Apakah memiringkan stator atau rotor akan mengurangi cogging lebih banyak?

Jawaban singkat: untuk sudut skew listrik dan geometri mesin yang sama, memiringkan stator atau rotor akan mengurangi torsi cogging hampir dengan jumlah yang sama. Perbedaan besar terletak pada biaya, kemudahan manufaktur, dan efek samping pada torsi dan kerugian, bukan pada pengurangan torsi cogging secara mentah.

Banyak penelitian akademis memperlakukan kemiringan (skew) sebagai parameter umum. Kemiringan tumpukan stator, kemiringan magnet, kemiringan batang rotor—persamaan-persamaan tersebut hampir tidak memperhitungkannya. Jadi, jika fisika dasarnya hampir simetris, mengapa industri terus menerapkan kemiringan pada rotor lebih banyak daripada stator?

Apa yang sebenarnya menentukan pengurangan cogging, bukan hanya slogan pemasaran.

Cogging berasal dari interaksi antara kutub magnet permanen dan gigi stator. Anda sudah tahu itu. Yang penting untuk skew adalah hal yang sederhana tetapi mudah diabaikan dalam pertemuan desain:

Jika Anda membayangkan memotong mesin secara aksial menjadi banyak irisan tipis "mini-motor", skew hanya memutar setiap irisan sedikit dalam sudut listrik. Torsi cogging total adalah penjumlahan vektor dari semua irisan tersebut. Jika Anda memutar skew selama satu periode cogging, harmonik cogging utama dapat dikurangi hampir menjadi nol, karena setiap irisan berada pada fase yang berbeda dan saling meniadakan.

Itulah mengapa penyimpangan sudut penuh slot-pitch begitu efektif: Anda menyebarkan harmonik yang terkait dengan slot ke seluruh rentang fase 360° sepanjang tumpukan, mengubah gelombang sinus besar menjadi kebisingan yang hampir datar. Apakah penyimpangan tersebut berasal dari rotor atau stator tidak mengubah gambaran fasor tersebut selama:

Sudut kemiringan mekanisnya sama.

Kemiringan relatif merata sepanjang tumpukan.

Anda belum memperkenalkan ketidakseimbangan saturasi yang aneh.

Jadi, pada model simulasi yang bersih, rotor skew dan stator skew dengan sudut skew yang sama akan menghasilkan kurva torsi cogging yang hampir identik dan pengurangan torsi ripple yang serupa. Studi modern tentang mesin PM aliran aksial dan permukaan terpasang menunjukkan bahwa baik kemiringan slot stator maupun kemiringan magnet memberikan pengurangan persentase yang sebanding ketika disesuaikan dengan sudut listrik yang sama, seringkali 60–70% atau lebih, dan hingga sekitar 73% dengan tata letak kemiringan ganda yang canggih.

Pemisahan yang sebenarnya terjadi ketika Anda meninggalkan lokasi percobaan dan masuk ke pabrik.

Perbedaan sudut rotor versus stator dalam praktik

Berikut ini ringkasan perdagangan dalam bentuk yang ringkas terlebih dahulu, kemudian kita akan menguraikannya.

Perhatikan apa yang hilang dalam tabel tersebut: tidak ada yang menyebutkan "yang ini selalu mengurangi torsi cogging lebih banyak." Untuk sudut skew listrik yang sama, pengurangan torsi cogging pada dasarnya tidak signifikan.

Mengapa semua orang terus memutar rotor?

Ada alasan yang baik mengapa panduan desain EASA membahas rotor sangkar tupai miring sebagai kasus normal dan mencatat bahwa memiringkan stator kurang umum: slot stator yang miring membuat pemasangan kumparan lebih sulit dan mengurangi lebar slot efektif serta penampang melintang. Itu adalah masalah produksi yang nyata, bukan sekadar catatan kaki.

Setelah stator Anda miring:

Pisau slot menjadi bagian yang tidak biasa, bukan produk siap pakai.

Peralatan penyisipan kumparan otomatis memerlukan alat khusus atau tidak dapat digunakan.

Pengendalian kualitas untuk jarak isolasi dan pelepasan parsial menjadi lebih rumit.

Kemiringan rotor, di sisi lain, seringkali "bebas" setelah Anda memutuskan untuk cLapisan rotor kustom atau pengecoran logam. Anda hanya perlu memutar pola slot pada proses pengepresan. Tidak perlu gerakan memutar tambahan.

Itulah mengapa Anda melihat:

Motor induksi dengan bilah rotor miring sebagai praktik standar untuk mengurangi kebisingan dan fluktuasi torsi.

