I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   9 ,   No .   3 Sep tem b er   201 8 ,   p p .   972 ~ 978   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 9 .i 3 . pp 9 7 2 - 978           972       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   Ele m e ntary  Anal y sis  of Seg m ental  Stato r F lux   Sw itching  Per m a nent  Ma g net  M a chine       S.  M .   N.   S.  O t h m a n,  M .   F .   O m a r S.  K .   Ra hi m i ,   E .   S ula i m a n   De p a rt m e n o f   El e c tri c a P o w e En g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   T u n   H u ss e in   On n   M a lay sia ,   M a la y si a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   1 3 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   J u l   2 2 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A u g   8 ,   2 0 1 8       S e g m e n tal  stru c tu re   is  c o m m o n   e sp e c iall y   f o a   ro to r   in   e lec tri c a m o to r.   It  is   to   re d u c e   th e   c o st   o f   p r o d u c ti o n ,   c o n v e n ien tl y   re p lac e ,   a n d   a s   a   m o d u le  w h e re   th e   su m   o f   e l e c tro m a g n e ti c   to rq u e   p r o d u c e d   c o m e s   f ro m   e a c h   se g m e n tal  sta to a d d   u p   t o g e th e r.   T h u s,   in   t h is  p a p e w il b e   f o c u sin g   o n   t h e   e le m e n tar y   a n a l y sis  o f   a   se g m e n tal  sta to f o sin g le p h a se   6 S lo t - 1 2 P o le  a n d   3   p h a se   6 S lo t - 1 5 P o le  S w it c h e d - F lu x   P e rm a n e n M a g n e M a c h i n e   (S F P M M )   a th e   c h o se n   d e sig n   f o a n a l y sis   v a l id a ti o n   f ro m   c o v e n ti o n a p e rm a n e n m a g n e t   f lu x   s w it c h in g   m a c h in e   to   a   n e w   s e g m e n tal  sta to stru c tu re   o f   S F P M M .   It   w il b e   f o c u sin g   o n   th e   i n it ial  d e sig n   a n d   t o   p r o v e   th a it   c a n   b e   o p e ra te  a a   f lu x   s w it c h in g   m a c h in e   b y   i m p le m e n a   2 F i n it e   El e m e n A n a ly sis  sim u latio n su c h   a a   N o - lo a d   a n a ly sis  ( f lu x   li n k a g e ,   c o g g in g   to rq u e ,   b a c k   e m f a n d   L o a d - a n a l y sis  (a v e r a g e   e lec tro m a g n e ti c   to rq u e .     El e m e n tar y   re su lt   sh o w th a th e   e lec tro m a g n e ti c   t o rq u e   p ro d u c e   f o b o t h   d e sig n   a re   1 0 . 6   Nm   a n d   9 9 . 9 5   Nm   a n d   p r o v e d   th a it   c a n   p ro d u c e   h ig h   to r q u e   a lt h o u g h   it   d o e s n o su rp a ss   th e   c o n v e n ti o n a S F P M M .   A   f u rth e re se a rc h   a n d   o p ti m iza ti o n   w il l   b e   n e e d e d   t o   o b tai n   a   h ig h e to r q u e   c o m p a re d   to   c o n v e n ti o n a S F P M M .   K ey w o r d :   2 FEA   F lu x   s w i tch i n g   m ac h i n e   P er m a n en m a g n e t   S eg m en tal  s tato r   SF P MM   Co p y rig h ©   201 In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   S .   M.   N.   S.  Oth m a n ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  P o w er   E n g i n ee r in g ,   Un i v er s iti T u n   H u s s ei n   On n   Ma la y s ia,   8 6 4 0 0   P a r it R aj a,   B atu   P ah at,   J o h o r ,   Ma lay s ia.   E m ail:  s m n a u f a l@ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Flu x   S w itc h i n g   Ma c h in e   ( FS M)   ar t y p e   o f   m ac h i n e   t h at  u til ize  f l u x   s o u r ce   f r o m   p er m a n e n t   m ag n et  ( P M)   an d   d ir ec t - cu r r en ( DC )   ex citatio n   at  s in g le  o r   d u al  s tato r   s tato r   o n l y .   T h ten d en c y   o f   FS M   s h o w s   t h at  i i s   tr e m e n d o u s l y   r esear ch   a n d   d ev elo p   i n   r ec e n y ea r s   d u e   to   t h eir   ad v an ta g e   o f   s ep ar ate  ac ti v e   an d   n o n - ac ti v p ar t.  