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.   8 ,   No .   4 Dec em b er   201 7 ,   p p .   1 6 4 2 ~ 1 6 4 9   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 8 i 4 . pp 1 6 4 2 - 1649           1642       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   H ig h To rque  F lu x  S w itching Per ma nent  M a g net  M a chine in   Seg m en ted  O u ter  Roto r using  A pp ro pria te  Spli Ra t io  f o Electric  Scoo ter P ro pulsi o n       E nw elu m   M ba diw I 1 ,   E rw a n Sul a i m a n 2 ,   A h m a M Z a ra f i 3 ,   Siti  K ha lid a h Ra hi m i 4   Re se a rc h   Ce n ter f o A p p li e d   El e c tro m a g n e ti c s (E M Ce n ter),   F a c u lt y   o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ic E n g in e e rin g ,     Un iv e rsiti   T u n   Hu ss e in   O n n   M a lay sia ,   Ba tu   P a h a t,   M a lay sia .       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   1 7 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Oct   2 2 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   No v   1 2 ,   2 0 1 7       Re c e n tl y ,   p e rm a n e n m a g n e sy n c h ro n o u m a c h in e   ( P M S M h a v in g   th e   d iam e ter   o f   1 1 in c h e w a su c c e ss f u ll y   d e v e lo p e d   a n d   i n sta ll e d   in   e lec tri c   sc o o ter  v e h icle   (ES V f o p ro p u l sio n .   It  c o n sists   o f   se g m e n ted   sta to rs  o f   2 4   a r m a tu re   slo ts  a n d   1 0 0   p iec e o f   p e rm a n e n m a g n e o f   2   k g   we ig h m o u n ted   o n   ro tati n g   ro to r.   Up o n   th e   h u g e   a m o u n o f   m a teria ls   a n d   p e r m a n e n m a g n e u se d ,   P M S M   p ro d u c e d   1 1 0 Nm   o n ly .   L o o k in g   a th e   siz e ,   th is  to rq u e   is  lo a n d   c o u l d   n o t   su sta in   a c c e lera ti o n   f o lo n g   d istan c e   trav e ls.   T o   o v e rc o m e   th e   c h a ll e n g e   o f   lo w   to rq u e ,   t h is  p a p e p re se n ts  a   n e w   m a c h in e   ty p e ,   f lu x   sw it c h in g   m o to (F S M w it h   1   k g   we ig h o f   p e r m a n e n m a g n e f l u x   so u rc e   e m p lo y in g   se g m e n ted   o u ter  r o to r .     S ix   ra n g e o f   sp li ra ti o   o f   0 . 8 0 - 0 . 8 5   f o r   o u ter  r o to 2 4 sl o t - 1 4 p o le  F S P M   m o to c o n f ig u ra ti o n w e re   d e sig n e d   a n d   c o m p a re d .   T h e   2 D - F EA   b y   JM AG   so f t w a re   v e rsio n   1 4   is  u se d   t o   e x a m in e   it s   p e rf o r m a n c e   in   term   o f   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   a v e ra g e   to rq u e   w h ich   th e   stru c tu re   w it h   sp li ra ti o   o f   0 . 8 5   t o o k   lea d   b y   se c u rin g   h ig h e st  to r q u e   p r o f il e   o f   2 0 9 Nm .   It  a lso   a c h iev e d   lo w   c o g g in g   to rq u e   t o   o p e ra te  in   sa f e   re g io n .   In   c o n c l u sio n ,   a p p ro p riate   sp li ra ti o   si g n if ica n tl y   e n h a n c e h ig h   to r q u e   c a p a b il it y   o f   p e r m a n e n m a g n e f lu x   s w it c h in g   m o to f o e lec tri c   sc o o ter p ro p u lsi o n .   K ey w o r d :   Flu x   s w i tch i n g   m o to r   Seg m en ted   r o to r     P er m a n en m a g n e   Ou ter   r o to r     R o to r   s h a f t   Co p y rig h ©   201 7   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 :   E n w el u m   Mb ad i w I ,     R esear ch   C en tr f o r   A p p lied   E lectr o m a g n etics ( E M C en ter )   Un i v er s iti T u n   H u s s ei n   On n   Ma la y s ia,   B at u   P ah at,   Ma la y s i a,   E m ail:  m b . f k ee . u t h m @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     E lectr ic  s co o ter   v eh icle s   ( E S Vs)  h a v b ee n   d ev elo p ed   as   p er s o n al  an d   ef f icie n m ea n s   o f   r o ad   tr an s p o r tatio n   p r o p elled   b y   el ec tr ic  m o to r .   T h ese  m o to r s   a r p o w er ed   b y   elec tr icit y   s to r ed   in   r ec h ar g ea b le   b atter y .   E SV s   h a v t h ad v a n tag o f   co n v e n ie n p ar k i n g ,   en v ir o n m e n tal  f r ien d l y   o p er atio n   an d   n o   n o i s e.   W h ile,   th er ar m a n y   t y p es  o f   elec tr ic  m o to r s ,   p er m an e n t   m ag n et  s y n ch r o n o u s   m o to r   ( P MSM )   h as  b ee n   in s ta lled   i n   E SV   w it h   a n   av er a g to q u e   o f   1 1 0   N m   [ 1 ] .   