Дослідження впливу конфігурації пазів статора та діаметра обмотки на ефективність і стабільність роботи двигуна постійного струму

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.323779

Ключові слова:

двигун постійного струму, конфігурація пазів статора, діаметр обмотки, стабільність роботи, продуктивність двигуна, швидкість обертання

Анотація

Об'єктом дослідження є асинхронний двигун постійного струму (BLDC), який широко використовується в електромобілях та промислових установках завдяки своїй компактній конструкції та високому ККД. Однією з найбільш проблемних областей є оптимізація конфігурації пазів статора та діаметра обмотки для підвищення ефективності та стабільності роботи. Попередні дослідження показують, що ці параметри суттєво впливають на розподіл магнітного поля, втрати та загальну продуктивність. Однак систематичні дослідження все ще необхідні. Тому це дослідження направлене на визначення оптимальних параметрів для підвищення ефективності та стабільності роботи двигуна BLDC.

В ході дослідження було використано експериментальну установку з двигуном BLDC, контролером, джерелом живлення та вимірювальними інструментами. Двигун тестувався з різними пазами статора (12 і 24) і діаметрами котушок (0,2 мм, 0,5 мм, 0,7 мм). Вимірювання включали потужність, струм, швидкість і температуру. Аналіз даних дозволив оцінити вплив на ефективність і стабільність, що було підкріплено числовим моделюванням для перевірки та оптимізації.

Отримані результати показують, що збільшення кількості пазів статора з 12 до 24 покращує розподіл магнітного поля та ефективність двигуна, при цьому вихідна потужність досягає 3060 Вт в оптимальній конфігурації. Це пов'язано з запропонованою варіацією пазів статора, яка зменшує магнітні втрати та підвищує теплову ефективність. Зокрема, двигуни з 24 пазами та діаметром котушки 0,5 мм досягли найвищої ефективності, тоді як котушка 0,7 мм призвела до зниження продуктивності через збільшення опору. Отримані результати підкреслюють необхідність оптимального балансу між діаметром котушки та конфігурацією пазів статора для стабільної та ефективної роботи.

Це забезпечує розробку високопродуктивних двигунів BLDC з підвищеною ефективністю та стабільністю. Порівняно з аналогічними конфігураціями, вони забезпечують вищу вихідну потужність, менші магнітні втрати та краще терморегулювання. Ці результати підтримують розвиток надійних, енергоефективних двигунів BLDC для електромобілів і промисловості, а майбутні дослідження будуть зосереджені на передових матеріалах і технологіях виробництва для подальшої оптимізації.

Спонсор дослідження

  • This study was funded by DIPA Fund Number SP DIPA-023.18.2.677606/2024, Malang-Indonesia State Polytechnic.

Біографії авторів

Sugeng Hadi, State Polytechnic of Malang

Doctor of Engineering, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Eko Yudiyanto, State Polytechnic of Malang

Doctor of Engineering, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Fatkhur Rohman, State Polytechnic of Malang

