Sử dụng thép vô định hình cải thiện ảnh hưởng của lực xuyên tâm trong động cơ từ trở

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(124).2018 43 
SỬ DỤNG THÉP VÔ ĐỊNH HÌNH CẢI THIỆN ẢNH HƯỞNG CỦA 
LỰC XUYÊN TÂM TRONG ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ 
USING AMORPHOUS STEEL TO IMPROVE RADIAL FORCE IN 
SWITCHED RELUCTANCE MOTORS 
Phí Hoàng Nhã1, 2, Phạm Hùng Phi1, Đào Quang Thủy3 
1Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; phihoangnha@gmail.com 
2Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 
3Bộ Khoa học và Công nghệ 
Tóm tắt - Động cơ từ trở là động cơ có nhiều ưu điểm nhưng nhiều 
ứng dụng của nó bị hạn chế bởi tiếng ồn. Một trong những nguồn 
gốc của tiếng ồn là do rung động của các lá thép trên gông stator, 
gây ra bởi lực xuyên tâm trong động cơ. Sự rung động càng mạnh 
và tiếng ồn càng lớn khi xảy ra cộng hưởng giữa tần số của lực 
xuyên tâm và tần số tự nhiên của stator. Vì vậy, bài báo tiến hành 
phân tích, tính toán, đánh giá vai trò và ảnh hưởng của lực xuyên 
tâm trong động cơ từ trở. Đồng thời, nhóm tác giả thảo luận 
phương pháp thay đổi hình dạng gông stator và đề xuất giải pháp 
mới là sử dụng vật liệu vô định hình chế tạo stator thay thế thép 
silic nhằm cải thiện rung động trong động cơ, giảm tiếng ồn. 
Abstract - Switched reluctance motor has many advantages but 
its application is limited by the noise. One of the causes of this 
noise is the vibration of the steel laminate on the stator yoke which 
is caused by radial force in the motor. The vibration and the noise 
become stronger when exists a resonance between the frequency 
of the radial force and the natural frequency of the stator. 
Therefore, in this article the role and the influence of radial force in 
the switched reluctance motor will be analyzed, calculated and 
evaluated. At the same time, the authors discuss some methods of 
changing the shape of yoke stator and put forward new 
suggestions about using amorphous materials to improve the 
vibration and reduce the noise. 
Từ khóa - động cơ từ trở; lực xuyên tâm; vật liệu vô định hình; 
SRM; tần số cộng hưởng. 
Key words - switched reluctance motor; radial force; amorphous 
materials; SRM; resonance frequency. 
1. Giới thiệu 
Động cơ từ trở (SRM) được ứng dụng ngày càng rộng 
rãi do cấu trúc đơn giản, độ bền cao, tốc độ làm việc lớn, 
khả năng chịu quá tải tốt và nhiệt độ phát nóng thấp. Tuy 
nhiên, một số ứng dụng công nghiệp và gia dụng bị hạn chế 
do sự rung động và tiếng ồn tạo ra bởi hệ thống. Hệ thống 
SRM phát ra tiếng ồn cao hơn so với các hệ thống truyền 
động khác. Vì vậy, rung và tiếng ồn trong SRM đã thu hút 
sự quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu trong thời gian 
gần đây. 
Nguồn gốc của tiếng ồn trong động cơ từ trở được chỉ 
ra là do rung động của stator. Trong động cơ tồn tại lực 
điện từ xuyên tâm, tập trung khá mạnh giữa cực rotor và 
stator, đặc biệt với cấu trúc cực lồi như SRM, lực xuyên 
tâm (lực hướng kính) càng mạnh. Chính lực hút xuyên tâm 
này dẫn đến rung stator. Nhiều công trình đã chỉ ra nguồn 
gốc của tiếng ồn [1] và hầu hết đều chấp nhận rằng lực 
xuyên tâm (lực hướng kính) là nguồn gốc chính của rung 
và ồn trong động cơ từ trở. 
Bài báo phân tích, tính toán lực xuyên tâm, đánh giá vai 
trò và ảnh hưởng của lực xuyên tâm trong động cơ từ trở. 
Đồng thời, nhằm nâng cao hiệu suất cho động cơ từ trở 
bằng cách giảm độ rung và tiếng ồn, nhóm tác giả đề xuất 
giải pháp mới – sử dụng vật liệu vô định hình trong chế tạo 
động cơ. Với tính chất hóa lý đặc biệt, vật liệu vô định hình 
có thể cải thiện đáng kể được rung động trong stator bằng 
cách giảm tần số tự nhiên, hạn chế sự cộng hưởng giữa tần 
số của lực xuyên tâm và tần số tự nhiên của máy. 
