يكي از راه حل هايي كه براي افزايش بازده و افزايش ضريب توان موتورهاي القايي وجود دارد تبديل آن به موتوري است كه تركيبي از موتورهاي القايي و موتورهاي سنكرون مي باشد. براي اين كار در ساختمان روتور آن از آهنرباي دائم استفاده مي كنند. اين نوع از موتورها به موتورهاي آهنرباي دائم خود راه انداز معروف مي باشد (line start permanent magnet motors) كه اختصاراً به آن موتورهاي) (LSPM مي گويند. . براي ساخت اين موتور در ساختمان روتور آن از آهنرباي دائم استفاده مي كنند. اين موتورها نسبت به موتور القايي داراي بازده ، ضريب توان و چگالي توان بالاتر در حالت دائم مي باشند. به كار بردن آهنربا در داخل روتور موتور سنكرون خود راه انداز باعث ايجاد گشتاور ترمز مي شود به هنگام راه اندازي اولا ميدان ناشي از آن با ميدان گردان استاتور درگير شده و ايجاد گشتاورهاي نوساني نمايد و ثانيا اين ميدان باعث القاء ولتاژ در داخل سيم بندي استاتور شده و ايجاد گشتاور ترمز نمايد. اين گشتاور ترمز باعث كاهش گشتاور راه اندازي موتور مي گردد. براي حل مشكل راه اندازي اين موتور بايد بين گشتاور راه اندازي بالا، عملكرد حالت دائم مناسب و قابليت سنكرون شدن مصالحه اي ايجاد گردد. در پژوهش هاي قبلي براي حل اين مشكل كارهايي انجام شد ولي در اين كارها يا تمام مشكلات حل نشده است يا براي حل مشكل ادوات اضافي به موتور اضافه شده است. ولي اين پژوهش با استفاده از موتور القايي روتور يكپارچه (solid rotor) با معرفي طرحي جديد براي موتور(LSPM) ، سعي بر افزايش كارايي و قابليت سنكرون شدن و حل مشكلات اين نوع از موتور ها دارد. اين طرح استفاده از روتور يكپارچه شيار دار به جاي روتور هاي قفس سنجابي معمول است. موتور القايي روتور يكپارچه به طور ذاتي گشتاور راه اندازي بهتري نسبت به روتور قفس سنجابي دارد. مشكل كم بودن گشتاور در لغزش كم است. با شيار دار كردن، منحني گشتاور موتور به جهتي سوق داده مي شود كه گشتاور در لغزش هاي پايين افزايش مي يابد. بنابراين مي توان با اين كار در گشتاورهاي بالاتري از بار و ترمز مخالف ناشي از آهنرباها نيز به سرعت سنكرون رسيد. بنابراين قابليت سنكرون شدن افزايش مي يابد.

كوپلر هاي جريان گردابي داراي كاربرد هاي وسيعي از قبيل انتقال بدون تماس گشتاور، راه اندازي نرم، حذف (فيلتر كردن) لرزش و نوسانات، ايزوله كردن سيستم محركه از بار در هنگام كار با مواد سمي و غيره، و همچنين كوپل توربين هاي بادي به ژنراتور سنكرون آهنرباي دائم كه باعث حذف گيربكس، صاف شدن توان خروجي و افزايش پايداري مي شود. ساختار پيشنهادي داراي آهنرباهاي داخلي بوده كه در عين سادگي و كم هزينه بودن، به راحتي در كاربرد هاي مختلف قابل استفاده بوده و استحكام بالايي دارد، و در برگيرنده مزاياي زيادي از جنبه هاي مغناطيسي و مكانيكي مي باشد، از قبيل: آهنرباها ديگر در معرض شار هاي عكس العمل ناشي از جريان هاي القا شده در نوار رسانا، كه اثرات ضد مغناطيسي دارند، نيستند، نيروي مزاحم گريز از مركز روي آنها مهار شده است، آهنربا ها ديگر در معرض مستقيم حرارت ناشي از جريان هاي القايي نيستند، آهنربا ها كه بسيار شكننده هستند در داخل آهن نصب شده و توسط آنها محافظت مي شوند. موارد فوق موجب بهبود عملكرد و افزايش طول عمر دستگاه مي شود.