Mesin PM dengan magnet miring atau rotor miring bertahap dalam format aliran radial dan aliran aksial, terutama di mana kebisingan menjadi faktor penentu.

Jadi, jika Anda sedang merancang motor industri radial-flux konvensional dan memiliki kebebasan untuk memilih, memiringkan rotor biasanya menjadi langkah pertama yang dicoba. Bukan karena hal itu secara ajaib menghilangkan lebih banyak cogging, tetapi karena hal itu menyelesaikan masalah yang sama dengan cara yang lebih mudah.

Ketika kemiringan stator masih menjadi pilihan yang lebih baik.

Ada desain di mana menyentuh stator sebenarnya lebih mudah, atau di mana Anda ingin menjaga rotor sesederhana dan sekuat mungkin secara mekanis.

Mesin PM dengan pemindahan fluks linier merupakan contoh yang baik. Sebuah studi MDPI tahun 2018 membandingkan beberapa struktur stator dengan pergeseran langkah (tiga langkah, dua langkah, dan dua langkah yang ditingkatkan) dan menggunakannya untuk mengurangi komponen gaya cogging yang berperilaku seperti torsi cogging pada mesin rotari. Dalam arsitektur tersebut, stator dibangun dari bagian-bagian modular, sehingga memindahkan atau memiringkan bagian-bagian tersebut relatif mudah.

Cerita serupa terjadi pada mesin axial-flux yang menggunakan gigi stator modular. Beberapa penelitian terbaru menunjukkan bahwa memindahkan gigi stator yang berlawanan dengan sudut optimal dapat secara signifikan mengurangi cogging tanpa perlu melakukan modifikasi rotor yang rumit. Jika stator Anda sudah terdiri dari gigi yang dipasang secara individual, memindahkan posisi gigi tersebut secara mekanis mungkin merupakan perubahan yang paling tidak mengganggu.

Trik sisi stator juga menonjol saat:

Rotor adalah komponen yang sangat penting untuk keselamatan (misalnya pada mesin berkecepatan tinggi) dan Anda ingin sebanyak mungkin menghindari potongan, langkah, atau magnet yang terpisah.

Anda sudah melakukan pemasangan dan perakitan stator dengan cara yang membuat pergeseran gigi kecil atau kemiringan langkah hampir bebas.

Anda ingin memiliki opsi untuk "menyesuaikan" kemiringan pada tahap akhir pengembangan dengan mengganti modul stator daripada melakukan penyesuaian ulang pada rotor.

Dalam kasus tersebut, kemiringan stator atau pergeseran gigi dapat memberikan penurunan torsi cogging yang sama seperti kemiringan rotor, sambil tetap menjaga rotor tetap sederhana dan kuat.

Pergeseran langkah, pergeseran segmen, dan masalah "seberapa banyak pergeseran yang cukup"

Teori mengatakan: geserkan dengan tepat satu periode cogging dan Anda akan menghilangkan harmonik tersebut. Praktik mengatakan: Anda akan menanggung konsekuensinya.

Skewing mengurangi faktor lilitan efektif untuk arus dasar, yang berarti torsi per ampere menjadi lebih rendah. Semakin besar skew, semakin besar pula dampaknya. Itulah mengapa studi mendetail tentang skew rotor dan magnet sering kali berfokus pada skew parsial, biasanya sebagian dari panjang slot, untuk menyeimbangkan pengurangan cogging dengan kerugian torsi dan efisiensi.

Pekerjaan terbaru ini sedikit lebih kreatif:

Skew terpisah atau "bertahap", di mana rotor atau stator dibagi secara aksial menjadi dua atau tiga tahap, masing-masing bergeser sebesar sebagian dari jarak slot. Mesin berperilaku seperti beberapa motor kecil yang dipasang bersamaan, dan Anda memilih sudut tahap untuk menghilangkan harmonik terburuk sambil menjaga kesederhanaan alat.

Magnet ganda miring, terutama pada motor celah aksial, di mana segmen magnet dimiringkan dalam dua arah. Sebuah studi tahun 2025 melaporkan pengurangan torsi cogging sekitar 73% dan pengurangan torsi ripple sekitar 60% dengan pola semacam itu, dengan biaya magnetisasi yang lebih kompleks dan upaya manufaktur yang lebih tinggi.

Busur slot rotor yang tidak sama dan pemotongan gigi digunakan bersama dengan sudut miring yang moderat sehingga Anda tidak perlu mengandalkan sudut miring secara berlebihan.