2. Lực xuyên tâm trong động cơ từ trở 
2.1. Vai trò của các lực 
Khi cuộn dây stator của động cơ từ trở được kích thích 
tuần tự làm quay rotor, lực tiếp tuyến và lực xuyên tâm 
được sinh ra giữa cực stator bị kích thích và cực rotor đối 
diện. Hình 1 là một ví dụ của phân tích từ thông trong khe 
hở không khí của loại động cơ SRM 6/4 – 3 pha. Trong 
vùng gối chồng của cực stator và rotor, đường từ thông 
vuông góc với mặt cực và lực điện từ hoạt động như là lực 
hút theo hướng xuyên tâm. Lực xuyên tâm làm biến dạng 
stator, do đó tạo ra tiếng ồn. Mặt khác, đường từ trường 
nghiêng được tìm thấy gần mép cực stator và rotor, có thể 
được phân tích thành các thành phần tiếp tuyến và xuyên 
tâm như thể hiện trong Hình 1 [2]. Các lực từ tương ứng là 
lực xuyên tâm fR biến dạng gông stator và lực tiếp tuyến fT. 
Hai lực này hình thành nên một hợp lực fN (theo nguyên 
tắc tổng hợp lực hình bình hành) hoạt động như mô-men 
quay, làm quay rotor. Như vậy, lực tiếp tuyến có vai trò 
sinh ra mô-men làm quay rotor và lực xuyên tâm là lực hút 
giữa các cực rotor, stator. 
Hình 1. Đường từ thông 
Hình 2 cho thấy phân tích phương pháp phần tử hữu 
hạn (FEM) của phân bổ lực tiếp tuyến và xuyên tâm dọc 
theo khe hở không khí dưới sức từ động (mmf) 600 A, ở đó 
cực tính của lực tiếp tuyến bị đảo ngược. Lực xuyên tâm fR 
được sinh ra trong toàn bộ vùng gối chồng của cực stator 
và rotor, và lực tiếp tuyến fT được sinh ra tại mép của cực 
stator và rotor. 
44 Phí Hoàng Nhã, Phạm Hùng Phi, Đào Quang Thủy 
Hình 2. Phân bổ lực xuyên tâm và tiếp tuyến [2] 
Lực xuyên tâm là lực hút giữa các cực rotor và stator, 
lực hút đạt giá trị lớn nhất khi hai cực stator, rotor thẳng 
hàng nhau. Như vậy, lực xuyên tâm gia tăng với sự gia tăng 
diện tích vùng gối chồng giữa cực stator và cực rotor, tỷ lệ 
nghịch với khe hở không khí. Khi sử dụng cấu trúc SRM 
thông thường, việc lựa chọn vùng dẫn của cuộn dây stator 
đòi hỏi sự cân bằng giữa mô-men và lực xuyên tâm như 
Hình 3 [3]. Vùng từ θ1 tới θ3 là vùng sinh ra mô-men. Vùng 
từ θ2 tới θ4 là vùng sinh ra lực xuyên tâm. Khu vực xếp 
chồng giữa vùng sinh ra mô-men quay và lực xuyên tâm là 
từ θ2 tới θ3. Đây là vùng tốt nhất cho động cơ hoạt động. 
Vùng này càng lớn càng tốt, ở đó có đủ mô-men và lực 
xuyên tâm có thể được sản sinh tại cùng thời điểm. Tuy 
nhiên, vùng xếp chồng này là rất hẹp do cấu tạo vốn có của 
SRM. Theo đó, cả hai khu vực sản sinh ra mô-men quay và 
lực xuyên tâm không thể được sử dụng hiệu quả. Điều này 
cũng có nghĩa là mô-men hoặc lực xuyên tâm có thể tăng 
lên với giá trị dòng điện lớn, dẫn đến tổn hao đồng cao hơn 
và vấn đề về nhiệt. 