I n   w h ic h   it  is   s u itab le  f o r   w id r an g e   o f   s p ee d ,   ap p licatio n   an d   ast o u n d i n g   h i g h   f l u x   d en s it y   [ 1,   2] .   B ased   o n   th is   ad v an ta g es,  r esear ch er s   ar e   ap p l y i n g   t h p r in cip le  o f   f lu x   s w i tch i n g   to   d esi g n   a n   elec tr ic  m ac h in s o lel y   b ased   o n   P M,   DC   ex citati o n ,   o r   b o th   s u c h   as h y b r id   FS [ 3 ]   Hen ce ,   an   elec tr o m ec h a n ica f r a m e w o r k   i n ten d ed   f o r   s u ch   ap p licatio n s   m u s b s tab le  an d   d ep en d ab le,   w h er t h d e f ec t   p ar ts   ca n   b e f f ec ti v el y   an d   p r o m p tl y   r ec o v er .     Fro m   t h liter atu r r e v ie w ,   S w itc h   R elu c tan ce   Mo to r   ( SR M)   an d   p er m an e n m a g n et  ( P M)   m ac h i n is   th t w o   h i g h li g h ted   r esear ch   in   th e   elec tr ical  m ac h i n e   f o r   f a u lt  to ler an ce   s tu d y .   A s   y o u   m a y   k n o w ,   it   is   n at u r al l y   f a u lt  to ler an i n   SR w h er e   ea ch   p h ase  o f   an   S R ca n   b co n s id er ed   as  s i n g le  a n d   s ep ar ate  d u to   n o n - s h ar ed   co u p lin g .   W h er eb y ,   f a u l t   in   o n p h a s w in d i n g   w ill  h av n o   ef f ec to w ar d s   o t h er   p h as an d   th m ac h i n ca n   o p er ate  s o lel y   d ep en d en t   o n   th f a u lt les s   p h a s es  [ 4 ] .   W h ile  P m ac h in e s   w it h   h ig h   p h ase  n u m b er   ar d esig n ed   f o r   f a u lt - to ler an t   o p er atio n .   Sin ce   i h av a   g r ea ter   to r q u d en s it y   th a n   SR M s ,   th eir   o p ti m a l d esi g n   s tr u ct u r is   a f f ec ted   in   o r d er   to   i m p r o v th f au l t to ler an ce   [ 5 ]   B esid es,  r ec en y ea r   s h o w s   t h at  P m ac h i n es  e f f icien d ev elo p m en in   d r i v s y s te m   an d   FE A   d esig n   s o f t w ar at tr ac m o r r esear ch er   atte n tio n .   Sp ec i f ical l y ,   S w itc h ed   Fl u x   ( S F)  P m ac h in e s ,   as   s h o w n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       E leme n ta r A n a lysi s   o f S eg me n ta l S ta to r   F lu S w itch in g   P erma n en t Ma g n et  Ma c h in ( S .   M.  N .   S .   Oth ma n )   973   in   Fi g u r e   1   ( a) ,   h av s p ec ial  in ter est  d u to   th eir   h ig h   to r q u d en s it y ,   h ig h   e f f ic i en c y   an d   r ig id   r o to r   ass e m b l y   [ 6,   7] .   I n   ad d itio n ,   SF P m ac h i n es  h a v i n d icat i m p r o v e m en i n   co m p ar is o n   to   s y n c h r o n o u s   m ac h in in   h i g h   s p ee d   r an g g en er ato r ,   d u to   co m p elli n g   p ar to   r elief   o f   P d e m ag n etiza tio n   i n   h ig h - s p ee d   o p er atio n .   M o r eo v er ,   SF P M   m ac h in h av b ee n   r ed esi g n ed   to   o b tain   s u f f icien to r q u d en s it y   t h at  ar b etter   th an   m o s t d o u b l y   s alie n t P m ac h i n es [ 8 ] .   T h er eb y ,   in   t h i s   p ap er   w ill  d i s cu s s ed   o n   s e g m en tal  s tato r   s tr u ct u r p r o p o s ed   f o r   Sw it ch ed - F lu x   P er m a n en t   Ma g n et  Ma c h i n e,   ( SF P MM ) .   W ith   it s   g o o d   m ag n etic   s ep ar atio n   a n d   t h e   p o s s ib ilit y   o f   t h in d ep en d en f ee d i n g   f o r   ea ch   s eg m e n tal  s tato r   co r g iv e s   th ad v an ta g o f   h i g h   f a u lt  to ler an ce   to g et h er   w it h   th ac ce s s ib le  to   m ai n tai n   an d   d ir ec tly   p er f o r m ed   r ep lace m en o f   th d a m ag ed   p ar ts .   Fu r t h er m o r e,   in   th i s   p ap er   w ill  s h o w s   th a t h e   p r o p o s ed   d esig n   ar ab le  to   p r o d u ce   h ig h   to r q u e,   ac ce p tab le  b ac k   elec tr o m ag n eti v f o r ce   an d   co g g i n g   to r q u [ 9 ] .       