Undersøgelse om optimering af højhastigheds permanent magnetmotorrotorstruktur med tangentielt indlejrede trapezmagneter

I sammenhæng med lille magt højhastigheds permanentmagnetmotorer , for at opfylde spændingskravene til rotorstrukturen og forenkle produktionsprocessen, foreslås en tangentielt indlejret rotorstruktur baseret på trapezformede magneter. Under forudsætningen af ​​at opfylde de grundlæggende designkrav til motoren optimeres rotorstrukturparametrene. Finite element-simulering anvendes til at analysere virkningerne af polbuekoefficient og rotoroverfladestruktur på tandhjulsmoment, gennemsnitligt drejningsmoment og drejningsmomentrippel. Der udføres også strukturelle stresstjek.

For yderligere at forenkle fremstillings- og samlingsprocessen af ​​motorrotoren, hvilket gør den mere velegnet til højhastighedsapplikationer, foreslår denne undersøgelse en ny tangentielt indlejret rotorstruktur baseret på trapezformede magneter til permanentmagnetmotorer med lille kraft, der anvender fraktioneret spaltekoncentrerede viklinger. Når statoren bruger en segmenteret kernestruktur, er rotorens overfladestruktur optimeret. Detaljeret analyse af, hvordan disse rotorstrukturparametre påvirker drejningsmomentrippel og gennemsnitligt drejningsmoment giver værdifuld reference til designet af sådanne motorer.

Motoren anvender koncentrerede viklinger med fraktioneret slids, og statoren bruger en segmenteret samlingsstruktur, hvilket letter automatiserede viklingsprocesser og reducerer produktions- og forarbejdningsomkostninger. Rotoren anvender en tangentielt indlejret struktur med trapezformede magneter direkte indsat i rotorslidserne. Sammenlignet med traditionelle tangentielle rotorstrukturer reducerer dette nye design omkostninger til rotorkernebehandling og forenkler monteringsprocesser.

Optimeringen af ​​motorrotorstrukturen er opdelt i to dele: optimering af magnetstrukturparametrene og rotoroverfladestrukturparametrene. Magnetstrukturparametrene inkluderer bredden af ​​den nedre base L1, bredden af ​​den øvre base L2 og højden. Bredden af ​​den nederste base L1 og højden kan foreløbigt bestemmes ud fra motorstrukturen. Rotorens indre diameter er begrænset af motorakslen, og i betragtning af rotorens bearbejdnings- og monteringskrav er tykkelsen af ​​rotorens indvendige ring i det væsentlige fast. Således er højden af ​​magneterne forudbestemt og betragtes ikke som en optimeringsparameter.

Uden at tage højde for mætning er volumenet af magneterne i rotoren proportional med den permanente magnetiske fluxforbindelse af motorrotoren. For at sikre motorens drejningsmomentudgangsevne skal bredden af ​​den nederste base af trapezmagneterne maksimeres, før rotorstrukturen optimeres. En større lavere bundbredde resulterer dog i en mindre forbindelsesbrobredde i rotorkernen, hvilket påvirker rotorens spænding. Princippet for at bestemme magneternes nederste bundbredde er at minimere brobredden og samtidig sikre, at rotorens spænding opfylder kravene. Når den nederste bundbredde er bestemt, bruges finite element-metoder til at definere dimensionerne af den øvre base.

For at sikre, at motorrotorstrukturens mekaniske styrke opfylder driftskravene, etableres en tredimensionel model af rotorstrukturen ved hjælp af finite element-metoder. Ved at påføre rotationsinertibelastningen af ​​motorens nominelle hastighed, verificeres rotorens strukturelle spænding. Figur 2 viser spændingsfordelingsskykortet for motorrotoren, hvilket indikerer en maksimal rotorkernespænding på 0,98 MPa. Da motorrotormaterialet er siliciumstål med en flydespænding på 405 MPa, er den maksimale spænding under disse forhold under flydespændingen, hvilket bekræfter, at rotorstrukturen opfylder mekaniske krav.

For højhastigheds-permanentmagnetmotorer med lille effekt foreslås en tangentielt indlejret rotorstruktur baseret på trapezformede magneter for at forenkle produktionsprocessen. Finite element-simuleringsresultater indikerer, at bestemmelse af magnetparametrene kræver omfattende overvejelser af outputdrejningsmoment, drejningsmomentrippel, fremstillingsprocesser og fejl. Optimering af rotorens ydre overflade kan yderligere reducere drejningsmomentrippel. Undersøgelsen viser, at den nye motorrotorstruktur markant forenkler rotorbehandling og -omkostninger med minimal indvirkning på drejningsmomentydelsen, hvilket giver værdifuld erfaring med ingeniørdesign og reference til optimering af denne type motor.