Assistant Professor

Department of Electronic Engineering

Wirawan Wirawan, State Polytechnic of Malang

Doctor of Engineering, Assistant Professor

Department of Mechanical Engineering

Satworo Adiwidodo, State Polytechnic of Malang

Doctor of Engineering, Assistant Professor

Department of Mechanical Engineering

Muhammad Arif Nur Huda, State Polytechnic of Malang

Lecturer

Department of Electrical Engineering

Dwi Pebrianti, International Islamic University Malaysia

Doctor of Engineering, Associate Professor

Department of Mechanical and Aerospace Engineering

Mohammad Fadhil Bin Abas, University of Malaysia Pahang

Doctor of Engineering, Associate Professor

Department of Electrical and Electronic Engineering Technology

Посилання

  1. Boloor Kashani, E., Halvaei Niasar, A. (2021). Reduction of torque ripple in an electrolytic capacitor-less BLDC motor drive by simultaneous speed and torque control method. Ain Shams Engineering Journal, 12 (4), 3703–3709. https://doi.org/10.1016/j.asej.2020.12.021
  2. Rahmadani, A. A., Setiawan, B., Syaifudin, Y. W., Funabiki, N., Siradjuddin, I., Fatmawati, T. (2024). An Implementation of Early Warning System for Air Condition Using IoT and Instant Messaging. Journal of Evrímata: Engineering and Physics, 2 (2), 118–124. https://doi.org/10.70822/journalofevrmata.v2i02.61
  3. Ammari, O., EL Majdoub, K., Giri, F., Baz, R. (2024). Modeling and control design for half electric vehicle with wheel BLDC actuator and Pacejka’s tire. Computers and Electrical Engineering, 116, 109163. https://doi.org/10.1016/j.compeleceng.2024.109163
  4. Johny, S., Kakkattil, S. S., Sunny, S., Sandeep, K. S., Sankar, V. (2021). Design and fabrication of foldable electric bicycle. Materials Today: Proceedings, 46, 9646–9651. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.07.157
  5. Anggraini, M. W., Luqman, M. (2024). Optimal USB to Serial Converter and Delphi Software Integration for Emergency Call Handling. Journal of Evrímata: Engineering and Physics, 1 (2), 47–60. https://doi.org/10.70822/journalofevrmata.vi.21
  6. Sharma, S., Ali, I. (2024). Efficient energy management and cost optimization using multi-objective grey wolf optimization for EV charging/discharging in microgrid. E-Prime – Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy, 10, 100804. https://doi.org/10.1016/j.prime.2024.100804
  7. Siradjuddin, I., Nurwicaksana, W. A., Riskitasari, S., Al Azhar, G., Hidayat, A. R., and Wicaksono, R. P. (2024). An Infrared Emitter Driver Circuit of SAT for MILES Application. Journal of Evrímata: Engineering and Physics, 2 (2), 129–137. https://doi.org/10.70822/journalofevrmata.v2i02.64
  8. Andrade-Cedeno, R. J., Pinargote-Bravo, V. J., Amaya-Jaramillo, C. D., Palacios-López, L. A., Loor-Vera, A. T., Pérez-Rodríguez, J. A., Rodríguez-Borges, C. G. (2023). A sustainable and efficient alternative for water pumping in electrically isolated rural areas of Ecuador. Energy Reports, 10, 719–733. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.07.027
  9. Listiyono, L., Nurhadi, N., Md Yusof, H. (2023). Effect of brake padding strikes and reversing spring pressure on acceleration of drum brakes. Journal of Evrímata: Engineering and Physics, 1 (2), 38–41. https://doi.org/10.70822/journalofevrmata.vi.19
  10. İnci, M., Büyük, M., Demir, M. H., İlbey, G. (2021). A review and research on fuel cell electric vehicles: Topologies, power electronic converters, energy management methods, technical challenges, marketing and future aspects. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 137, 110648. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110648
  11. Syahyogi, A. E., Susilo, S. Hadi. (2024). Single propeller design of flying electric vehicles. Evrimata: Journal of Mechanical Engineering, 1 (4), 101–107. https://doi.org/10.70822/evrmata.v1i04.55
  12. Magibalan, S., Ragu, C., Nithish, D., Raveeshankar, C., Sabarish, V. (2023). Design and fabrication of electric three-wheeled scooter for disabled persons. Materials Today: Proceedings, 74, 820–823. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.11.179