P er m an en t   m ag n et   m o to r s   ( P MM s )   h a v b ee n   p o p u lar   f o r   tr ac tio n   v eh icle  d r iv b ec au s e;  it  en s u r e s   lo s s - f r ee   ex ci ta tio n   an d   eli m i n ate s   th co m p li ca tio n s   o f   ex ter n al   elec tr ic  cir cu it  co n n ec tio n s .   Mo r eo v er ,   p er m an e n m ag n et   m o to r s   h a v h i g h   to r q u an d   h ig h   e f f icien c y   [ 2 ] - [ 4 ] .   T y p icall y ,   p er m a n e n m a g n et   s y n ch r o n o u s   m o to r   u til iz es  s o   m u c h   m as s   o f   2   k g   p er m an e n t   m ag n et   ( P M)   m ak in g   it s   co n s tr u ctio n   f r ag il an d   m ar k et  p r ice  v er y   ex p e n s iv e.   U n f o r tu n a tel y ,   t h p er f o r m an ce   o f   P MSM   is   lo w   b ec a u s r o tati n g   w ei g h t y   P Ms  ar m o u n ted   r o to r   as  s h o w n   i n   F ig u r e   1 .   E SV  i s   t w o   an d   th r ee   b r an d   o f   elec tr ic  v e h icle  h a v attr ac te d   h ig h   d e m an d s   w o r ld w id [ 5 ] .   Fo r   n o w ,   p er f o r m a n ce   o f   P MSM   n ee d s   to   b e   i m p r o v ed   in   ter m s   o f   to r q u to   s u s tai n   ac ce ler atio n   f o r   lo n g   d is ta n ce   tr av el s .   T o   o v er co m t h ch al len g es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       Hig h   To r q u F lu S w itch in g   P erma n en t Ma g n et  Ma ch in e   in   S eg men ted   Ou ter   ( E n w elu Mb a d iw I )   1643   ass o ciate d   w it h   P MSM ,   t h is   p ap er   p r esen ts   p er m an e n t   m ag n et   f lu x   s w itc h i n g   m o to r   ( FS M)   e m p lo y i n g   se g m e n ted   o u ter   r o to r   in   w h i ch   all  ac t iv p ar ts   o f   ar m atu r w i n d i n g   a n d   p er m a n en m a g n et   f lu x   s o u r ce   ar lo ca ted   o n   th s tatio n ar y   s ta to r   leav in g   t h r o tatin g   r o to r   p ass iv to   co n tain   w it h   r o tatio n   f o r   o p tim u m   p er f o r m a n ce   [ 6 ] .   T h is   m ac h i n u s es  less   m ater ial s   f o r   its   co n s tr u ctio n ,   m a k i n g   it s   co n s tr u ctio n   co s t   lo w .   FS M   h as  t h r ee   k i n d s   ar is i n g   f r o m   e x citatio n   s o u r ce s   s u c h   as  f l u x   s w itc h in g   p er m a n en m a g n et  m ac h in ( F SP MM )   w h o s s o u r ce   o f   e x citatio n   is   P M,   f ield   ex citatio n   f lu x   s w i t ch in g   m ac h i n w it h   f ield   ex cit atio n   co il  ( FEFSM)   an d   h y b r id   ex c itatio n   f lu x   s w i tch i n g   m ac h i n e   ( HE FS M)   w h i ch   e m p lo y s   b o th   P an d   FE  as  m ai n   s o u r ce   a n d   s ec o n d ar y   s o u r ce   r esp ec tiv el y   [ 7 ] - [ 9 ] .   Du to   its   lo s s - f r ee   s o u r ce   o f   ex citat io n ,   t h ch o ice   o f   FS P m o to r   is   ad o p ted   f o r   E SV  ap p licatio n .   Fu r t h er m o r e,   th r o tar y   co m p o n en o f   elec tr ic  m o to r ,   th r o to r   is   class i f ied   i n to   to o th ed   o r   s alien a n d   s eg m e n ted   r o to r   r esp ec tiv ely .   T h is   p r o p o s ed   m o to r   is   d esi g n ed   u s i n g   s eg m e n ted   o u ter   r o to r   w h ile  P MSM   e m p lo y ed   c y li n d r ical/r o u n d   r o to r   t y p e.   S eg m e n te d   r o to r   h as   b ee n   u s ed   in   t h p ast  in   in n er   s tr u ct u r m ac h i n an d   its   p er f o r m a n ce   w as  e x ce lle n [ 1 0 ] - [ 1 2 ] .   Ho w ev er ,   it  ap p ea r s   th at  tr an s iti n g   th is   to   th e   o u ter   s tr u ct u r p o s ed   ch allen g es  o f   s ec u r i n g   t h r o to r   s eg m e n t s   w it h o u ad d in g   an   e x ce s s iv a m o u n o f   in ac ti v m a ter ial  [ 1 3 ] .   T h o b j ec tiv o f   th is   d esi g n   is   to   p r o p e r ly   s ec u r th e s r o tatin g   s eg m e n ts   w h ile   en s u r in g   o p ti m u m   p er f o r m a n c in   ter m s   o f   h i g h   to r q u t h at  m atc h es  s ize  o f   1 1   in c h es.  Fi g u r 2   illu s tr ates  t h e   g r o w t h   d e m a n d   o f   E SV s   f r o m   2 0 1 4   -   2 0 2 4   [ 5 ].   