Studie o optimalizaci struktury vysokorychlostního magnetového motoru s tangenciálně zabudovaným lichoběžním magnetem

V souvislosti s malou mocí Vysokorychlostní permanentní magnetické motory, , které splňují požadavky na stres struktury rotoru a zjednodušují výrobní proces, je navržena tangenciálně zabudovaná struktura rotoru založená na lichoběžných magnetech. Pod předpokladem splnění základních požadavků na návrh motoru jsou optimalizovány parametry struktury rotoru. Simulace konečných prvků se používá k analýze účinků koeficientu oblouku pólu a povrchové struktury rotoru na točivý moment, průměrný točivý moment a zvlnění točivého momentu. Provádí se také kontroly strukturálního napětí.

Pro další zjednodušení výrobního a montážního procesu motorového rotoru, díky čemuž je tato studie vhodnější pro vysokorychlostní aplikace, navrhuje novou tečnou strukturu rotoru založenou na lichoběžných magnetech pro malé výkonové permanentní magnetové motory pomocí zlomkových svrchovaných koncentrovaných vinutí. S statorem pomocí segmentované struktury jádra je optimalizována struktura povrchu rotoru. Podrobná analýza toho, jak tyto parametry struktury rotoru ovlivňují zvlnění točivého momentu a průměrný točivý moment, poskytuje cennou referenci pro návrh takových motorů.

Motor přijímá koncentrovaná vinutí na frakci a stator používá segmentovanou strukturu sestavy, usnadňuje automatizované procesy vinutí a snižuje náklady na výrobu a zpracování. Rotor používá tangenciálně zabudovanou strukturu, s lichoběžníkovými magnety přímo vloženými do slotů rotoru. Ve srovnání s tradičními strukturami tangenciálního rotoru tento nový design snižuje náklady na zpracování jádra rotoru a zjednodušuje procesy montáže.

Optimalizace struktury motorového rotoru je rozdělena do dvou částí: optimalizace parametrů magnetové struktury a parametry povrchové struktury rotoru. Parametry struktury magnetu zahrnují šířku spodní základny L1, šířku horní základny L2 a výšku. Šířka spodní základny L1 a výška může být předběžně stanovena na základě struktury motoru. Vnitřní průměr rotoru je omezen motorovým hřídelem a vzhledem k požadavkům na zpracování a sestavení rotoru je tloušťka vnitřního kroužku rotoru v podstatě pevná. Výška magnetů je tedy předem stanovena a nepovažuje se za optimalizační parametr.

Bez zvažování nasycení je objem magnetů v rotoru úměrný trvalému spojování magnetického toku motorového rotoru. Aby byla zajištěna výstupní schopnost točivého momentu motoru, musí být šířka spodní základny lichoběžníků maximalizována před optimalizací struktury rotoru. Větší spodní šířka základní základní však však vede k menší šířce spojovacího můstku v jádru rotoru, což ovlivňuje napětí rotoru. Princip pro stanovení dolní šířky základny magnetů je minimalizovat šířku můstku a zajistit, aby napětí rotoru splňovalo požadavky. Jakmile je stanovena dolní šířka báze, metody konečných prvků se používají k definování rozměrů horní základny.

Aby byla zajištěna mechanická pevnost struktury motoru rotoru, splňuje provozní požadavky, je stanoven trojrozměrný model struktury rotoru pomocí metod konečných prvků. Při použití rotační setrvačné zatížení rychlosti jmenovitého motoru je ověřeno strukturální napětí rotoru. Obrázek 2 ukazuje mapu cloudového rozložení napětí motorového rotoru, což ukazuje na maximální napětí jádra rotoru 0,98 MPa. Vzhledem k tomu, že materiál motorového rotoru je silikonový ocel s výtěžnou pevností 405 MPa, je maximální napětí za těchto podmínek pod pevností výnosu, což potvrzuje, že struktura rotoru splňuje mechanické požadavky.

U vysokorychlostních malých výkonných magnetických motorů je navržena tangenciálně zabudovaná struktura rotoru založená na lichoběžných magnetech pro zjednodušení výrobního procesu. Výsledky simulace konečných prvků ukazují, že určení parametrů magnetu vyžaduje komplexní zvážení výstupního točivého momentu, zvlnění točivého momentu, výrobních procesů a chyb. Optimalizace vnějšího povrchu rotoru může dále snížit zvlnění točivého momentu. Studie ukazuje, že nová struktura motorového rotoru výrazně zjednodušuje zpracování a náklady rotoru s minimálním dopadem na výkon točivého momentu, poskytuje cenný inženýrský zážitek a odkaz na optimalizaci tohoto typu motoru.