Hình 3. Thời điểm hình thành điện cảm, mô-men và lực 
xuyên tâm 
Hình 4. Lực xuyên tâm và mô men [2] 
Hình 4 cho thấy rõ hơn mối quan hệ giữa mô-men và 
lực xuyên tâm trong động cơ từ trở. Mô-men được sinh ra 
đạt giá trị lớn nhất không phải tại vùng thẳng hàng giữa cực 
stator và cực roto, trong khi lực xuyên tâm đạt giá trị lớn 
nhất tại vùng này. Khi đó, tại vùng sinh ra mô-men âm - 
vùng không cần thiết cho sự hoạt động của động cơ, lực 
xuyên tâm đạt giá trị cực đại. Lực xuyên tâm sẽ hút và giữ 
các cặp cực rotor, stator. Trong trường hợp lực xuyên tâm 
được sinh ra ở các cực đối diện không bằng nhau, lực này 
sẽ làm biến dạng stator, làm lệch khe hở không khí, gây 
mất cân bằng, tạo ra tiếng ồn. Đây là điều không mong 
muốn trong hoạt động của SRM. 
2.2. Tính toán lực xuyên tâm 
Việc tính toán lực xuyên tâm được dựa trên phương trình 
Maxwell Stress Tensor [4]. Bỏ qua sự bão hòa từ trường, giả 
sử các đường từ thông được xác định và phù hợp cho việc 
áp dụng Maxwell Stress Tensor. Cùng với sự lựa chọn thích 
hợp tích phân từng phần xung quanh các bề mặt cực riêng 
lẻ, Maxwell Stress Tensor cung cấp một tính toán trực tiếp 
cho các lực xuyên tâm. Theo phương trình Maxwell Stress 
Tensor như trong (1) và (2), lực tổng hợp FN và lực tiếp tuyến 
FT tại một cặp cực stator và rotor như sau: 
 2 2
0
1
( )
2
N N T
s
F B B dA

= − (1) 
0
1
2
T N T
s
F B B dA

= (2) 
Trong đó, BN, BT là thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến 
của mật độ từ thông, tương ứng, μ0 là độ từ thẩm không khí 
lấy bằng độ từ thẩm chân không. 
Hình 5. Ứng dụng của Maxwell Stress Tensor trong 
tính toán lực xuyên tâm và lực tiếp tuyến 
Để minh họa, hãy xem xét sự phân bố của hai cực như 
được chỉ ra trong sơ đồ biểu diễn đơn giản của Hình 5. Giả 
thiết các đường sức từ trường có phân bố như trên Hình 5. 
Biên dạng bao quanh được lựa chọn sao cho các đường từ 
thông hoặc vuông góc hoặc song song với biên dạng. Dưới 
những điều kiện này, phương trình Maxwell Stress (1) đơn 
giản hóa như sau: 
Với các đường từ thông vuông góc, thành phần BT bằng 
0, lực FN là: 
2
0
1
2
N N
s
F B dA

= (3) 
Với các đường từ thông song song, BN bằng 0, lực FN 
trở thành: 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(124).2018 45 
2
0
1
2
N T
s
F B dA

= − (4) 
Áp dụng các phương trình này cho biên dạng được xác 
định trong Hình 5. Kết quả theo các lực lượng xuyên tâm 
và tiếp tuyến tiếp hoạt động trên một cực rotor: 
( )
2 3 5 6
2 2 2 2
1 2
0 1 2 4 5
2 2 2
1 12 23 45 2 56
0
2
 ( )
2
stack
radial f m m f
stack
f m f
L
F B dl B dl B dl B dl
L
B l B l l B l


= + + + 
= + + +
 (5) 
4
2 2
tangential 34
0 03
2 2
stack stack
m m
L L
F B dl B l
 
= − =− (6) 
Trong đó, Bf1, Bf2 và Bm lần lượt là từ trường bao quanh 
khe hở không khí 1, 2 và từ trường khe hở chính. Như vậy, 
lực xuyên tâm là tương đương với tích phân 
2
02
radialB

trên 
diện tích bề mặt của khe hở không khí và lực tiếp tuyến là 
tương đương với 
W



, W là năng lượng lưu trữ trong vùng 
gối chồng cực stator và rotor của khe hở không khí. 