  13. Lazuardi, L., Akhlis Rizza, M., Maryono, M. (2024). Application Planning of Microhydro Electricity Generating Technology with 55 KW Power in the Mountains Using the River Flow of Coban Rondo Waterfall, Krajaan, Pandesari, Kec. Pujon, Malang, East Jawa. Journal of Evrímata: Engineering and Physics, 1 (2), 61–69. https://doi.org/10.70822/journalofevrmata.vi.25
  14. Bayardo, R. G., Loukianov, A. G., Fuentes-Aguilar, R. Q., Utkin, V. I. (2020). Adaptive speed tracking controller for a brush-less DC motor using singular perturbation. IFAC-PapersOnLine, 53 (2), 3880–3885. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2020.12.2100
  15. Saukani, I., Nuraini, E., Sukoco Heru Sumarno, A., Tri Turani Saptawati, R., Islahunufus, I., Sifaunnufus Ms, F. I. (2024). Buck-boost converter in photovoltaics for battery chargers. Journal of Evrímata: Engineering and Physics, 2 (1), 85–89. https://doi.org/10.70822/journalofevrmata.vi.26
  16. Reynaldo, Winoko, Y. A. (2024). ESP 8266-Based Car Battery Current and Voltage Monitoring Design. Evrimata: Journal of Mechanical Engineering, 1 (2), 51–56. https://doi.org/10.70822/evrmata.vi.43
  17. Hema, R., Venkatarangan, M. J. (2022). Adoption of EV: Landscape of EV and opportunities for India. Measurement: Sensors, 24, 100596. https://doi.org/10.1016/j.measen.2022.100596
  18. Prayudha, A. T., Wahyudi, B. (2024). Simulation Strength Analysis on PVC Pipe Blade Propeller Horizontal Axis Wind Turbine with Tip Elbow. Journal of Evrímata: Engineering and Physics, 23 (1), 78–84. https://doi.org/10.70822/journalofevrmata.vi.31
  19. Joy, J., Ushakumari, S. (2016). Performance Comparison of a Sensorless PMBLDC Motor Drive System with Conventional and Fuzzy Logic Controllers. Procedia Technology, 25, 643–651. https://doi.org/10.1016/j.protcy.2016.08.156
  20. Al Kahvi, M. B., Susilo, S. H. (2024). Battery Management System (BMS) planning on quadcopter flying electric vehicle. Journal of Evrímata: Engineering and Physics, 2 (2), 112–117. https://doi.org/10.70822/journalofevrmata.v2i02.46
  21. Varshney, A., Gupta, D., Dwivedi, B. (2017). Speed response of brushless DC motor using fuzzy PID controller under varying load condition. Journal of Electrical Systems and Information Technology, 4 (2), 310–321. https://doi.org/10.1016/j.jesit.2016.12.014
  22. Hadi Susilo, S., Kurniawan, K., Yudiyanto, E., Indra Kurniawan, B. (2024). Simulation of Quadcopter Flying Electric Vehicle Chassis. Evrimata: Journal of Mechanical Engineering, 1 (3), 77–80. https://doi.org/10.70822/evrmata.v1i03.48
  23. Huda, A. N., Pebrianti, D., Binti MD. Zain, Z. (2023). Integrated Robotic Arm Control: Inverse Kinematics, Trajectory Planning, and Performance Evaluation for Automated Welding. Asian Journal Science and Engineering, 2 (2), 82. https://doi.org/10.51278/ajse.v2i2.1021
  24. Widjanarko, Alia, N., Perdana, F. A., Udianto, P., Puspitasari, E. (2024). Sustainable Power Generation through Dual-Axis Solar Tracking for Off Grid 100Wp Photovoltaic Systems. Evrimata: Journal of Mechanical Engineering, 1 (4), 118–124. https://doi.org/10.70822/evrmata.v1i04.63
  25. Preethiraj, P. M., Belwin Edward, J. (2024). Design of novel DC-DC interleaved boost converter for BLDC application. Heliyon, 10 (22), e40041. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e40041
Study of stator slot configuration and coil diameter on BLDC motor efficiency and stability

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-02-27

Як цитувати

Susilo, S. H., Yudiyanto, E., Rohman, F., Wirawan, W., Adiwidodo, S., Nur Huda, M. A., Pebrianti, D., & Bin Abas, M. F. (2025). Дослідження впливу конфігурації пазів статора та діаметра обмотки на ефективність і стабільність роботи двигуна постійного струму. Technology Audit and Production Reserves, 1(1(81), 15–20. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.323779

Номер

Том 1 № 1(81) (2025): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Технології машинобудування

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Sugeng Hadi Susilo, Eko Yudiyanto, Fatkhur Rohman, Wirawan Wirawan, Satworo Adiwidodo, Muhammad Arif Nur Huda, Dwi Pebrianti, Mohammad Fadhil Bin Abas

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.