نو آوري ارائه شده در اين طرح يك موتور هيستريسس با ساختاري نوين كه تركيبي از رتورهايي با ساختار شار شعاعي و شار محوري در يك سازه واحد با هدف بهبود مشخصه هاي عملكردي ضعيف موتورهاي هيستريسس معمول همانند گشتاور خروجي و بازدهي را معرفي مي كند. طرح تركيبي ارائه شده مزاياي موتورهاي شار شعاعي و شار محوري معمول را در يك ساختار واحد تجميع كرده است. موتورهاي هيستريسس دسته اي از موتورهاي سنكرون با قابليت خود راه اندازي ذاتي هستند كه داراي ويژگي هاي برجسته اي چون مشخصه گشتاور-سرعت صاف، جريان راه اندازي كم، عملكردي نرم و بدون سر و صدا و داراي سيستم راه انداز و كنترلر ساده هستند. اما اين موتورها از مشكلاتي همچون بازدهي، گشتاور خروجي و ضريب قدرت پايين رنج مي برند كه با ارائه تركيب جديد ياد شده سعي در برطرف كردن آنها كرده ايم. در اين طرح تمامي مزاياي ساختارهاي شار شعاعي و شار محوري در يك سازه واحد دور هم جمع شده و با استفاده از ويژگي افزايش حجم موثر وفعال ماده هيستريسس در يك تركيب واحد سبب بهبود قابل ملاحظه كاستي هاي موتور هيسترزيس معمول از جمله چگالي گشتاور به توان و بازدهي شده است. اين تركيب به دليل ويژگي هاي منحصر به فرد و ساختار كاملا نوآورانه سبب ايجاد تحولي عظيم در موتورهاي هيسترزيس را فراهم خواهد آورد كه مشكلات و كاستي هاي فراوان در حوزه كاربردي تخصصي از جمله صنايع دفاعي و هسته اي برطرف خواهد نمود. اساس اوليه طراحي اين موتور تركيبي بر گرفته از جنبه هاي طراحي و قيود و محدوديتهاي يك موتور هيستريسس شار محوري نمونه استفاده شده در صنعت هسته اي كشور است. با توجه به طراحي غير بهينه اين موتور موجود، سعي شده است حتي الامكان از لحاظ مغناطيسي و ابعادي طرح ارائه شده كاستي هاي موتور مرجع را جبران نمايد. به منظور تحليل عملكرد موتور ارائه شده از روشهاي مختلف تحليلي و عددي استفاده شده است. روشهاي تحليلي كه ناكنون در مراجع جهت ارزيابي عملكرد و طراحي اوليه موتورهاي هيستريسس به كار گرفته شده بودند بر مبناي استفاده از تقريب هايي ساده شده از حلقه هيستريسس مانند تقريب حلقه هاي هيستريسس توسط بيضي هاي مورب با شيب و عرض مشخص و يا استفاده از متوازي الاضلاعهايي با عرض مشخص بوده كه در اكثر وارد بر پايه تحليل ساختارهاي شار شعاعي ماشينهاي هيستريسس استوار بودند. در اين طرح علاوه بر اين روشها يك روش عددي بر پايه روش اجزاء محدود جهت آناليز عملكرد الكترومغناطيسي طرح ارائه شده و بررسي مشخصات ابعادي طرح ارائه شده در محيط سه بعدي صورت پذيرفته است. در اين روش با استفاده از يك الگوريتم رياضياتي مبتني بر تكرار سعي شده است تا روشي جهت شبيه سازي اشباع حلقه هيستريسس كه نقش بسيار پر اهميتي در تخمين قدرت عملكرد يك موتور هيستريسس دارد، ارائه گردد. اين روش بر پايه مفهوم پرمابليته مختلط شروع به آناليز ساختار در محيط اجزاء محدود مي كند. در نهايت جهت ارزيابي موتور تركيبي ارائه شده و مقايسه آن با موتورهاي هيستريسس معمول با محدوده تواني مشابه، يك نمونه آزمايشگاهي از اين تركيب ساخته شده و در معرض آزمايشات متعددي قرار گرفته است. نتايج تستهاي آزمايشگاهي با نتايج مدلسازي ها مقايسه شده و صحت و دقت هر كدام از روشهاي مدلسازي صورت پذيرفه ارزيابي شده است. لازم به ذكر است كه نمونه آزمايشگاهي به گونه اي طراحي شده است كه امكان انجام آزمايشات بر روي تركيب ارائه شده يه صورت موتورتركيبي با دور تور شعاعي و محوري و همچنين تك تك رتورها كه نمادي از موتورهاي هيستريسس شار شعاعي و شار محوري معمول است، فراهم مي آورد. اين امر امكان مقايسه ويژگي هاي تركيب ارائه شده وميزان بهبود مخصه هاي ضعيف موتورهاي هيستريسس معمول را توسط طرح ارائه شده فراهم خواهد نمود.