T h er ar n u m er o u s   ad v an ta g es  f o r   e m p lo y i n g   s e g m en ted   r o to r   in   P MFSM  s u c h   as  s h o r t   f lu x   p ath   an d   s h o r ter   en d   w i n d i n g s   t h u s   s ig n i f ica n tl y   i n cr ea s i n g   t h s al ien c y   r atio   co m p ar ed   to   u s i n g   to o th ed   r o to r s   an d   in   s i m ilar   ef f ec to   th ap p li ca tio n   o f   f lu x   b ar r ier s   [ 1 4 ] .   Fu r th er m o r e,   ea ch   ar m at u r s tato r   to o th   ex p er ien ce s   b ip o lar   f lu x   an d   e f f ec ti v el y   i n cr ea s es  th m a g n etic  lo ad in g   ca p ab ilit y   in   th e   m a g n etic  s tr u ctu r b ec a u s t h e   f l u x   u n d er g o es  t h f l u x   ch a n g co m p ar ed   to   d esig n   f o r   u n ip o lar   f lu x   [ 1 5 ] .   Mo r e   s till ,   th u s o f   s eg m e n ted   r o to r   w ith   P Ms  r eq u ir es  s i n g l to o th   ar m at u r w i n d i n g s   w h ich   s ec u r es  th r u g g ed n ess   o f   its   m o to r   f o r   ev er y   ap p licatio n .           Fig u r 1 .   E x a m p les o f   th r ee - p h ase  P MSM   ( a)   T o o th ed   s tato r   ( b )   Seg m e n ted   s tato r           Fig u r 2 .   B r an d s   d em a n d   o f   el ec tr ic  s co o ter s   [ 5 ]       2.   DE S I G RE Q U I RE M E NT S,  RE S T RI CT I O AND  SP E CIF I CA T I O NS    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 6 4 2     1 6 4 9   1644   Desig n   s p ec i f icatio n   a n d   r eq u ir e m en ts   o f   th e   2 4 SS lo t - 1 4 p o le  FS P m o to r   u n d er s t u d y   f o r   E SV  ar e   th e   s a m e   w it h   co n v e n tio n al  P MSM   [ 1 ] .   E v er y   elec tr ical  r estrictio n   r elate d   w i th   in v er ter   ar as  li s te d   in   T ab le  1 .   T h li m it   o f   ar m at u r cu r r en d e n s it y   i s   s e at  3 0 A r m s / m m 2   f o r   th ar m at u r co ils .   T h t ar g et  to r q u o f   t h e   p r o p o s ed   m o to r   is   s et  to   b m u c h   m o r t h a n   1 1 0 N m   w it h   t h o u tp u t   p o w er   m o r t h a n   6 k W .   T h r o to r   st r u ct u r i s   s e g m e n ted   an d   s ec u r ed   u s in g   e x ter n al  s h a f t   m ad o f   al u m i n i u m .   T h C o m m er cial  2 D - FE So f t w ar p ac k a g e,   J M A G   r elea s ed   b y   J ap an ese   R e s ea r ch   I n s tit u te  ( J R I )   i s   u s ed   f o r   th e   d esig n .     Fi g u r 3   s h o w s   cr o s s - s ec tio n s   o f   th r ee - p h ase  d esi g n   o f   F SP m o to r   e m p lo y i n g   s e g m en ted   r o to r   h av i n g   1 2   ar m at u r e   co ils   w it h   f o u r   s et  o f   w in d i n g s   an d   1 2   P Ms  f lu x   s o u r ce   alter n atel y   p lace d   o n   th s t ato r   to o th   in   r ad ial   m ag n etiz in g   d ir ec tio n .           Fig u r 3 .   C r o s s   s ec tio n s   o f   2 4   s lo t - 1 4 p o le  FS P m o to r   ( Ou ter   r o to r )       T ab le  1 .   M ac h in Sp ec if icat io n s   a n d   R estrictio n s         2 . 1 .   Desig n o f   t he  Seg m ent e d   Ro t o r   T h ch o ice  o f   an   u n co n v e n tio n al  r o to r   s eg m en f o r   t h p r o p o s ed   FS P m o to r   is   n ec e s s ar y   to   r ed u ce   m an u f ac t u r in g   co s t,  lo w er i n g   ir o n   lo s s   w h i le  ac h iev i n g   h ig h   f l u x   li n k a g a n d   h ig h   to r q u ca p ab ilit y .   I is   o n   r ec o r d   th at  r o to r   s eg m e n ex h i b its   g o o d   r ec ep tacl e   o f   th f lu x   at  th air   g ap   p er ip h er y   w it h   p o le  d ep th   b ein g   in   r elatio n   to   th w id t h   a n d   s p an   f o r   u s e f u w o r k i n g   f l u x   d en s it y   to   s u b s i s i n   t h s e g m en t   co r [ 1 6 ] - [ 1 7 ] .   Fo r   s p ee d   o p er atio n ,   ex ter n al  r o to r   s h af i s   u s e f u f o r   r o to r   r e tain m en t.  Fig u r 4   illu s tr ates   s eg m en ted   s h ap es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       Hig h   To r q u F lu S w itch in g   P erma n en t Ma g n et  Ma ch in e   in   S eg men ted   Ou ter   ( E n w elu Mb a d iw I )   1645   co n s id er ed   f o r   o u ter   r o to r   co n f ig u r atio n .     Se g m en t   s h ap i n   Fi g u r e   4   ( a)   s h o w s   t h g eo m etr y   e m p lo y ed   in   f ield   w o u n d   f l u x   s w itc h i n g   m ac h in ( FW F SM)   [ 1 3 ] .   