2.   CO NCEPT   O F   S E G M E NT AL   S T AT O SF - P M M     Fig u r e   1   ( b )   ill u s tr ate   th e   p r o p o s ed   1 - p h a s s eg m e n tal   s tat o r   6 S - 1 2 P   an d   Fi g u r e   1   ( c)   i ll u s tr ate s   t h e   3 - p h ase  s e g m e n tal  s tato r   6 S - 1 5 P .   Fr o m   t h p r o p o s d esig n ,   th co n ce p o f   s e g m e n tal  s tat o r   o f   SF P MM   ar e   m ad u p   o f   d is co n ti n u ed   s ec ti o n   o r   s eg m e n ts ,   t h u s   cr ea tin g   th s e g m e n t s .   Fu r t h er m o r e,   th s ta to r   s tr u ctu r i s   in   a   C   co r s h ap w h er it  i s   alter n atel y   ar r a n g ed   to g et h er   b et w ee n   th e m   a   P w it h   t h b o th   e n d   o f   ea c h   s eg m e n tal  s tato r   o n l y   o cc u p y   h alf   C   co r s h ap s tato r .               ( a)         ( b )     ( c)     Fig u r 1 .   ( a)   3 - p h ase  co n v e n ti o n al  C   co r s tato r   SF P M an d   ( b )   1 - p h ase  1 2 Slo t - 1 4 P o le   ( c)   3 - p h ase  1 2 Slo t - 1 5 P o le  s eg m en tal  s tato r   SF P m ac h i n es       Fig u r 2   ill u s tr ate  t h p r o p o s ed   s eg m e n tal  s tato r   SF - P MM   w ith   th P d ir ec tio n   a n d   ar m a tu r e   co p p er   w i n d in g   r esp ec ti v el y .   T h is   elec tr ic  m o to r   ap p lies   s e g m e n tal  s tr u c tu r f o r   th s tato r   w it h   u n i f o r m   a ir - g ap   b et w ee n   t h e m ,   a n d   1 8 0 °  ap ar b et w ee n   t w o   s e g m en ta s tato r   s tr u ctu r e,   as  ill u s tr ates   in   Fig u r 1   ab o v e.   Hen ce ,   w h e n   t h r esp ec tiv p h ase  is   ex c ited ,   th f lu x   li n o f   t h p r o p o s d esig n   is   s h o r t a n d   f o r m   s m all  l oop  at  ea ch   C   co r s tato r .   I n   co n j u n ctio n   w i th   t h s e g m e n tal  s tat o r ,   it  is   n o m a g n etica ll y   co u p l an d   s ep ar ate  b y   n o n - m ag n etic  m ater ial.   T h an g u lar   s h i f Δ θ  b et w ee n   t w o   s e g m e n tal  s tato r   r esp ec ts   th f o ll o w i n g   r elatio n s :     =   2п                   ( 1 )     W h er q   is   th p h ase  n u m b e r   an d   N c   ar th s tato r   co r f o r   ea ch   p h ase  ( N 2 ) .   I n   c o n tr ar y   to   th f l u x   d is tr ib u tio n ,   Fig .   3   s h o w s   th at   th p r o p o s ed   d esig n   e n co u n te r s   f l u x   r ep ea an d   f l u x   ex p o s u r as  h i g h lig h ted   in   r ed   cir cles.  T h o b j ec tiv o f   f lu x   d i s t r ib u tio n   is   to   d is tr ib u te  t h f l u x   u n i f o r m l y ,   co n tr o th f lo w   o f   f lu x ,   an d   d eter m i n e   t h lo ca tio n   o f   f l u x   s at u r atio n   i n   t h m ac h in a n d   to   f u ll y   u til ize  t h f l u x   in   th e   p r o p o s ed   d esig n .   Me a n w h ile,   a   d esi g n   o p tim izatio n   w ill   b p er f o r m e d   at  t h v ar io u s   m ac h in e   p ar am eter s   to   i m p r o v e   th f lu x   li n k a g esp ec iall y   at  t h f l u x   p ath .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   972     9 7 8   974       Fig u r e   2 .   I n itial d esi g n   o f   1   p h ase  s eg m e n tal  s tato r   SF P MM           Fig u r e   3 Flu x   d is tr ib u tio n   o f   1   p h ase  6 S - 1 2 P   SF P MM       3.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S   Ma in l y   th i s   p ap er   w i ll  b f o cu s in g   o n   th d esi g n   s tu d y   a n d   p er f o r m an ce   a n al y s i s   o f   th s i n g le  p h ase,   6 Slo t - 1 2 P o le  an d   th r ee   p h as 6 Slo t - 1 5 P o le  s eg m e n tal   s t ato r   SF P MM .   T h s e g m en ta s tato r   SF P MM s   g eo m etr y   p ar a m eter s   an d   s p ec if icatio n   ar lis ted   in   T ab le  I .   