Hình 6. Lực hút sinh ra bởi cực A1 
Phương trình (5), (6) dựa trên Maxwell Stress Tensor 
chưa đánh giá đầy đủ ảnh hưởng của điện cảm L, bởi L thay 
đổi phụ thuộc vào góc pha và thời gian [5]. Do đó, phương 
trình tính lực xuyên tâm là chưa hoàn toàn chính xác. Để xây 
dựng phương trình lực xuyên tâm trong động cơ từ trở có xét 
đến điện cảm L(φ, t), lực hút sinh ra tại một cực bất kỳ được 
phân tích. Hình 6 biểu diễn lực hút tại một cực A1 khi cuộn 
dây được kích hoạt. Từ trường đi qua vùng gối chồng của 
cặp cực (stator, rotor) cũng như vùng không gối chồng tới 
vùng bao quanh, điện cảm được mô tả như sau: 
2
0
0( )
stack
A fr
N L R
L K
g

= + (7) 
Trong đó: Kfr là hằng số cho điện cảm viền bao quanh, 
N là số vòng dây, Lstack là chiều dài lá thép stator, R là bán 
kính rotor, g là chiều dài khe khí, θ0 và θu0 là góc gối chồng 
và góc không gối chồng của cực rotor, stator. Khe hở không 
khí được giả định là đồng đều theo phân tích. Trừ trường 
hợp vị trí thẳng hàng, lực hút giữa răng stator và rotor 
không song song với cực stator. 
Với động cơ SRM 6/4 – 3 pha, tại một thời điểm một 
pha dẫn, chỉ có một cặp cực stator – rotor thẳng hàng. Gắn 
tọa độ ở cặp cực lần lượt là A1 và A2 tương ứng. Gốc tọa 
độ nằm ở trung tâm khu vực cực rotor gối chồng. Như Hình 
6, biên độ và góc của lực hút cho cực A1 là _ 1N AF và θϕ. 
Từ (7), _ 1N AF có thể được xấp xỉ như sau: 
2
_ 1 0 1( )N A F fr AF K K i= + (8) 
Trong đó, 
2
0
24 4
stackA
F
N L RL
K
g g

= = . Lưu ý rằng, _ 1N AF 
tỷ lệ với bình phương dòng điện và thay đổi với θr như θ0 
là hàm của góc rotor. Góc lực θϕ bằng 90° khi cực rotor và 
stator là thẳng hàng, nhưng lệch từ 90° do từ thông bao 
quanh tại vị trí không gối chồng khi các cực là không thẳng 
hàng. Góc lệch có thể được tính toán ở vùng gối chồng và 
vùng không gối chồng cực rotor, stator một cách độc lập 
và tập trung. Do đó, góc của hệ thống lực có thể xác định 
theo biểu thức sau: 
0
0
90o u ang
fr
K
K




= +
+
 (9) 
Trong đó, Kang là hằng số. Lưu ý rằng, θu0 có giá trị 
dương khi rotor nằm trong vùng tăng của điện cảm và có 
giá trị âm ở vùng điện cảm giảm; thuật ngữ Kang là góc lệch 
do từ thông ở viền. 
Các thành phần lực tiếp tuyến và xuyên tâm tại răng cực 
A1 được biểu diễn như sau: 
_ 1 _ 1
_ 1 _ 1
os
sin
T A N A
R A N A
F F c
F F




=
=
 (10) 
Trong phương trình này, _ 1R AF đại diện cho lực xuyên 
tâm sinh ra bởi cực A1. Khi tất cả các cực trong pha A được 
kích hoạt bởi cuộn dây stator, lực xuyên tâm đầy đủ được 
tính bằng tổng các véc-tơ lực được tạo ra ở tất cả các cực 
được kích thích. Đối với SRM 6/4, lực xuyên tâm trong 
động cơ là tổng hợp lực xuyên tâm sinh ra ở hai cặp cực 
A1 và A2 (tại cùng một thời điểm), được biểu diễn như sau: 
2 2
_ 1 _ 2 0 1 2( )sin ( )radial R A R A F fr A AF F F K K i i = − = + − (11) 
3. Ảnh hưởng của lực xuyên tâm trong động cơ từ trở 
3.1. Tần số tự nhiên và tần số cơ bản 
Tất cả các hình dạng của gông stato đều có tần số tự 
nhiên của nó [6]. Phương pháp véc-tơ Newton, phương pháp 
năng lượng và phương pháp Lagrange là một số phương 
pháp cơ bản cho phép tính toán tần số tự nhiên. Chế độ tần 
số là hàm của ma trận khối lượng và độ cứng của hệ thống 
bao gồm năng lượng động học và năng lượng điện thế. Các 
nhà nghiên cứu đã phát triển một số công thức khác nhau để 
ước tính chế độ tần số chu vi của stator theo các phương pháp 
cơ bản. Một công thức được phát triển bởi Jordan, Frohne và 
Uner để ước tính chế độ tần số chu vi có tính đến ảnh hưởng 
của biến dạng, quán tính quay, răng và cuộn dây được sử 
dụng trong nghiên cứu này. Theo đó, tần số tự nhiên của 
động cơ khi ở chế độ chưa có rung động là: 
0
1
( )
2
s
m
m s
E
f Hz
R 
= =
 (12) 
Trong đó, fm=0 là tần số tự nhiên ở chế độ không rung, 
Rm là bán kính trung bình của gông stator, Es là mô-đun 
46 Phí Hoàng Nhã, Phạm Hùng Phi, Đào Quang Thủy 
đàn hồi của vật liệu, ρs là mật độ của vật liệu, Δ là ma trận 
hệ số bổ sung của dịch chuyển. Sự rung động của stator 
chiếm ưu thế khi tần số kích thích của sóng hài lực xuyên 
tâm bằng hoặc gần bằng với chế độ tần số tự nhiên. 