Ho w e v er ,   th is   d es ig n   h a s   d r a w b ac k s   r an g in g   f r o m   lack   o f   e m p lo y m e n o f   e x ter n al   r o to r   s h af t.   T h er ef o r e,   th is   m ac h in e   u n d er s t u d y ,   ad o p ts   a   n e w   d es ig n   w i t h   m o d i f icat io n s   f o r   r o to r   r etai n m e n a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   4 ( b ) .   Ge o m etr ic  d esi g n   f o llo w s   th r elatio n s h ip   b et w ee n   r o to r   s eg m en s p an   a n g le   an d   r o to r   to o th   w id th   an d   is   s i m ilar   to   s e g m e n o f   c i r cle  to   len g th   o f   ar g iv e n   i n   E q u atio n   ( 1 ) :       ( m m )   r a d i u s r o to r   i n n e r     x   ( m m )   r a d i u s h   w i d th   r o to r   to o t   x   180             ( 1 )           Fig u r 4 .   R o to r   s eg m e n t s   u n d er   co n s id er atio n       2 . 2 .   Sp lit  Ra t io   Ana ly s is   Sp lit  r atio ,   w h ic h   i s   t h r atio   o f   d i m e n s io n   o f   t w o   m ai n   c o m p o n en t s   o f   elec tr ic   m ac h i n n a m el y ;   s tato r   an d   r o to r   r esp ec tiv el y   [ 1 8 ] .   Sp ec if icall y ,   i n   o u ter   r o t o r   m ac h i n es,  t h r atio   o f   s tato r   ex ter n al  r ad i u s   to   r o to r   ex ter n al  r ad iu s   i s   n ec e s s ar y   to   b i m p r o v ed   s i n ce   it  f u n d a m e n tall y   i m p ac ts   to r q u o u tp u t p r o f ile   [ 1 9 ] .   A t   in itial  s tag e,   s ix   d i f f er en r an g es  o f   s p lit  r atio s   o f   0 . 8 0 - 0 . 8 5   w er d esig n ed   an d   co m p ar ed   w h ic h   i m p lies   t h e   s tato r   p o s s es s ed   8 0 % - 8 5 o f   ea ch   m ac h i n s ize  ac co r d in g   to   o u ter   r o to r   d esig n   p r i n cip l [ 2 0 ] .   T h h i g h e s v alu o f   to r q u is   ac co m p lis h ed   w h e n   th r atio   is   s e at  0 . 8 5   as  s h o w n   in   Fig u r e   5 .   T h e r ef o r e,   ap p r o p r iate   d i m en s io n   o f   o u ter   s tato r   an d   co r r esp o n d in g   r o to r   is   r eq u ir ed .   T h h ig h est  to r q u f o r   th in itial  d esi g n   i s   ac h iev ed   w it h   s p li t r atio   o f   8 5 % ( 0 . 8 5 ) ,   th u s   it i s   s elec ted   as  th ap p r o p r iate  s tato r   to   r o to r   d esig n   d i m e n s io n .           Fig u r 5 .   T o r q u v er s u s   s p li t r atio   co m p ar is o n       3.   NO - L O AD  ANA L YSI S   Un d er   n o - lo ad   an al y s is   te s t,  a r m atu r c u r r en d en s it y   J v al u w ill  b s e J =0   A r m s / m m 2   w h i le  P f l u x   lin k ag i s   r e m ai n in g   co n s tan th r o u g h o u th p ap er .   A s   r esu lt,  t h m a x i m u m   g en er ated   f l u x   li n es  a n d   f l u x   d is tr ib u tio n   i n   t h m o to r ,   co g g in g   to r q u e,   a n d   in d u ce d   e m f   ar co m p r eh e n s io n   ex a m i n ed .         3 . 1 .     Co il Ar ra ng em ent   T e s t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 6 4 2     1 6 4 9   1646   T h p u r p o s o f   co il  ar r an g e m en is   to   s et  th co r r ec p o s itio n   o f   ea ch   ar m atu r co il  a n d   v alid ati n g   th o p er atio n   FS P m o to r .   First  o f   all,   all  w i n d in g s   ar s et  in   clo ck w is d ir ec tio n   wh ile  n o   c u r r en w as   in j ec ted   ex ce p t h ex c itatio n   f l u x   f r o m   t h P M.   B y   co m p ar in g   t h f lu x   l in k a g o f   ea c h   a r m atu r co il   w h ich   m u s b 1 2 0   d eg r ee s   ap ar m ak in g   th r ee - p h a s b alan ce   s y s te m   a s   U,   an d   W   p h ases .   T h ese  h av b ee n   co m b i n ed   as s h o w n   i n   Fi g u r 6 .     3 . 2 .     Co g g ing   T o rque     C o g g in g   to r q u is   th u n w a n ted   to r q u th at  ca u s e s   n o is e   an d   m a k e s   m ac h in to   v ib r ate  d u r in g   m o to r   o p er atio n   if   it  e x ce ed s   th ac ce p tab le  r a n g e.   T h F SP m o to r   f o r   p u r elec tr ic  s co o ter   p r o p u ls io n   s h o u ld   b u ild   to r q u o n   t h r o to r   w h ic h   i s   ex p r es s ed   in   E q u atio n   ( 2 ) .   Me an w h ile,   t h a cc ep tab le  r an g o f   co g g i n g   to r q u f o r   m ac h in e   s a f o p er atio n   m u s t   n o t e x ce ed   1 0 % o f   t h a v er ag e   to r q u [ 2 1 ] .   