Tidak ada dari hasil-hasil tersebut yang sangat bergantung pada apakah skew ditempatkan pada stator atau rotor; hasil-hasil tersebut bergantung pada seberapa dekat skew mekanis Anda mendekati distribusi fase listrik ideal untuk harmonik yang mengganggu.

Jadi, pertanyaan "seberapa besar sudut skew yang cukup" biasanya dijawab oleh siklus optimasi Anda: Anda menyesuaikan sudut skew dalam analisis elemen hingga, memetakan torsi cogging dan torsi rata-rata terhadap sudut, lalu memilih kompromi terbaik. Apakah Anda memindahkan baja stator atau baja rotor hampir merupakan pembahasan terpisah.

Cara praktis untuk menentukan sisi mana yang akan dimiringkan

Jika Anda mengesampingkan bahasa merek dan hanya menganggap ini sebagai pilihan teknis, proses pengambilan keputusan akhirnya akan terlihat seperti ini, dalam bentuk kata-kata rather than daftar periksa.

Mulailah dengan batasan manufaktur Anda. Jika stator sudah dibatasi desain untuk pengisian slot, jarak isolasi, dan pembobokan otomatis, Anda biasanya tidak ingin memutar slotnya. Hal ini mengarahkan Anda ke rotor skew, yang sejalan dengan apa yang umumnya dilakukan dalam desain industri.

Periksa rotor selanjutnya. Jika rotor Anda berupa tumpukan lempengan sederhana untuk motor induksi atau rotor PM dengan magnet permukaan terpisah, penyesuaian sudut miring (skew) cukup sederhana: sesuaikan pola slot lempengan, atau bagi magnet menjadi segmen dan atur sudut miring secara bertahap. Alat pemagnetan atau cetakan die-casting hanya perlu diubah sekali, dan Anda selesai.

Jika rotor dibatasi secara mekanis atau terlalu mahal untuk diubah – misalnya rotor padat berkecepatan tinggi, pola PM interior yang kompleks, atau alat cetak yang sudah ada dan tidak dapat diubah – maka pindahkan kemiringan ke sisi stator, terutama jika stator bersifat modular atau sudah terbagi menjadi segmen.

Setelah itu, Anda memperlakukan skew sebagai salah satu mekanisme pengendalian cogging di antara beberapa mekanisme lainnya. Kombinasi slot/pole, optimasi busur kutub magnet, pemotongan gigi, injeksi arus anti-cogging, semua mekanisme tersebut dapat bekerja bersama-sama. Skew mengurangi dampak geometri; pengendalian kemudian dapat menangani sisa riak torsi tanpa harus menghadapi gangguan periodik yang besar.

Hal yang paling penting adalah menghindari pemikiran bahwa "kemiringan rotor = pengurangan yang kuat, kemiringan stator = pengurangan yang lemah" atau sebaliknya. Untuk sudut kemiringan yang sama, keduanya hampir dapat dipertukarkan dari sudut pandang torsi cogging. Yang berubah adalah segala hal di sekitarnya: faktor lilitan, proses manufaktur, penggunaan tembaga, biaya magnet, dan terkadang integritas mekanis.

Jadi, mana yang harus Anda pilih?

Jika Anda hanya peduli pada besaran pengurangan torsi cogging dan menjaga sudut skew serta topologi mesin tetap konstan, tidak ada pemenang yang konsisten. Sudut skew stator dan rotor memberikan pengurangan persentase torsi cogging yang hampir sama; perbedaannya kecil dan bergantung pada kasus tertentu.

Jika Anda peduli dengan desain keseluruhan – biaya, kemudahan produksi, kepadatan torsi, kerugian – maka:

Sebagian besar motor radial-flux konvensional memiringkan rotor karena lebih mudah diproduksi dan kurang merugikan bagi pembobokan dan pengisian slot.

Pergeseran stator atau pergeseran gigi menjadi pilihan yang menarik ketika stator bersifat modular atau mudah disesuaikan, atau ketika rotor secara mekanis atau komersial "tidak dapat diakses".

Dan jika Anda sudah menggunakan pola kemiringan canggih, rotor bersegmen, atau tata letak gigi yang kompleks, pilihan antara stator dan rotor biasanya ditentukan oleh cara lini produksi Anda dibangun, bukan oleh pengurangan torsi cogging sebesar beberapa persen.

Jawaban jujur untuk pertanyaan di judul ini memang agak membosankan tapi sangat berguna: miringkan sisi mana pun yang proses Anda dapat bengkokkan dengan biaya lebih murah, lalu habiskan waktu desain Anda untuk mengoptimalkan sudut miring dan sisa geometri. Di situlah keuntungan sebenarnya tersembunyi.