Tần số của lực xuyên tâm chủ yếu là tần số kích thích 
cho gông stator, có thể được biểu diễn như sau: 
ex
.
( ) . .
2
m r
c p
P
f n n f n

= = (13) 
Trong đó: fexc(n) là tần số kích thích, n là số bậc sóng 
hài, fp là tần số cơ bản của dòng điện pha, ωm là tốc độ của 
động cơ, Pr là số cực rotor. 
3.2. Ảnh hưởng của lực xuyên tâm 
Nhiều công trình nghiên cứu đã chỉ ra nguồn gốc tiếng 
ồn trong động cơ từ trở, và hầu hết đều chấp nhận rằng lực 
hút xuyên tâm giữa rotor và stator là nguồn gốc chính của 
độ rung và tiếng ồn trong SRM với cấu trúc cực lồi. 
Trong động cơ từ trở luôn tồn tại hai lực là lực tiếp tuyến 
và lực xuyên tâm. Lực xuyên tâm luôn lớn hơn nhiều lần so 
với lực tiếp tuyến. Lực xuyên tâm là đối xứng và triệt tiêu lẫn 
nhau (chỉ đúng với khe khí đồng đều), nó tác động đến máy 
bởi vì khi chúng triệt tiêu lẫn nhau thông qua thân rotor và 
stator gây rung động. Đây là nguồn gốc trội nhất trong tiếng 
ồn sinh ra trong SRM cũng như trong các máy điện khác. 
Đặc tính không đồng nhất của vật liệu chế tạo gây ra sự 
mất cân bằng động học của rotor và sự phân bổ của từ 
trường không đồng đều. Điều này dẫn đến lực xuyên tâm 
sinh ra trong động cơ ở các cực đối diện không bằng nhau. 
Lực hút giữa các cực này không đồng đều làm lệch rotor 
khỏi vị trí cân bằng, làm khe khí không đồng nhất, gây ra 
rung cho động cơ từ trở. 
Đặc biệt hơn nữa, cấu trúc stator của máy có tần số tự 
nhiên. Khi một trong những tần số của lực xuyên tâm trùng 
với tần số tự nhiên của stator, cộng hưởng xảy ra dẫn đến 
gia tăng tiếng ồn. Đây chính là rung động lớn nhất do lực 
xuyên tâm. Rung động xuyên tâm này sau đó phát ra năng 
lượng âm thanh vào trong không khí. Hình 7 phân tích rung 
động tắt dần của lực xuyên tâm [7]. Có thể thấy, lực xuyên 
tâm gây ra rung động cực đại tại thời điểm chuyển mạch, 
sau đó giảm dần tới 0 khi mô-men đạt giá trị đỉnh. 
Hình 7. Dòng điện pha và rung động 
Quá trình cộng hưởng giữa tần số tự nhiên và tần số của 
lực xuyên tâm với sóng hài bậc cao (1, 3, 5, 7, 9, ), dẫn 
đến động cơ từ trở phải hoạt động trong vùng tần số cao, 
có thể lên đến vài nghìn Hz. Khi đó, độ rung rất lớn có thể 
gây biến dạng gông stator, làm giảm tuổi thọ máy [1], [8], 
[9], [10]. Hình 8 thể hiện rung động của gông stator tại các 
tần số hoạt động lớn [8]. Mô-men quay trong SRM gây ra 
tức thời trên các cặp răng stator đối diện, có xu hướng uốn 
cong răng và biến dạng stator. Các chế độ rung được đặc 
trưng bởi cách uốn của răng stator. 
