دراسة حول تحسين هيكل المحركات الدوارة ذات المغناطيس الدائم عالية السرعة باستخدام مغناطيسات شبه منحرفة مدمجة بشكل عرضي

في سياق القوة الصغيرة محركات مغناطيسية دائمة عالية السرعة , لتلبية متطلبات الضغط لهيكل الدوار وتبسيط عملية الإنتاج، يُقترح هيكل دوار مدمج بشكل عرضي يعتمد على مغناطيس شبه منحرف. في ظل فرضية تلبية متطلبات التصميم الأساسية للمحرك، تم تحسين معلمات هيكل الدوار. تم استخدام محاكاة العناصر المحدودة لتحليل تأثير معامل القوس القطبي وبنية سطح الدوار على عزم الدوران المسنن، متوسط ​​عزم الدوران، وتموج عزم الدوران. يتم أيضًا إجراء فحوصات الضغط الهيكلي.

لزيادة تبسيط عملية التصنيع والتجميع للمحرك الدوار، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات عالية السرعة، تقترح هذه الدراسة بنية دوارة جديدة مدمجة بشكل عرضي تعتمد على مغناطيس شبه منحرف لمحركات المغناطيس الدائم ذات الطاقة الصغيرة باستخدام اللفات المركزة ذات الفتحة الجزئية. مع الجزء الثابت الذي يستخدم بنية أساسية مجزأة، يتم تحسين بنية سطح الدوار. يوفر التحليل التفصيلي لكيفية تأثير معلمات هيكل الدوار على تموج عزم الدوران ومتوسط ​​عزم الدوران مرجعًا قيمًا لتصميم مثل هذه المحركات.

يعتمد المحرك ملفات مركزة ذات فتحة كسرية، ويستخدم الجزء الثابت هيكل تجميع مجزأ، مما يسهل عمليات اللف الآلية ويقلل تكاليف الإنتاج والمعالجة. يستخدم الدوار بنية مدمجة بشكل عرضي، مع مغناطيس شبه منحرف يتم إدخاله مباشرة في فتحات الدوار. بالمقارنة مع هياكل الدوار العرضية التقليدية، فإن هذا التصميم الجديد يقلل من تكاليف المعالجة الأساسية للدوار ويبسط عمليات التجميع.

ينقسم تحسين هيكل الجزء الدوار للمحرك إلى قسمين: تحسين معلمات هيكل المغناطيس ومعلمات هيكل سطح الدوار. تتضمن معلمات هيكل المغناطيس عرض القاعدة السفلية L1 وعرض القاعدة العلوية L2 والارتفاع. يمكن تحديد عرض القاعدة السفلية L1 والارتفاع بشكل مبدئي بناءً على هيكل المحرك. القطر الداخلي للدوار محدد بعمود المحرك، ومع الأخذ في الاعتبار متطلبات المعالجة والتجميع للدوار، فإن سمك الحلقة الداخلية للدوار ثابت بشكل أساسي. وبالتالي، فإن ارتفاع المغناطيس محدد مسبقًا ولا يعتبر معلمة تحسين.

بدون أخذ التشبع بعين الاعتبار، يتناسب حجم المغناطيس الموجود في الجزء المتحرك مع وصلة التدفق المغناطيسي الدائم للجزء المتحرك للمحرك. لضمان قدرة إخراج عزم الدوران للمحرك، يجب زيادة عرض القاعدة السفلية للمغناطيس شبه المنحرف إلى الحد الأقصى قبل تحسين هيكل الدوار. ومع ذلك، يؤدي عرض القاعدة السفلية الأكبر إلى عرض جسر توصيل أصغر في قلب الدوار، مما يؤثر على إجهاد الدوار. يتمثل مبدأ تحديد عرض القاعدة السفلي للمغناطيس في تقليل عرض الجسر مع ضمان تلبية ضغط الدوار للمتطلبات. بمجرد تحديد عرض القاعدة السفلية، يتم استخدام طرق العناصر المحدودة لتحديد أبعاد القاعدة العلوية.

للتأكد من أن القوة الميكانيكية لهيكل الدوار للمحرك تلبي المتطلبات التشغيلية، تم إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد لهيكل الدوار باستخدام طرق العناصر المحدودة. من خلال تطبيق حمل القصور الذاتي الدوراني للسرعة المقدرة للمحرك، يتم التحقق من الضغط الهيكلي للدوار. يوضح الشكل 2 خريطة سحابة توزيع الضغط للدوار الحركي، مما يشير إلى أقصى ضغط لقلب الدوار يبلغ 0.98 ميجا باسكال. نظرًا لأن مادة الجزء الدوار للمحرك مصنوعة من الفولاذ السيليكوني بقوة خضوع تبلغ 405 ميجا باسكال، فإن الحد الأقصى للضغط في ظل هذه الظروف يكون أقل من قوة الخضوع، مما يؤكد أن هيكل الدوار يلبي المتطلبات الميكانيكية.

بالنسبة للمحركات ذات المغناطيس الدائم ذات الطاقة الصغيرة عالية السرعة، يُقترح هيكل دوار مدمج بشكل عرضي يعتمد على مغناطيس شبه منحرف لتبسيط عملية الإنتاج. تشير نتائج محاكاة العناصر المحدودة إلى أن تحديد معلمات المغناطيس يتطلب دراسة شاملة لعزم الدوران الناتج، وتموج عزم الدوران، وعمليات التصنيع، والأخطاء. يمكن أن يؤدي تحسين السطح الخارجي للدوار إلى تقليل تموج عزم الدوران. تظهر الدراسة أن هيكل الدوار الجديد للمحرك يبسط بشكل كبير عملية معالجة الدوار وتكاليفه مع الحد الأدنى من التأثير على أداء عزم الدوران، مما يوفر تجربة تصميم هندسية قيمة ومرجعًا لتحسين هذا النوع من المحركات.