Fro m   th s tr u ct u r e,   it  is   clea r   th at  b o th   d esi g n   i s   h av i n g   1 2   s tato r   teeth   b u d if f er en r o to r   p o le  n u m b er .   Fu r th er m o r e,   cu r r e n d en s i t y   o f   ar m at u r co il,  J a   p r o p o s ed   m ac h i n ca n   b d eter m in ed   b y   E q u at io n   2 .     =                     ( 2 )     w h er I a   is   t h er cu r r en i n j ec tio n ,   N a   is   n u m b er   o f   ar m a tu r e   co il  w i n d in g ,   α   i s   t h f illi n g   f ac to r   an d   S a   i s   t h e   ar ea   o f   ar m at u r s lo t.  C o m m o n l y ,   t h r elatio n   b et w ee n   m ec h a n ical   r o tatio n   f r eq u en c y   an d   t h elec tr ical   f r eq u en c y   f o r   b o th   m ac h in e s   c an   b ex p r ess ed   as i n   E q u atio n   3 .     =                   ( 3 )     W h er f e   is   t h elec tr ical  f r eq u en c y ,   f m   i s   th m ec h an ical  r o tatio n   f r eq u en c y   a n d   N r   is   t h e   r o to r   p o le  n u m b er ,   r esp ec tiv el y .   T h p er f o r m an c es  o f   ea c h   d esi g n s   ar d iv id ed   b y   t w o   p ar ts ,   w h ic h   ar n o - lo ad   an d   lo ad   co n d itio n .   W o r k f lo w   f o r   an al y s i s   i n   n o - lo ad   an d   lo ad   co n d itio n   is   s u m m ar is ed   as   in   Fi g u r 4 .   T h p er f o r m a n ce s   ar co m p ar ed   b y   co n s id er in g   v ar io u s   ch ar a cter is tics   s u c h   as  f l u x   li n k a g es,  b ac k   em f ,   an d   co g g i n g   to r q u e.   T h m ai n   r ea s o n   i s   to   d eter m i n t h b est   r esu lt s   i n   h i g h   f l u x   li n k a g es,   l ess   co g g i n g   to r q u e,   lo w   p h a s b ac k   E M a n d   h i g h   a v er a g to r q u e.   T ab le  1   s h o w s   p ar a m eter   s p ec if ica tio n s   o f   1   p h a s an d   3   p h ase  SF P MM .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       E leme n ta r A n a lysi s   o f S eg me n ta l S ta to r   F lu S w itch in g   P erma n en t Ma g n et  Ma c h in ( S .   M.  N .   S .   Oth ma n )   975   T ab le  1 .   P ar am eter   Sp ec if icati o n s   o f   1   P h ase  an d   3   P h ase  SF P MM   P a r a me t e r s   1   P h a se   S F P M M   3   P h a se   S F P M M   R o t o r   p o l e   n u m b e r   12   15   S t a t o r   o u t e r   r a d i u s   1 3 2 mm   1 3 2 mm   R o t o r   o u t e r   r a d i u s   S t a c h   l e n g t h   A i r   g a p   P M   w e i g h t   A r mat u r e   t u r n s   A r mat u r e   sl o t   a r e a   S t a t o r   p o l e   w i d t h   R o t o r   p o l e   w i d t h   9 2 . 4 m m   7 0 m m   0 . 5 mm   0 . 8 6 8 k g   7   t u r n s   1 6 8 mm 2   1 7 m m   2 0 m m   9 2 . 4 m m   7 0 m m   0 . 5 mm   0 . 8 6 8 k g   7   t u r n s   1 6 8 mm 2   1 7 m m   1 6 m m           Fig u r 4 .   P er f o r m a n ce   an al y s i s   o f   s e g m e n tal  s tato r   SF P m ac h in b ased   o n   FE A       W h ile  in   lo ad   co n d itio n ,   ar m a tu r co il  is   in j ec ted   w i th   ar m a tu r cu r r en d en s it y   s e to   5   A r m s / m m 2 ,   1 0   A r m s / m m 2 ,   1 5   A r m s / m m 2 ,   2 0   A r m s / m m 2 ,   2 5   A r m s / m m 2 ,   an d   m a x i m u m   c u r r en d en s i t y   o f   3 0   A r m s / m m 2 .   I n   lo ad   an al y s is ,   th v al u o f   i n p u c u r r en t   o f   ar m atu r c o il,   J w ill  b s u p p lied   to   th cir c u it,   w h ic h   h a v b ee n   ca lcu lated   wh ile  co n s id er in g   t h ar m at u r s lo ar ea   an d   n u m b er   o f   ar m a t u r co il  tu r n   w h e n   J ar e   at  m a x i m u m   c u r r en d en s it y   o f   3 0   A r m s / m m 2 .   T h f l u x   d is tr ib u tio n   o f   th i n itial  d esig n   in   lo ad   co n d iti o n   w ill  b i n v esti g ated   w h er ar m at u r cu r r en is   s e to   m ax i m u m   cu r r e n d en s it y   o f   3 0   A r m s / m m 2 ,   r esp ec tiv el y .       4.   