Fig u r 7   p r ese n t s   th co g g i n g   to r q u p ea k - to - p e ak   o f   th m o to r   u n d er s t u d y   g e n er ated   b y   t h P at  t h r o tat io n   o f   2 5   elec tr ical   d eg r ee s   h av i n g   s ix   elec tr ical   c y cle s .     Ho w e v er ,   t h is   to r q u v alu e   is   ex p ec ted   to   r ed u ce   d u r i n g   d esi g n   i m p r o v e m en t a n d   o p ti m izatio n .     c o g g a v g T T T                 ( 2 )     w h er e ,   T avg   an d   T cogg   ar th av er ag g en er ated   to r q u an d   r elate d   co g g i n g   to r q u r esp ec ti v el y .   I i s   n ec e s s ar y   to   s p ec if y   t h at  en er g y   alter ati o n   in s id th e   elec tr ic  m o to r   cr ea ted   b y   t h m o v e m e n o f   r o to r   r esu lts   co g g in g   to r q u e .             Fig u r 6 .   T h r ee - p h ase  2 4 s lo t - 1 4 p o le  m ag n etic  f l u x   lin k ag p r o d u ce d   b y   t h P M     Fig u r 7 .   C o g g i n g   to r q u o f   2 4 s lo t - 1 4 p o le  FS P M   Mo to r       3 . 3 .     F lux   L ines   a nd   d is t rib u t io n     An o th er   lo ad - an a l y s is   f o r   e x a m i n atio n   ar f l u x   li n es   an d   f l u x   d is tr ib u tio n   f o r   p r o p o s ed   2 4 s lo t - 1 4 p o le  FS P m o to r .   T h i m p r ess io n   b eh i n d   f l u x   lin e s   is   to   m o n ito r   th f lo w   o f   f lu x ,   w h i le  f lu x   d is tr ib u tio n   r ef lects  th in f l u e n ce   o f   f l u x   c ap ac it y   an d   s at u r atio n   i n   t h m o to r .   I t is s h o w n   f r o m   F ig u r 8   th at  t h f l u x   li n es   m ak e   s h o r to u r   f r o m   th e   i n n e r   s tato r   to o th   to   o u ter   r o to r   p o le,   lin k   w it h   i a n d   b ac k   i n to   t h n ex s tato r   to o th   p o le  an d   m a k i n g   b ip o lar   f l u x   li n k ag a n d   co m p leti n g   f u ll  c y c le.   I n   th s a m v ei n ,   f l u x   i s   s ee n   to   b d is tr ib u ted   th r o u g h o u t t h s tat o r   teeth   an d   r o to r   w h ic h   ca u s e s   h i g h   f l u x   lin k a g an d   f lu x   d en s it y   o f   2 . 2 8 T .           Fig u r 8 .   Flu x   lin e s   an d   f lu x   d is tr ib u tio n   o f   2 4 s lo ts - 1 4 p o le  FS P m o to r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       Hig h   To r q u F lu S w itch in g   P erma n en t Ma g n et  Ma ch in e   in   S eg men ted   Ou ter   ( E n w elu Mb a d iw I )   1647   3 . 4 .     I nd uced  B a ck - E m f     T h ter m   in d u ce d   b ac k - e m f ,   is   th v o lta g th at  o cc u r s   i n   elec tr ic  m o to r s   w h er th er is   r elativ e   m o tio n   b et w ee n   th ar m atu r o f   th m o to r   an d   th m a g n et ic  f ield   f r o m   t h m o to r 's  f ield   m ag n ets,  o r   w i n d i n g s .   T h is   v o ltag e   s o   p r o d u ce d   o p p o s es  th c u r r en f lo w i n g   t h r o u g h   th e   co il,  w h e n   t h ar m a tu r r o tates.   Fo r   2 4 s lo t - 1 4 p o le  FS P m o t o r   u n d er s tu d y ,   P g en er ated   in d u ce d   v o lta g e s   w it h   th s p ee d   o f   1 9 0 0 r ev / m i n   u n d er   o p en   cir cu it  co n d itio n   is   illu s tr ated   in   Fi g u r 9 .   I h as  t h a m p lit u d o f   r o u g h l y   2 1 0 . V   lad ed   w it h   h ar m o n ics  w h ic h   w ill b i m p r o v ed   in   d esig n   r ef in e m e n t a n d   o p tim iza tio n .           Fig u r 9 .   I n d u ce d   b ac k - E MF  o f   2 4 s lo t - 1 4 p o le  FS P m o to r       4 .    L O AD  ANALYS I S     Un d er   lo ad   an al y s i s ,   th c u r r en d en s it y   is   in j ec ted   in to   t h ar m a tu r co il  a n d   v ar ied   f r o m   J a   o f   5 A / m m 2   to   m a x i m u m   v al u o f   3 0 A / m m 2   to   ex a m i n to r q u an d   s p ee d   ch ar ac ter is tic s .   Fu r t h er m o r e,   t h co m p u tatio n   o f   to r q u an d   p o w er   an d   f i n all y ,   t h e f f ic ien c y   o f   m o to r .     4 . 1 .   T o rque  a t   Va rio us   Ar m a t ure  Curre nt  Densi t ies     T h av er ag o u tp u to r q u o f   th m o to r   u n d er s tu d y   is   e x a m i n ed   at  v ar io u s   t h ar m atu r cu r r en t   d en s itie s .   