خلاصه اختراع موتورهاي آهن ربايي خود راه انداز با قراردادن آهنربا در داخل روتور موتورهاي القايي ساخته شده و جايگزين مناسبي براي اين موتورها مي باشند. موتورهاي LSPM داراي بازده بالا، ضريب توان بالا و چگالي توان بالايي هستند اما مشكلات و معايبي نيز دارند. به كار بردن آهنربا در داخل روتور باعث مي شود به هنگام راه اندازي اولا ميدان ناشي از آن با ميدان گردان استاتور درگير شده و ايجاد گشتاورهاي نوساني نمايد و ثانيآ اين ميدان باعث القا ولتاژ در داخل سيم بندي استاتور شده و ايجاد گشتاور ترمز نمايد. اين گشتاور ترمز باعث شده است گشتاور راه اندازي اين موتورها كوچك شده و به كاربردهايي مانند فن محدود گردد. هرچه آهنرباي مورد استفاده قوي تر باشد عملكرد موتور در حالت دائم بهتر مي شود - بازده و ضريب توان - اما باعث افزايش گشتاور ترمز و در نتيجه عملكرد گذراي ضعيف موتور مي گردد. جهت افزايش گشتاور راه اندازي موتور مي توان مقاومت ميله هاي روتور را بزرگتر انتخاب نمود اما اين كار باعث مي شود لغزش نامي موتور افزايش يافته و موتور به سرعت سنكرون نرسد. مشاهده مي شود گشتاور راه اندازي، عملكرد حالت دائم و قابليت سنكرون شدن اين موتورها به نوعي در تضاد با يكديگر عمل مي كنند و نمي توان به طور همزمان هر سه مورد را بهبود داد. در اين اختراع طرحي ارائه شده است كه قادر است بر تمام مشكلات موتور فايق آمده و به طور همزمان گشتاور راه اندازي، عملكرد حالت دائم و قابليت سنكرون شدن را بهبود دهد. در اين طرح با استفاده از سيم بندي مناسب براي استاتور از تكنيك تغيير تعداد قطب موتور در راه اندازي استفاده شده است. به عنوان مثال براي يك موتور چهار قطب، موتور به صورت دو قطب راه اندازي شده و به هنگام عبور از سرعت سنكرون به كمك يك كليد گريز از مركز به حالت چهار قطب تغيير كرده و به كار خود در سرعت سنكرون ادامه مي دهد. بدين ترتيب مشكل سنكرون شدن موتور حل مي گردد. علاوه بر اين راه اندازي موتور به صورت دو قطب باعث خنثي شدن اثر مغناطيسي آهنرباها شده و درنتيجه گشتاور ترمز و همچنين گشتاورهاي نوساني موتور در راه اندازي حذف مي گردد. بنابراين گشتاور راه اندازي موتور افزايش يافته و موتور بسيار نرم و بدون هيچ گونه نوسان و لرزشي راه اندازي مي گردد. از طرفي با توجه به اينكه گشتاور ترمز حذف مي گردد ديگر محدوديتي در انتخاب آهن رباي قويتر براي موتور وجود ندارد و مي توان آن را به منظور بهبود عملكرد حالت دائم موتور تا جاي ممكن قوي انتخاب نمود.