E L E C T RO M AG NE T I P E RF O RM ANCE B ASE O 2 - F E A   T h is   s ec tio n   d is c u s s ed   o n   t h e   elec tr o m a g n etic  p er f o r m a n ce   o f   th s t u d ied   to p o lo g ies.  T h r esu l ts   ai m   to   r ev ea l   t h c h ar ac ter is t ic  o f   e lectr o m a g n et ic  b ased   o n   t h p h a s f l u x   li n k ag e,   B ac k - E M F,  co g g i n g   to r q u an d   elec tr o m a g n etic  to r q u e.     4 . 1 .     M a g net ic  F lux   L in k a g f o Sin g le  P ha s 6 Slo t - 1 2 P o l a nd   T hree   P ha s 6 Slo t - 1 5 P o le   A   k e y   f ac to r   f o r   all  d e v elo p ed   FS m o d el s   is   th e   p h ase   f l u x   li n k a g ca lc u latio n ,   w h ich   cr ea te s   s ig n i f ica n c h allen g e,   s in ce   t h s tato r   h as  s alie n p o les  a n d   t h ir o n   co r s at u r atio n   h as  s ig n if ican in f l u en ce   o n   t h m o to r s   o p er atio n .   P r ev io u s   r esear c h   w o r k s   w er e   p u b l is h ed   i n   th e   last   d ec ad in   th is   d o m ain ,   as  w h ic h   in tr o d u ce   an al y tical  m o d el s   to   ca lcu late  th f l u x   lin k a g e,   w h ic h   d ev elo p   m o d els  b ased   o n   m a g n etic   eq u iv ale n t c ir c u its ,   o r   th an a l y tical  m o d el  i s   cr ea ted   u s i n g   F E an al y s is   r es u lt s   ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   972     9 7 8   976   T h an al y s i s   o f   f ield   d is tr ib u tio n   in   No - L o ad   b ased   o n   2 FEA   f o r   th d esi g n   i s   ill u s tr ated   in   Fig u r 5 .   Fro m   t h f i g u r e,   it   p o r tr ay s   t h f l u x   p atter n   d u to   m a g n eto m o ti v f o r ce ,   MM o f   P o n l y .   Me an w h ile,   it  i s   ap p r o x i m a tel y   9 0 o f   t h f l u x   f lo w   f r o m   th P in   th C   co r s tato r   a n d   th r e s o f   f l u x   f lo w s   co n ce n tr ated   at  th r o to r   p er i p h er y   d u to   f lu x   s tr e n g th e n i n g   an d   lead   to   h ig h er   to r q u e.   A s   f o r   th e   g r ap h   in   Fi g u r e   6   it  is   o b v io u s   th at  1 - p h ase  6 S - 1 2 P   h as  h ig h   f l u x   li n k ag a m p l itu d e,   0 . 0 3 5 7 W b   c o m p ar to   3 - p h ase  6 S - 1 5 P   to p o lo g ies,  0 . 0 1 7 W b .   T h is   m ea n s   t h at  th e   1 - p h ase  6 S - 1 2 P   s eg m e n tal   s tato r   d esig n   h as  a   h ig h er   ab ilit y   to   g i v h i g h   to r q u an d   p o w er .   W h ile  th 3 - p h ase  6 S - 1 5 P   s eg m e n tal  s ta to r   o n l y   g iv i n g   less   f l u x   lin k ag d u to   ex ce s s   leak a g an d   ca n ce lli n g   o f   f lu x   o cc u r s   o f   th r o to r   p o le.   I t is ex p ec ted   th at  it is   ca u s ed   b y   th r o to r   p o le  n u m b er   co n f i g u r atio n   an d   w ill  f u r t h er   in v es tig ate  in   th f u t u r e.           ( a)       ( b )       Fig u r e   5 .   Flu x   p ath   o f   t h ( a)   3 - P h ase  ( b )   1 - P h ase  s eg m e n tal  s tato r   SF P MM   d esi g n   at  n o   lo ad   co n d itio n ,   P o n l y     Fig u r e   6 .   U - p h ase  f l u x   lin k a g e   o f   1 - p h ase  6 S - 1 2 P   an d   3 - p h ase  6 S - 15P       4 . 2 .     Co g g ing   T o rque  Ana ly s is   T h p r o p o s ed   s eg m en tal  s tato r   d esig n   r e v ea a   h i g h   co g g i n g   to r q u f o r   6S - 1 5 P   an d   6 S - 1 2 P   d esig n   a s   illu s tr ated   in   Fi g u r e   7 C o g g in g   to r q u is   k n o w n   as  d ete n o r   n o - cu r r e n to r q u e   t h at  g en er ate   n o is e   an d   v ib r atio n   i n   m ac h in e   o p er atio n .   W h er eb y ,   t he   co g g i n g   to r q u o f   b o t h   d esi g n   in v es tig a tio n   f o r   o n elec tr ical   c y cle  is   ill u s tr ated   in   Fi g u r e   7 .   