Hình 8. Các chế độ rung của SRM 8/6 ở tần số cao 
4. Thảo luận 
Lực xuyên tâm ảnh hưởng lớn đến hiệu suất làm việc 
và hạn chế sự ứng dụng của động cơ từ trở trong nhiều lĩnh 
vực. Tuy nhiên, lực xuyên tâm là lực không thay đổi được, 
luôn tồn tại, sinh ra do cấu trúc vốn có của động cơ. Vì vậy, 
lực này không thể can thiệp trực tiếp bằng các phương pháp 
điều khiển hay thay đổi cấu tạo động cơ, mà chỉ có thể tìm 
cách hạn chế sự ảnh hưởng của nó đối với động cơ từ trở. 
Nhằm hạn chế ảnh hưởng của lực xuyên tâm gây ra rung 
ồn, các nghiên cứu gần đây chủ yếu tập trung vào kiểm soát 
tần số hoạt động của động cơ từ trở. 
4.1. Đề xuất cải thiện hình dạng khung 
Hình 9. Chế độ rung hình oval tương ứng với 
 tần số tự nhiên mỗi loại 
Tần số tự nhiên của máy phụ thuộc vào hình dạng, kích 
thước gông stator. Công trình [11] đề xuất thay đổi hình 
dạng gông stator trong động cơ SRM 6/4, bao gồm: gông 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(124).2018 47 
stator hình tròn cả trong và ngoài (dạng truyền thống); gông 
stator bên trong tròn, bên ngoài dạng lục giác; gông stator 
cả trong và ngoài dạng lục giác, cực stator đặt ở giữa mỗi 
cạnh lục giác; gông stator cả trong và ngoài dạng lục giác, 
cực stator đặt ở góc mỗi cạnh lục giác. Chế độ thử nghiệm 
rung hình oval được tiến hành tương ứng tần số tự nhiên 
của mỗi loại, như thể hiện trong Hình 9. 
Kết quả cho thấy SRM loại 3 (gông stator hình lục giác, 
cực đặt ở giữa cạnh lục giác) cho độ rung ít hơn dưới tác 
dụng của lực xuyên tâm. Đồng thời, khoảng cách bị dịch 
chuyển nhỏ (0,85 μm so với 1,68 μm của loại truyền thống); 
mô-men quay tăng (1,7 Nm so với 1,26 Nm của loại 1). 
Một đề xuất sử dụng vỏ stator không gân và có gân 
được công bố trong công trình [12]. Hình dạng bên ngoài 
gông stator có gân với kích thước gân khác nhau được bố 
trí khác nhau (Hình 10). 
Hình 10. Các hình dạng khung khác nhau 
Việc tăng độ dày khung, sử dụng khung gân xuyên tâm 
và vỏ stator không gân có thể tăng độ cứng của khung. Các 
gân xuyên tâm có tác dụng tản nhiệt, giúp tăng hiệu suất 
của động cơ, đồng thời, truyền rung động ra ngoài. Từ đó, 
tiếng ồn và rung động trong động cơ được giảm. Kết quả 
các mẫu thử nghiệm được tác giả Jian Li công bố đầy đủ, 
tuy nhiên chưa giải quyết được triệt để nguồn gốc rung và 
tiếng ồn do tần số cộng hưởng như đề cập ở trên. 
4.2. Đề xuất sử dụng vật liệu vô định hình 
Rõ ràng rằng, tần số tự nhiên của động cơ cộng hưởng 
với tần số xuyên tâm của lực xuyên tâm gây ra rung ồn. Và 
tần số tự nhiên của động cơ phụ thuộc vào hình dạng 
khung, kích thước khung. Tuy nhiên, hình dạng khung thay 
đổi làm tần số tự nhiên thay đổi theo quy luật khó có thể 
dự đoán trước được, dẫn đến khó khăn trong vấn đề khắc 
phục nhược điểm của SRM. Nhóm tác giả đề xuất giải pháp 
giải quyết triệt để vấn đề này, đó là sử dụng vật liệu mới – 
vật liệu vô định hình. 