يكي از بخش هاي اصلي خودرو مولد الكتريكي (دينام) است كه براي مصرف برق در قسمتهاي مختلف آن مورد نياز مي باشد. اين ماشين را با توجه به توان بالا و ساختار شار محوري آن كه باعث كاهش طول محوري و در نتيجه امكان كوپل مستقيم و جاسازي آن در چرخ ماشين مي شود نيز مي توان به عنوان موتور در ماشين هاي هيبريد استفاده كرد. گرچه در تحليلي اين طرح سعي شده است تا خصوصيات مولدي اين ماشين مورد توجه قرار گيرد اما دقيقا همين طرح به عنوان موتور نيز قابل استفاده است. استفاده از اين ماشين به عنوان موتور به علت راحتي و بدون سر و صدا راه افتادن خودرو و همچنين عدم آلودگي هوا نسبت به موتورهاي احتراقي اهميت دارد. در حالت موتوري نيز مي خواهيم موتور داراي چگالي توان و گشتاور (در واحد حجم) بالا، بازده بالا، كار با ولتاژ كم به عنوان منبع تغذيه جهت امنيت سرنشينان خودرو، هارمونيك كمتر و هزينه ساخت و نگهداري كمتر باشد كه اين طرح داراي اين خصوصيات مي باشد. در خودروهاي مدرن امروزي ، تقاضاي انرژي الكتريكي به علت وجود تجهيزات رفاهي بيشتر به سرعت در حال رشد است تا آسايش و رضايت مسافران خودرو تأمين گردد. اين رشد روز افزون، سازندگان را وادار مي كند تا به راه حل هاي جديدي مربوط به سيستم الكتريكي داخل خودرو بيانديشند. اول اينكه، مي بايست سيتم 12 ولتي موجود با سيستم 42 ولتي جايگزين گردد كه اين به نوبه خود، دسترسي به سطح توان بالاتر را تضمين مي كند بدون اينكه افزايشي در وزن كابل و توان تلفاتي كه بعلت جريانهاي خيلي زياد ايجاد مي شود داشته باشيم. ثانيا دينام هاي موجود از نوع لاندل مي باشند كه به علت پيچيدگي ساختار، نياز به وجود جاروبك و حلقه لغزان و محدود بودن توان آنها بهتر است جاي خود را به اين دينام طراحي و ساخته شده بدهد. اين ماشين علاوه بر آنكه معايب فوق را ندارد داراي مزيت هاي ارزاني قيمت ، وزن كمتر، راندمان و ميزان توان به حجم بالاتر مي باشد. ضمنا به علت طول محوري كم آن، براي مكانهايي كه از نظر طولي داراي محدوديت هستند كاربرد دارد. اين دينام 42 ولتي از نوع شار محوري بوده و از آهنرباهاي دائم مستطيلي به جاي سيم پيچي تحريك استفاده شده است. ساختار بدون هسته اين دينام، باعث حذف تلفات هاي جريان گردابي و هيسترزيس هسته و كاهش وزن دينام مي گردد. به علت حذف اين تلفات، ماشينهاي شار محوري آهنرباي دائم بدون هسته استاتور داراي راندمان بالاتري نسبت به ماشينهاي مرسوم امروزي مي باشند. سيم پيچي هاي استاتور بدون هسته كه به شكل ذوذنقه اي پيچيده شده اند به كاهش وزن استاتور مي انجامد بنابراين با يك محرك ساده و كوچك مي توان يكي از سيم پيچهاي استاتور دينام دو طبقه فوق را كه داراي دو استاتور به صورت سري مي باشد شيفت داد تا در سرعت هاي متفاوت، ولتاژ خروجي ثابت 42 ولت از خروجي يكسو كننده دريافت گردد.