T h o b tain ed   r esu lts   ar illu s tr ated   in   Fi g u r 1 0 ,   in   w h ic h   ar m a tu r cu r r en d en s it y   is   v ar ied   f r o m   0A r m s / m m 2   to   3 0 A r m s / m m 2 Fr o m   th p lo t,  it  is   o b s er v ed   t h at   th m ax i m u m   to r q u i s   p r o d u ce d   w h en   ar m at u r cu r r en d en s it y   is   s e at  3 0 A r m s / m m 2   w h ich   is   209 N m .   Ho w e v er ,   th g r ap h   s h o w s   t h at  o u tp u to r q u in cr ea s ed   lin ea r l y   p r o p o r tio n al  to   in cr ea s in   ar m at u r c u r r en d en s it y .   Mo r eo v er ,   it  is   e x p ec ted   t h at   th is   v al u w i ll  s till   b en h an ce d   to   o p ti m u m   v al u e   af ter   d esig n   o p ti m izat io n .       4 . 2 .     T o rque  a g a ins t   Sp ee d C ha ra ct a er is t ics     Hav i n g   s i m u lated   a v er ag e   to r q u v a lu e s   at   t h v ar io u s   ar m atu r c u r r en d e n s it ies  o f   J a   5   A / m m 2   to   3 0 A / m m 2   at  v ar io u s   an g le  r o ta tio n   f r o m   0   to   8 0   d eg r ee s   r esp ec tiv e l y ,   a v er ag e   to r q u v er s u s   s p ee d   ch ar ac ter is tic s   p lo o f   th o f   2 4   s tato r - 1 4   p o le   FS P m o to r   is   s h o w n   in   Fi g u r 1 1   in   w h ic h   at  th b ase  s p ee d   o f   1 , 3 7 4   r ev /m in ,   t h a v er ag to r q u o f   2 0 9 Nm   is   ac h ie v ed .   Si m i lar l y ,   at  h i g h   s p ee d   o p er a tio n ,   th is   b eg i n s   to   d ec r ea s b ey o n d   b ase  s p ee d .           Fig u r 1 0 .     A v er a g to r q u ag ain s t a r m at u r cu r r en d en s it y   J a   (A r ms / m m 2 )   Fig u r 1 1 .   T o r q u v er s u s   s p ee d   ch ar ac ter is tics   o f   2 4   s lo t - 1 4   p o le  FS P m o to r   4 . 3 .     T o rque  a nd   P o w er   a g a i ns t   Sp ee C ha ra ct a er is t ics   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 6 4 2     1 6 4 9   1648     P lo o f   to r q u a n d   p o w er   ag a in s t   s p ee d   i s   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 2 .   A t   t h b ase   s p ee d   o f   1 3 7 4   r ev / m i n   w h ic h   i s   at tain ed   b y   t h e   m o to r   u n d er s tu d y   g e n er ated   o u tp u p o w er   o f   2 8 k W .   An d   th is   p r o m is in g   p er f o r m an ce   is   ex p ec ted   to   i m p r o v w it h   d esig n   i m p r o v e m e n t.     4 . 4 .     M o t o L o s s   a nd   E f f icie ncy   o f   t he  F SP M   m o t o r     T h lo s s   an d   ef f icie n c y   o f   th m o to r   u n d er s tu d y   ar c alcu lated   u s in g   f in i te  ele m e n an al y s is   co n s id er in g   ir o n   lo s s es  i n   all   th la m i n ated   s teel  co r es  a n d   co p p e r   lo s s es  in   th ar m at u r co ils .   Fi g u r 1 3   h ig h li g h ts   t h ch o s e n   o p er atin g   p o in ts   f r o m   1   th r o u g h   p o in 8   in   all.   T h ey   ar co n s id er ed   at  m ax i m u m   to r q u e,   m ax i m u m   p o w er   a n d   f r eq u e n c y   o p er atin g   p o in w it h i n   t h o p er atin g   r eg io n   as  s p ec i f ied .   Deta iled   lo s s   an al y s is   is   o u tli n ed   in   Fig u r 1 4 .   A t   h i g h   to r q u o p er atin g   p o in 1 ,   ef f icie n c y   o f   t h m o to r   is   9 3 . 1 6 w it h   t h e   lo w   co p p er   lo s s   u n d er   lo ad   co n d itio n .   Me a n w h ile,   at   th e   h ig h e s s p ee d   at  p o in t   2 ,   th e   ef f icie n c y   is   9 4 . 3 5 %   u n d er   t h lo w es t lo ad   co n d itio n .   Ho w ev er ,   e f f icie n c y   is   h i g h est at  t h i s   p o in t a s   r es u lt   o f   l ess   co p p er   lo s s   a n d   ir o n   lo s s .   Fo r   t h r e m ai n i n g   o p er atin g   p o in ts   o f   3   to   8 ,   u n d er   m ed i u m   lo ad   co n d itio n ,   t h m o to r   ac h ie v es   h ig h   ef f icien c y   r ate.   T h lo s s es a t e ac h   o p er atin g   p o in t a r o u tl in e d   in   T ab le  2 .           Fig u r 1 2 .   T o r q u an d   p o w er   v er s u s   s p ee d   o f   2 4   s lo t - 1 4   p o le   FS P m o to r   Fig u r 1 3 .   Sp ec if ic  o p er atin g   p o in ts   o f   2 4 s lo t - 1 4 p o le  FS P m o to r         T a b le  2 .   T h d etailed   lo s s   an al y s i s   an d   m o to r   ef f ic ien c y                       Av er ag E f f icien c y       9 4 . 