Sắt vô định hình là loại vật liệu từ mềm, còn được gọi 
là thủy tinh kim loại. Nguyên liệu chính bao gồm: niken, 
coban, silic, . Ở trạng thái vô định hình, nó có điện trở 
suất cao hơn nhiều so với các hợp kim tinh thể. Đồng thời, 
vật liệu này có khả năng chống ăn mòn, độ bền cơ học cao, 
có thể sử dụng ở tần số làm việc cao hơn với các vật liệu 
tinh thể nền kim loại. Vật liệu vô định hình không có cấu 
trúc tinh thể nên triệt tiêu dị hướng từ tinh thể, vì thế nó có 
tính từ mềm rất tốt. Vật liệu vô định hình nền Co còn có từ 
giảo bằng 0 nên có lực kháng từ rất nhỏ. Đường cong từ trễ 
của vật liệu rất hẹp, hẹp hơn so với thép silic - vật liệu từ 
mềm. Độ dày tự nhiên của lá thép vô định hình rất nhỏ, 
điện trở suất lớn và mật độ khối lượng vật liệu lớn. Một số 
tính chất lý hóa cơ bản của vật liệu vô định hình (Metglas 
2605SA1) được cho trong Bảng 1, so sánh với vật liệu Silic 
(M600 – 50A). 
Bảng 1. Đặc tính của sắt vô định hình và thép Silic 
Vật liệu Sắt vô định hình Thép silic 
Mật độ từ thông (T) 1,56 1,8 - 2 
Điện trở suất ( cm ) 130 - 170 50 - 60 
Độ dày lá thép (mm) 0,03 0,3 - 0,5 
Sức căng (kg/mm2) 150 50 
Độ cứng Vickers 900 200 - 300 
Mật độ khối lượng (g/cm3) 7,18 7,65 
Mô-đun đàn hồi (GPa) 110 207 
Đặc tính vật liệu có ảnh hưởng quan trọng tới tần số tự 
nhiên của máy [1], [6]. Es là mô-đun đàn hồi của vật liệu 
(theo ứng suất kéo), thép vô định hình có độ cứng cao (cao 
hơn 3 lần so với silic), khả năng bị biến dạng khi chịu ứng 
suất kéo là nhỏ. Theo phương trình (12), Es càng nhỏ (tức 
độ đàn hồi sau khi biến dạng càng nhỏ) thì tần số tự nhiên 
càng nhỏ. Khi động cơ làm việc ở tốc độ càng cao, kết hợp 
với sự không mong muốn của sóng hài bậc cao, tần số cơ 
bản sẽ càng lớn. Để tránh hiện tượng cộng hưởng gây ra 
rung ồn, tần số tự nhiên càng nhỏ càng tốt. Theo Bảng 1, 
thép vô định hình có Es (110 GPa) nhỏ hơn 2 lần so với 
thép silic thông thường (2,07.1011 N/m2 = 207 Gpa), do đó, 
tần số tự nhiên của máy chế tạo bởi 2605SA1 sẽ thấp hơn. 
Hình 11. Mô hình thực nghiệm đo rung động 
Rung động trong SRM được đo bằng gia tốc kế, gắn ở 
phía trên giữa khung stator như Hình 11. Rung động có thể 
được sử dụng như là một sự chọn lựa thay thế của tiếng ồn 
âm thanh. Mô hình thực nghiệm được nhóm tác giả đề xuất 
và sẽ triển khai trong thời gian tới (Hình 11). Kết quả phân 
tích, dự báo đối với sự rung động trong SRM sử dụng thép 
vô định hình và thép Silic được thể hiện trong Hình 12. 
Phân tích cho thấy, động cơ từ trở sử dụng vật liệu vô 
định hình có tần số tự nhiên với biên độ nhỏ so với động 
cơ chế tạo bằng thép silic. Điều này góp phần làm giảm 
cường độ rung khi động cơ làm việc, cũng như góp phần 
giảm rung ồn do hạn chế khả năng cộng hưởng xảy ra. Vật 
liệu vô định hình không những góp phần giảm tần số riêng 
của động cơ, hạn chế rung ồn, mà còn giúp giảm tổn hao 
48 Phí Hoàng Nhã, Phạm Hùng Phi, Đào Quang Thủy 
trong động cơ từ trở. Kết quả của nhóm tác giả công bố là 
kết quả phân tích, đánh giá bước đầu, để có kết quả đánh 
giá chuẩn mực thông qua việc mô phỏng quá trình chuyển 
hóa vật lý của các thông số động cơ, sẽ được công bố trong 
những nghiên cứu tiếp theo. 
