở không đều sinh ra. Cuối cùng, trục còn phải 
chịu lực do cân bằng động không tốt gây nên, nhất là khi 
quá tốc độ giới hạn. 
4. Kiểm chứng thiết kế và đánh giá 
Quy trình thiết kế được thử nghiệm cho thiết kế động 
cơ từ trở loại 6/4, các kích thước chính được cho trong 
Bảng 2. Các kích thước động cơ được thực hiện theo quy 
trình thiết kế trên và được mô phỏng phần tử hữu hạn. Kết 
quả cho thấy, SRM được thiết kế theo quy trình đảm bảo 
về kết cấu, đường thông lượng đối xứng, cân bằng được 
biểu diễn như Hình 7. Kết quả của nhóm tác giả công bố là 
kết quả đánh giá bước đầu, để chế tạo và thử nghiệm động 
cơ từ trở 6/4 đòi hỏi cơ sở thiết bị lớn và nhiều thời gian, 
nên các kết quả chế tạo và thử nghiệm cụ thể sẽ được nhóm 
tác giả công bố trong các nghiên cứu tiếp theo. 
(a) (b) 
Hình 7. Cấu trúc động cơ từ trở 6/4 
(a) Chia lưới phần tử hữu hạn, (b) Đường thông lượng phân bố 
trong SRM 
Bảng 2. Thông số kích thước động cơ từ trở 
Ns/Nr 6/4 
βs/βr 
(độ) 
20/24 
g 
(mm) 
0,3 
D0 
(mm) 
190 
D 
(mm) 
89,7 
Dr 
(mm) 
100 
Dsh 
(mm) 
28 
ys, yr 
(mm) 
12,5 
l 
(mm) 
114 
hs 
(mm) 
77,2 
hr 
(mm) 
59,5 
Vật 
liệu 
Silic 
5. Kết luận 
Bài báo đã trình bày tổng thể quy trình thiết kế cho đồng 
cơ từ trở và kiểm chứng bằng phần mềm. Các giá trị kích 
thước của động cơ được lựa chọn, xác định chi tiết và đầy 
đủ. Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để kiểm 
chứng thiết kế và đánh giá khả năng hoạt động của SRM. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Miller T.J.E, Switched Reluctance Motors and their control, Magna 
Physics Publishing, Hillsboro, 1993. 
[2] Torsten Wichert, Design and Construction Modifications of 
Switched Reluctance Machines, Ph.D. Thesis, Warsaw University of 
Technology, 2008. 
[3] International Electrotechnical Commission, Dimensions and output 
ratings forrotating electrical machines – Frame numbers 56 to 400 
and flange numbers F55 to F1080, Publication 72, Geneva, 
Switzerland, 1971. 
[4] R. Krishnan, Switched Reluctance Motor Drives, Industrial 
Electronics Series, 2001. 
[5] Praveen Vijayraghavan, Design of Switched Reluctance Motors and 
Development of a Universal Controller for Switched Reluctance and 
Permanent Magnet Brushless DC Motor Drives, Ph.D. Thesis, 
Virginia Polytechnic Institute, 2001. 
[6] Bienkowski, K., Szczypior, J., Bucki, B., Biernat, A., Rogalski, 
“Influence of geometrical parameters of Switched Reluctance Motor 
on electromagnetic torque”, Berichte and Infomationen HTW 
Dresden, ISSN 1433-4135, 1/2002. 
(BBT nhận bài: 26/9/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 15/11/2018)