6 %           Fig u r 1 4 .   L o s s   an d   m o to r   ef f i cien c y   at  f r eq u e n t o p er atin g   p o in ts   o f   t h m o to r     Po in t   P ou t   (W )   P ir on   (W )   P c op p e r   ( W )   P t ot al   (W )   Efficie n c y   ( % )   1   3 3 2 3 2 8   4 1 4 . 1 1 4   1 6 4 8 2 . 6 6   3 4 9 2 2 4 . 8   9 3 . 1 6   2   1 9 6 9 1 0   3 9 6 9 . 0 0 2   4 5 7 . 8 5 1 6   2 0 1 3 3 6 . 9   9 4 . 3 5   3   1 0 0 0 0 0   7 2 . 5 3 1 4 5   2 7 7 0 . 7 3 5   1 0 2 8 4 3 . 3   9 4 . 4 2   4   2 0 0 0 0 0   2 1 0 . 1 2 3 7   2 7 7 0 . 7 3 5   2 0 2 9 8 0 . 9   9 5 . 1 8   5   3 0 0 0 0 0   3 9 6 . 2 0 3   2 7 7 0 . 7 3 5   3 0 3 1 6 6 . 9   9 5 . 0   6   5 0 0 0   5 4 . 8 7 5 6 2   1 3 5 4 . 5 0 8   5 1 4 0 9 . 3 8   9 4 . 0 9   7   1 0 0 0 0   1 5 8 . 4 8 3 3   1 3 5 4 . 5 0 8   1 0 1 5 1 3   9 5 . 2 8   8   1 5 0 0 0 0   2 9 3 . 2 8 3 3   1 3 5 4 . 5 0 8   1 5 1 6 4 7 . 8   9 5 . 3 1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       Hig h   To r q u F lu S w itch in g   P erma n en t Ma g n et  Ma ch in e   in   S eg men ted   Ou ter   ( E n w elu Mb a d iw I )   1649   5 .           CO NCLUS I O N   T h is   p ap er   h as  p r esen ted   n o v el  d esig n   o f   2 4 s lo t - 1 4 p o le  F SP m o to r   e m p lo y i n g   s e g m e n ted   o u ter   r o to r   f o r   p u r elec tr ic  s co o ter   p r o p u ls io n   u s i n g   ap p r o p r iate  s p lit  r atio   b ec au s it  p la y s   v ita r o le  in   en h a n ci n g   h i g h   to r q u e.   J MA So f t w ar v er s io n   1 4   is   u s e d   in   th d esi g n   an d   s i m u latio n .   Seg m e n ted   r o to r   en s u r es  lo w   m a n u f ac t u r i n g   co s t,  les s   m ater ial  u s a g e,   f au l t o ler an an d   h i g h   p er f o r m a n ce ,   th u s ,   t h p r o p o s ed   m o to r   is   s u itab le  f o r   E SV   p r o p u ls io n   f o r   lo n g   d is ta n ce   tr av el.   B ased   o n   2 D - FE A ,   th e   m o to r   w h ic h   i s   s ec u r ed   u s i n g   an   e x ter n al  r o to r   s h a f t a ch iev ed   t h to r q u o f   2 0 9 N m   an d   w ill f u r t h er   b i m p r o v ed   in   o p ti m izatio n .       ACK NO WL E D G E M E NT   T h au th o r s   w o u ld   li k to   th a n k   Un iv er s it y   T u n   H u s s ei n   On n   Ma la y s ia  ( UT HM )   P o s tg r ad u ate  Stu d ies.       RE F E R E NC E S   [1 ]   Eclim o   EB2 5 .   Re tri e v e d ,   f ro m   h tt p :/ /w ww . tec h n o lo g icv e h icl e s.co m /en /d e tails/9 2 0 /ec li m o - e b 2 5 - p rix - e tf ich e - tec h n iq u e ,   A u g u st 1 4 ,   2 0 1 6 .   [2 ]   W .   F e i,   e t   a l . ,   No v e l   Ou ter - Ro to 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   f o Rrb a n   E lec tri c   V e h icle   A p p li c a ti o n s,” i n   Pro .   3 r d   In ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   Po we r E le c t.   S y ste ms   A p p l ica ti o n s,   p p .   1 - 6 ,   M a y   2 0 0 9 .   [3 ]   K.  I.   L a sk a ris   a n d   A . G .   Kla d a s,   In terio P e rm a n e n M a g n e M o to De sig n   f o El e c tri c   V e h icle   Driv e ,   IEE E   T ra n a c ti o n s o n   In d u stri a E lec tro n ics ,   v o l.   5 7 ,   p p .   1 3 8 - 1 4 5 ,   Ja n .   2 0 1 0 .   [4 ]   El e c tri c   S c o o ters   M a rk e B y   P r o d u c t,   2 0 1 4 ,   A v a il a b le  On li n e h tt p :/ /w ww . g ra n d v ie w re s e a r c h . c o m /i n d u stry - a n a ly sis/e lec tri c - s c o o ters - m a rk e t ,   2 0 1 4 .   [5 ]   X .   Q.  Zh u ,   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 In n o v a ti o n   Co n ti n u e s,”  in   Pro c .   In ter n a ti o n a C o n f .   o n   El e c trica M a c h in e S y ste ms ,     p p .   1 - 1 0 ,   A u g u st 2 0 1 1 .   [6 ]   W .   F e i,   e a l. ,   De sig n   a n d   A n a l y sis  o f   a   Ne Ou ter  Ro to 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   f o El e c tri c   V e h icle   P ro p u lsio n ,   T h e   In ter n a ti o n a J o u rn a fo C o mp u ta ti o n   a n d   M a t h e ma ti c in   El e c trica a n d   E lec tro n i c   En g i n e e rin g   ( COM PE L ),   v o l.   3 0 ,   p p .   4 8 - 6 1 ,   2 0 1 1 .   [7 ]   E.   S u laim a n ,   e a l . ,   In v e stig a t io n   o f   F ield   Ex c it a ti o n   S w it c h e d   F lu x   M o to w it h   S e g m e n tal  Ro to r,   IEE E   Co n fer e n c e   o n   Clea n   E n e rg y   a n d   T e c h n o l o g y   ( CEA T ),   p p .   