Hình 12. Rung động trên khung stator; 
(a), (b): khung stator làm bằng thép silic; 
(c), (d): khung stator làm bằng thép vô định hình 
5. Kết luận 
Bài báo này trình bày những phân tích, đánh giá về ảnh 
hưởng của lực xuyên tâm trong động cơ từ trở. Lực xuyên 
tâm là một trong những nguyên nhân gây ra rung động và 
tiếng ồn, làm giảm hiệu suất và hạn chế ứng dụng của động 
cơ từ trở. Rung động trở nên vô cùng lớn khi tần số của lực 
xuyên tâm cộng hưởng với tần số tự nhiên của động cơ. 
Giải pháp sử dụng vật liệu vô định hình chế tạo động cơ 
mang lại hiệu quả khi giảm tần số tự nhiên, hạn chế quá 
trình cộng hưởng khi động cơ làm việc ở tốc độ lớn, tần số 
cao. Có thể kết luận rằng, không thể hạn chế rung ồn bằng 
việc kiểm soát trực tiếp lực xuyên tâm, mà chỉ có thể hạn 
chế rung ồn một cách gián tiếp. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Pragasen Pillay, William Cai, “An Investigation into Vibration in 
Switched Reluctance Motor”, IEEE, Vol. 35, No. 3, 1999, pp. 589-
596. 
[2] Masayuki Sanada, Shigeo Morimoto, Yoji Takeda, “Novel Rotor 
Pole Design of Switched Reluctance Motors to Reduce the Acoustic 
Noise”, IEEE, 2000, pp. 107-113. 
[3] Huijun Wang, Dong Hee Lee, Tae Hub Park, Jin Woo Ahn, “Hybrid 
stator-pole switched reluctance motor to improve radial force for 
bearingless application”, Energy Coversion and Management, Vol. 
52, 2011, pp. 1371-1376. 
[4] Neil R. Garrigan, Wen L. Soong, Charles M. Stephens, Albert 
Storace, Thomas A. Lipo, “Radial Force Characteristics of a 
Switched Reluctance Machine”, IEEE, 1999, pp. 2250-2258. 
[5] Feng Chieh Lin, Sheng Ming Yang, “Instantaneous Shaft Radial 
Force Control with Sinusoidal Excitations for Switched Reluctance 
Motors”, IEEE, Vol. 22, No. 3, 2007, pp. 629-636. 
[6] M. N. Anwar, Iqbal Husain, “Radial Force Calaculation and 
Acoustic Noise Prediction in Switched Reluctance Machines”, 
IEEE, Vol. 36, No. 6, 2000, pp. 1589-1597. 
[7] Charles Pollock, Chi Yao Wu, “Acoustic Noise Cancellation 
Techniques for Switched Reluctance Drives”, IEEE, Vol. 33, No. 2, 
1997, pp. 477-484. 
[8] Roy S. Colby, Francois M. Mottier, J. E. Miller, “Vibration Modes 
and Acoustic Noise in a Four-Phase Switched Reluctance Motor”, 
IEEE, Vol. 32, No. 6, 1996, pp. 1357-1364. 
[9] Wei Cai, Pragasen Pillay, Zhangjun Tang, “Impact of Stator 
Windings and End-Bells on Resonant Frequencies and Mode Shapes 
of Switched Reluctance Motors”, IEEE, Vol. 38, No. 4, 2002, pp. 
1027-1036. 
[10] W. A. Pengov, R. L. Weinberg, “Designing for low noise”, 
Electronic control of Switched Reluctance Machines, 1998, pp. 62-
73. 
[11] Jung-Pyo Hong, Kyung Ho Ha, Ju Lee, “Stator Pole and Yoke 
Design for Vibration Reduction of Switched Reluctance Motos”, 
IEEE, Vol. 38, No. 2, 2002, pp. 929-932. 
[12] Jian Li, Yunhyun Cho, “Investigation into Reduction of Vibration 
and Acoustic Noise in Switched Reluctance Motors in Radial Force 
Excitation and Frame Transfer Function Aspects”, IEEE, Vol. 45, 
No. 10, 2009, pp. 4664-4667. 
(BBT nhận bài: 05/03/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 21/03/2018)