I is   co n ce r n ed   th at  th r esu l o f   h ig h   co g g i n g   to r q u co m es  f r o m   th an g u lar   s p ac b et w ee n   s e g m en ta s tat o r .   I n   f u t u r e,   a n   o p ti m izatio n   to w ar d s   t h d esi g n   g eo m etr y   s tr u ct u r w i ll  b e   m ad to   r ed u ce   th co g g i n g   t o r q u p ea k   to   p ea k   v alu an d   co n cu r r en tl y   i m p r o v t h e   ele ctr o m a g n etic  to r q u e   p er f o r m a n ce .           Fig u r e   7 . U - p h ase  f l u x   lin k a g e   o f   1 - p h ase  6 S - 1 2 P   an d   3 - p h as 6 S - 15P       4 . 3   P ha s B a ck   E M F   Fro m   th Fi g u r 8 ,   it  is   s h o w n   t h at  th e   r ea ctio n   o f   b ac k - E m f   ar p lo tted   an d   th at  t h p h ase  B ac k - E MF  o f   b o th   d e s ig n   i s   p r ec is to w ar d s   t h f u n d a m e n tal   s in u s o id al,   h o w ev er   t h s i n g le - p h ase  m ac h i n e   p r o d u ce s   h i g h   f u n d a m e n tal   a m p lit u d o f   9 4   V   f o llo w e d   b y   3 1 . 8   o f   t h t h r ee   p h ase s   r esp ec ti v el y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       E leme n ta r A n a lysi s   o f S eg me n ta l S ta to r   F lu S w itch in g   P erma n en t Ma g n et  Ma c h in ( S .   M.  N .   S .   Oth ma n )   977   Fu r t h er m o r e,   t h t h r e p h ase   SF P MM   ex h ib its   t h lo w est   T o tal  Har m o n ic   Dis to r tio n ,   T HD  o f   2 . 0 w h il s th 1   p h ase  m ac h i n ex h ib it s   h ig h er   T HD  o f   5 . 0   %.  Hen ce ,   f r o m   t h E q .   ( 4 )   b elo w ,   th p h ase  b ac k   E MF,   E   is   d ir ec tl y   p r o p o r tio n al  to   th co n s ta n t v al u e,   m u ltip lie s   w i th   th e   s p ee d   o f   r o tatio n ,   ω   an d   f lu x   li n k ag ( ϕ ) .     =                    ( 4 )     4 . 4 .   E lect ro m a g net ic  T o rq u a t   Va rio us   Ar m a t ure  Curr ent   Densi t ies,  J a   T h elec tr o m a g n etic  to r q u o u tp u a d is ti n ct  ar m at u r cu r r en d en s itie s ,   J a   co n d itio n s   ar p lo tted   in   Fig u r 9 .   T h p lo ts   clea r l y   d em o n s tr ate  t h at  t h m o s t   elev a ted   to r q u ac co m p lis h ed   is   1 0 . 6   N m   f o r   1   p h as e   6S - 1 2 P   an d   9 9 . 9 5   Nm   f o r   3   p h ase   6S - 1 5 P   SF P MM   w h e n   J ar h eig h ten   to   3 0   A rms / m m 2 .   Fro m   th f i g u r e,   th e   to r q u attr ib u tes  ar ex p an d e d   w it h   th e x p an s io n   o f   J a.   A s m a ll  ar m at u r cu r r en d e n s it y ,   J a ,   th to r q u co n tin u es  to   g a in   u n t il  th id e al  to r q u is   ac co m p li s h ed .   I s h o w s   t h at  t h elec tr o m a g n et i to r q u d if f er en ce   ar ab o u t te n   ti m e s   o f   t h 1   p h ase  s eg m e n tal  s tato r   SF P MM .           Fig u r 9 .   Av er ag elec tr o m a g n etic  to r q u o f 1   p h ase  6 S - 1 2 P   an d   3   p h ase  1 2 S - 1 5 P   o f   SF PMM       5.   CO NCLU SI O N   I is   clea r   to   co n clu d t h at  p r eli m in ar y   d esi g n   a n d   ele m e n tar y   a n al y s i s   o f   n e w   s eg m en tal  s tato r   s in g le  p h ase  6 Slo t - 1 2 P o le  SF P MM   an d   6 Slo t - 1 5 P o le  SF PMM   ar p r esen ted .   T h n o v elt y   o f   th p r o p o s ed   d esig n   is   s e g m e n tal   s tato r   s tr u ctu r e,   w h ich   i m p r o v th f l u x   lin k a g e,   i m p r o v th e   f a u lt  to ler an b y   m a k i n g   it   s eg m e n tal,   an d   p r o v id cr ed ib ilit y   to   u n i f o r m l y   is o late  ea c h   s eg m e n tal  s tato r   b u g iv a   m a x i m u m   to tal  o u p u t   to r q u e.   A lt h o u g h   t h p r e li m i n ar y   d esi g n   h ad   in s u f f icie n elec tr o m a g n etic  to r q u e,   f u r t h er   an al y s i s   s u ch   as   p o w er   o u tp u an d   e f f ic ien c y   w il b d o n in   th f u t u r e.   