ترمز جريان گردابي يك جايگزين مناسب براي ترمزهاي اصطكاكي متداول است. مزاياي آن شامل سايش كمتر، حساسيت كمتر نسبت به تغيير دما، قابليت كنترل سريعتر و تجميع بهتر با كنترلهاي ضد قفل و پايداري ديناميك مي باشد. ترمز جريان گردابي به ايجاد جريانهاي گردابي ناشي از حركت يك هادي در ميدان مغناطيسي يكنواخت بستگي دارد. منبع ميدان مي تواند يك سيستم سيم پيچ الكتريكي يا يك آهنرباي دائم باشد كه دومي علاوه بر حذف تغذيه الكتريكي، ساختار ترمز را نيز ساده مي كند. عليرغم اين مزيت، دو چالش عمده در استفاده از مغناطيس دائم وجود دارد كه عبارتند از: كنترل دامنه شار مغناطيسي و حفاظت مغناطيس دائم در برابر گرماي شديد. براي دستيابي به يك ترمز خودتغذيه در حالي كه قابليت كنترلي ترمز نيز حفظ شده باشد، ايده ترمز دورگه جريان گردابي-بازتوليدي يا ترمز دورگه الكترومغناطيسي مطرح مي شود. اين ساختار با اضافه كردن يك مولد به يك ترمز جريان گردابي تحقق مي يابد. دو بخش اصلي ترمز بر روي يك محور قرار گرفته و ملاحظات هندسي طراحي يكساني دارند. مولد در ازاي توليد توان الكتريكي، گشتاور ترمزي بر محور ايجاد مي كند كه مطلوب سيستم ترمز است. اين بخش را مي توان يك ترمز بازتوليدي در نظر گرفت. ابتدا ، اصول لازم براي طراحي و تحليل يك ترمز دورگه الكترومغناطيسي با تكيه بر مفاهيم طراحي ماشينهاي الكتريكي مطرح مي شود. همچنين اثر پارامترهاي مختلف الكتريكي، مغناطيسي و هندسي در كارآيي ترمز الكترومغناطيسي بررسي مي گردد. در انتها ترمز الكترومغناطيسي پيشنهاد شده با تكيه بر آناليز حساسيت و در نظر‌گيري محدوديت‌هاي موجود در مواد و تكنولوژي ساخت، طراحي و يك نمونه عملي پياده‌سازي شده است. نتايج حاصل از آزمايش پياده‌سازي عملي با مطالب ادعا شده و نتايج شبيه‌سازي سازگار بوده و آن‌ها را تاييد مي‌كند. ويژگي‌هاي منحصر به فرد ترمز خودتغذيه دورگه الكترومغناطيسي عبارتند از: ترمز خودتغذيه دورگه الكترومغناطيسي داراي قابليت خود تغذيه بودن و بي نياز از منبع الكتريكي خارجي مي باشد. قابليت كنترل الكتريكي ترمز خودتغذيه دورگه الكترومغناطيسي ديگر مزيت عمده ساختار معرفي شده مي باشد. برخلاف ترمزهاي دورگه پيشين كه حداقل يكي از بخشهاي ترمزي بصورت مكانيكي و تماسي بوده است، ترمز خودتغذيه دورگه الكترومغناطيسي كاملا بدون تماس و بي نياز از عملگرهاي مكانيكي است. ترمز خودتغذيه دورگه الكترومغناطيسي بصورت موثرتري نسبت به يك ترمز جريان گردابي تنها در عمل ترمزي كارآيي دارد چون بخش مولدي خود بصورت يك ترمز بازتوليدي عمل كرده و گشتاور ترمزي مضاعفي بر محور اعمال مي نمايد. ترمز خودتغذيه دورگه الكترومغناطيسي را مي توان بصورت هاي شارمحوري، شار شعاعي و حتي خطي، بسته به نوع كاربرد، طراحي كرده و ساخت. ترمز خودتغذيه دورگه الكترومغناطيسي با تكيه بر ويژگي‌هاي منحصر به فردِ خود گزينه‌اي كارآمد و جديد براي كاربرد‌هاي زير است: سيستم‌هاي حمل و نقل: خودروهاي الكتريكي و دورگه، مترو و قطارهاي برقي. با توجه به قابليتهاي آن و امكان استفاده بصورت در چرخ، كارآمدترين و مناسبترين كاربرد ترمز خودتغذيه دورگه الكترومغناطيسي مي باشد. به عنوان بار مكانيكي قابل كنترل براي آزمايش ماشينهاي الكتريكي