3 1 7 - 3 2 2 ,   2 0 1 3 .   [8 ]   M .   Ch e n g ,   e a l . ,   Ov e rv ie w   o f   S tato P e rm a n e n M a g n e Bru sh les M a c h in e s,”  IEE T ra n sa c ti o n o n   In d u stri a l   El e c tro n ics ,   v o l.   5 8 ,   p p .   5 0 8 7 - 5 1 0 1 ,   N o v .   2 0 1 1 .   [9 ]   M .   Z.   A h m a d ,   e a l . ,   P re li m in a ry   S tu d ies   o n   a   Ne Ou ter  Ro to 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   w it h   H y b rid   Ex c it a ti o n   F l u x   f o Dire c t   Driv e   EV   A p p li c a ti o n ,   in   Pr o c .   IEE In Co n fer e n c e   o n ,   Po we r a n d   En e rg y ,   p p .   928 - 9 3 3 ,   De c .   2 0 1 2 .   [1 0 ]   P .   J.  L a w r e n so n   a n d   S .   G u p t a ,   De v e lo p m e n ts  in   th e   P e rf o r m a n c e   a n d   T h e o ry   o f   se g m e n tal - ro to re l u c tan c e   m a c h in e s,”  IEE   Pro c e e d in g s,  v o l .   1 1 4 ,   1 9 6 7 .   [1 1 ]   B.   C.   M e c ro w ,   e a l . ,   S e g m e n tal  Ro to S w it c h e d   Re lu c tan c e   M o to rs  w it h   S i n g le  T o o th   W in d i n g s,”  Pro c .   In st.   El e c trica Po we r A p p li c a ti o n s,  v o l.   1 5 0 ,   p p .   5 9 1 - 5 9 9 ,   2 0 0 3 .   [1 2 ]   Z.   A k i m   a n d   B.   C.   M e c ro w ,   P e r m a n e n M a g n e F lu x   S w it c h in g   S y n c h ro n o u M o to Em p lo y in g   a   S e g m e n tal  Ro to r” ,   I EE   T r a n sa c ti o n o n   In d u stria A p p li c a ti o n s ,   2 0 1 2 .     [1 3 ]   B. C.   M e c ro w ,   e a l . ,   T h e   Us e   o f   S e g m e n tal  Ro to rs  f o 2 - P h a se   F l u x   S w it c h in g   M o t o rs,”  P r o c .   I n te rn a ti o n a C o n f .   o n   E lec trica M a c h i n e s,  ( ICEM ) ,   2 0 0 6 .   [1 4 ]   M .   G e lea ,   e a l . ,   De sig n   Co n sid e ra ti o n   f o a n   Ou ter  Ro to F ield   W o u n d   F lu x   S w it c h in g   M a c h in e ,   In ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   El e c trica M a c h in e s,  ( ICEM ) ,   2 0 1 2 .   [1 5 ]   A .   Zu lu ,   F l u x   S w it c h in g   M a c h in e   u sin g   S e g m e n tal  Ro to r,   Ph . D,  T h e sis,  Un ive rs it y   o Ne wc a stle ,   2 0 1 0 .   [1 6 ]   M .   F .   Om a r,   e a l . ,   Co m p a riso n   Be twe e n   S in g le - P h a se   a n d   T h re e - P h a se   F EF S M   w it h   No n - Ov e rlap   W in d in g a n d   S a li e n Ro to r,   A RP J o u rn a o En g i n e e rin g   a n d   A p p li e d   S c ien c e s ,   2 0 1 3 .   [1 7 ]   F .   Kh a n ,   e a l . ,   In v e stig a ti o n   o f   f ield   e x c it a ti o n   sw it c h e d   f lu x   ro to w it h   se g m e n tal  ro to r,   IEE Co n fer e n c e   o n   Clea n   E n e rg y   a n d   T e c h n o lo g y   ( CEA T ) ,   N o v .   2 0 1 3 .   [1 8 ]   E.   B.   A g a m lo h   a n d   A .   Ca v a g n in o ,   Hig h   Ef f icie n c y   De sig n   o f   In d u c ti o n   M a c h i n e f o In d u strial   A p p li c a ti o n s,”    in   Pro c e e d in g   o f    I EE W o rk sh o p   o n   E lec trica M a c h i n e De sig n   Co n tro a n d   Di a g n o sis  ( W EM D CD),  p p .   3 3 - 4 6 ,   M a r.   2 0 1 1 .   [1 9 ]   M .   S h ira n ia,  e a l . ,   A   Re v ie w   o n   Re c e n A p p li c a ti o n o f   Bru sh l e ss   DC  El e c tri c   M a c h in e a n d   th e ir  P o ten ti a i n   En e rg y   S a v in g ,   En e rg y   Eq u i p me n S y ste ms ,     v o l 3 ,   p p .   5 7 - 7 1 ,   Ja n .   2 0 1 5 .   [2 0 ]   E.   Ho a n g ,   e a l . ,   S w it c h in g   F lu x   P e rm a n e n M a g n e P o ly - P h a se d   S y n c h ro n o u s   M a c h i n e s,”  in   Pr o c e e d in g   o f   7 t h   Eu ro p e a n   C o n fer e n c e   o n   P o we El e c tro n ics   a n d   Ap p li c a ti o n ( EP E) ,   v o l.   3 ,   p p .   9 0 3 9 0 8 ,   S e p .   1 9 9 7 .   [2 1 ]   Z.   Q.  Zh u ,   e a l. ,   A n a ly sis  o f   a   No v e M u lt T o o t h   F l u x   S w it c h in g   P M   Bru s h les a . c   M a c h in e   f o Hig h   T o rq u e   Dire c Driv e   A p p li c a ti o n s” ,   IE EE   T ra n s a c ti o n s o n   M a g n e ti c s,  v o l.   4 4 ,   p p .   4 3 1 3 - 4 3 1 6 ,   N o v .   2 0 0 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.