T h er ef o r e,   d esig n   o p ti m izati o n   ap p r o ac h   w ill  b n ec es s ar y   f o r   t h is   r esear ch   to   en h an ce   t h o u tp u to r q u e,   p o w er ,   a n d   o v er all  e f f icie n c y   r elativ it y   to   cu r r e n t   p r eli m in ar y   d es ig n .     T h in ter est  o f   th i s   g eo m etr y   s tr u ctu r is   ele m e n tar y ,   i n s u r s u f f icie n f lu x   li n k a g an d   h ig h   elec tr o m ag n etic  to r q u at  b ase  s p ee d .   T h er ef o r e,   it  i s   p r u d en to   co n cl u d th at  t h 2 FEA   r es u l t s   p r esen t in   t h i s   p ap er   ar ac ce p tab le.       ACK NO WL E D G E M E NT S   T h is   p ap er   w a s   s p o n s o r ed   b y   t h ( Ger an   F R GS,  Vo t 1 6 5 1 )   f r o m   t h Mi n is tr y   o f   H ig h er   E d u ca tio n ,   MO HE   o f   Ma la y s ia  an d   U n i v er s it y   T u n   H u s s ei n   On n   Ma la y s ia  ( UT HM ) ,   B atu   P ah at.       RE F E R E NC E S   [1 ]   1 .     Oth m a n   S M NS,   A h m a d   M Z,   Ra h im   J A ,   Ba h ri m   F S ,   S u laim a n   E.   De sig n   I m p ro v e m e n o T h re e   P h a se   1 2 S lo t - 1 4 P o le Ou ter R o to F iel d   Ex c it a ti o n   F lu x   S w it c h in g   M o to r .   2 0 1 7 ; 8 (1 ):2 3 9 4 7 .     [2 ]   2 .     S u laim a n   E,   Ko sa k a   T ,   M a tsu N.  De sig n   a n d   a n a ly sis  o h ig h - p o w e r/h ig h - to r q u e   d e n sity   d u a e x c it a ti o n   sw it c h e d - f lu x   m a c h in e   f o trac ti o n   d riv e   in   HE V s.  Re n e w   S u sta in   En e rg y   Re v   [ In tern e t ] .   El se v ier;  2 0 1 4 ; 3 4 :5 1 7 2 4 .   A v a il a b le f ro m h tt p :/ /d x . d o i. o rg /1 0 . 1 0 1 6 /j . rse r. 2 0 1 4 . 0 3 . 0 3 0   [3 ]   3 .     Kh a n   F ,   S u laim a n   E,   A h m a d   M Z.   Re v ie w   o f   S w it c h e d   F lu x   W o u n d - F ield   M a c h in e T e c h n o l o g y .   IET Tec h   Re v   (In stit u ti o n   El e c tro n   T e lec o m m u n   En g   In d ia).  2 0 1 7 ;3 4 (4 ): 3 4 3 5 2 .     [4 ]   4 .     S z a b o   L ,   Ru b a   M .   S e g m e n tal  st a to sw it c h e d   re lu c tan c e   m a c h in e   f o sa f e t y - c rit ica a p p li c a ti o n s.  IEE T ra n In d   A p p l .   2 0 1 2 ;4 8 (6 ) :2 2 2 3 9 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   972     9 7 8   978   [5 ]   5 .     Ja c k     a .   G ,   M e c ro w   BC,  Ha y lo c k   J.  A   c o m p a ra ti v e   st u d y   o f   p e r m a n e n m a g n e a n d   sw it c h e d   re lu c tan c e \ n m o to rs  f o h ig h   p e rfo rm a n c e   fa u lt   to lera n a p p li c a ti o n s.  IA S   ’9 5   Co n f   Re c   1 9 9 5   IE E In d   A p p Co n f   T h irt ieth   IA S   A n n u   M e e t.   1 9 9 5 ; 1 (4 ):8 8 9 9 5 .     [6 ]   6 .     Zh u   Z .   S w it c h e d   f lu x   p e r m a n e n m a g n e m a c h in e s In n o v a ti o n   c o n ti n u e s.  El e c tr  M a c h   S y st ( ICEM S ),   2 0 1 1     [ I n tern e t ] .   2 0 1 1 ;(c).   A v a il a b le  f ro m h tt p :/ /i e e e x p lo re . iee e . o rg /x p ls/ a b s_ a ll . jsp ? a rn u m b e r= 6 0 7 3 3 1 7   [7 ]   7 .     Ch e n   JT ,   Zh u   ZQ.   W in d in g   c o n f ig u ra ti o n a n d   o p ti m a sta to a n d   ro to p o le  c o m b in a ti o n   o f   f lu x - s w i tch in g   P M   b ru sh les s A m a c h in e s.  IEE T ra n s E n e rg y   Co n v e rs.  2 0 1 0 ;2 5 :2 9 3 3 0 2 .     [8 ]   8 .     M a c h in e F P ,   M c f a rlan d   JD ,   Ja h n T M ,   El - re f a ie  A M .   A n a l y si o f   th e   T o rq u e   P r o d u c ti o n   M e c h a n ism   f o r.   2 0 1 5 ; 5 1 ( 4 ):3 0 4 1 9 .     [9 ]   9 .     Zh u   ZQ,   Ch e n   JT .   A d v a n c e d   flu x - sw it c h in g   p e r m a n e n m a g n e b ru sh les m a c h in e s.  IEE T ra n M a g n .   2 0 1 0 ; 4 6 ( 6 ):1 4 4 7 5 3 .     [1 0 ]   1 0 .     Zh u   ZQ ,   L iu   Y.  A n a ly sis  o f   A ir - g a p   F ield   M o d u latio n   a n d   M a g n e ti c   Ge a rin g   Eff e c in   F ra c ti o n a S l o t   C o n c e n trate d   W in d in g   P e rm a n e n M a g n e S y n c h ro n o u M a c h in e s.  IEE T ra n In d   El e c tro n   [ In tern e t ].   2 0 1 7 ; 5 1 ( 5 ):1 1 .   A v a il a b le f ro m h tt p : // iee e x p lo re . iee e . o rg /d o c u m e n t/ 8 0 6 4 1 9 9 /       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       S y e d   M u h a m m a d   N a u fa l   S y e d   Oth m a n   wa b o rn   o n   2 6 th   o f   De c e m b e r,   1 9 9 0   in   Jo h o Ba h r u ,   Jo h o r ,   M a lay sia   w h o   is  c u rre n tl y   a   P h sc h o lar  a Un iv e rsiti   T u n   Hu ss e in   On n   M a lay si a   (UT HM),   Jo h o r.   Ob tai n e d   a   B a c h e lo d e g re e   a n d   M a ste d e g re e   (Re se a rc h in   F a c u lt y   o El e c tri c a En g in e e rin g   a n d   Re se a rc h   Ce n tre  f o A p p li e d   El e c tro m a g n e ti c (EM C)  a Un iv e rsit y   T u n   Hu ss e in   On n   M a lay sia   in   2 0 1 3   a n d   2 0 1 6 .   Re se a rc h   in tere st i n   e lec tri c   m a c h in e   d e sig n ,   n ich e   in   f lu x   sw it c h in g   m a c h in e   f o d irec d riv e   a p p li c a ti o n .           M o h d .   F a iro z   Om a r   w a b o rn   in   Jo h o r,   M a lay sia ,   o n   M a y ,   1 2 ,   1 9 8 6 .   He   re c e iv e d   Dip l o m a   in   El e c tri c   a n d   El e c tro n ic  E n g in e e rin g   f ro m   P o li tek n ik   Ib ra h im   S u lt a n   i n   2 0 0 8 .   S i n c e   Oc to b e r   2 0 0 8 ,   h e   h a b e e n   w o rk in g   u n d e As ian   G e o (M S d n .   Bh d   a T e c h n icia n .   He   re c e iv e d   h is  B. De g re e   in   El e c tro n ic  E n g in e e rin g   a n d   M . De g re e   in   El e c tri c a En g in e e rin g   f ro m   Un iv e rsit y   T u n   Hu ss e in   O n n   M a lay sia ,   in   2 0 1 4   a n d   2 0 1 6 ,   re sp e c ti v e ly .   Cu rre n tl y ,   h e   is  P h . D.  De g re e   a De p a rtme n o f   El e c tri c a P o w e En g in e e rin g ,   Un iv e rsit y   T u n   Hu ss e in   On n   M a lay si a .   His   re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   p e rm a n e n m a g n e f lu x   s w it c h in g   m a c h in e ( P M F S M s)  f o e lec tri c   b u se s.           S it Kh a li d a h   Ra h im i   wa b o rn   in   Ke lan tan ,   M a lay sia ,   o n   Oc to b e 1 7 ,   1 9 9 0 .   S h e   re c e iv e d   h e r   B. E,   M . d e g re e s in   El e c tri c a En g in e e rin g   f ro m   Un iv e rsiti   T u n   Hu ss e in   On n   M a lay sia   (U T HM)   in   2 0 1 3   a n d   2 0 1 6 .   C u re n tt ly ,   sh e   is  P h D   c a n d i d a te  a Un iv e rsiti   T u n   Hu ss e in   On n   M a lay sia   (UT HM).   He r   re se a rc h   in tere st  is  e lec tri c   m a c h in e   d e sig n   e sp e c ia ll y   in   f lu x   s w it c h in g   m a c h in e   f o H y b rid   El e c tri c   V e h icle s.         Erw a n   S u laim a n   w h o   is  c u rre n tl y   s e rv in g   a a   se n io lec tu re a Un iv e rsit y   T u n   Hu ss e in   On n   M a la y sia   (U T HM)  w a b o rn   o n   A u g u st  3 1 ,   1 9 7 8   i n   Jo h o r,   M a lay sia .   He   g a in e d   h is  Ba c h e lo r’s  d e g re e   a n d   M a ste d e g re e in   El e c tri c a En g in e e rin g   f ro m   Un iv e rsity   o f   M a la y a   in   2 0 0 1   a n d   2 0 0 4 .   He   h a b e e n   w it h   UT HM   fro m   D e c e m b e r   2 0 0 4   a n d   o b tain e d   Do c to De g re e   in   El e c tri c a En g in e e rin g   f ro m   Na g o y a   In stit u te  o f   T e c h n o lo g y   (NI T ),   Ja p a n   i n   2 0 1 2 .   His  re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   d e sig n   o p ti m iza ti o n s o f   HEF S M ,   W F F S M ,   in   p a rti c u lar,  f o r   HE V   d riv e   a p p l ica ti o n s.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.