Μελέτη σχετικά με τη βελτιστοποίηση της δομής των δομών των μονάδων μόνιμου μαγνήτη υψηλής ταχύτητας με εφαπτομενικά ενσωματωμένα τραπεζοειδή μαγνήτες

Στο πλαίσιο της μικρής δύναμης Οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη υψηλής ταχύτητας , για την κάλυψη των απαιτήσεων στρες της δομής του ρότορα και την απλοποίηση της διαδικασίας παραγωγής, προτείνεται μια εφαπτομενικά ενσωματωμένη δομή ρότορα που βασίζεται σε τραπεζοειδείς μαγνήτες. Υπό την προϋπόθεση της ικανοποίησης των βασικών απαιτήσεων σχεδιασμού του κινητήρα, οι παράμετροι δομής του ρότορα βελτιστοποιούνται. Η προσομοίωση πεπερασμένων στοιχείων χρησιμοποιείται για την ανάλυση των επιδράσεων του συντελεστή τόξου πόλων και της δομής της επιφάνειας του ρότορα σε στρέψη στρέψης, μέση ροπή ροπής και κυματισμό ροπής. Οι έλεγχοι δομικών στρες διεξάγονται επίσης.

Για να απλοποιηθεί περαιτέρω η διαδικασία κατασκευής και συναρμολόγησης του ρότορα του κινητήρα, καθιστώντας την πιο κατάλληλη για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας, η μελέτη αυτή προτείνει μια νέα ενσωματωμένη δομή του ρότορα που βασίζεται σε τραπεζοειδείς μαγνήτες για κινητήρες μόνιμου μαγνήτη μικρής ισχύος χρησιμοποιώντας συμπυκνωμένες περιελίξεις κλασματικής κλίμακας. Με τον στάτορα χρησιμοποιώντας μια κατακερματισμένη δομή πυρήνα, η δομή της επιφάνειας του ρότορα είναι βελτιστοποιημένη. Λεπτομερής ανάλυση του τρόπου με τον οποίο αυτές οι παραμέτρους δομής του ρότορα επηρεάζουν τη ροπή ροπής και τη μέση ροπή που παρέχει πολύτιμη αναφορά για το σχεδιασμό τέτοιων κινητήρων.

Ο κινητήρας υιοθετεί συμπυκνωμένες περιελίξεις κλασματικής σχισίματος και ο στάτορας χρησιμοποιεί μια δομή συγκρότησης που έχει κατακερματιστεί, διευκολύνοντας τις αυτοματοποιημένες διεργασίες περιέλιξης και μειώνοντας το κόστος παραγωγής και επεξεργασίας. Ο ρότορας χρησιμοποιεί μια εφαπτομενικά ενσωματωμένη δομή, με τραπεζοειδείς μαγνήτες που εισάγονται απευθείας στις υποδοχές του ρότορα. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές δομές εφαπτομενικού ρότορα, ο νέος αυτός σχεδιασμός μειώνει το κόστος επεξεργασίας του πυρήνα του ρότορα και απλοποιεί τις διαδικασίες συναρμολόγησης.

Η βελτιστοποίηση της δομής του ρότορα του κινητήρα χωρίζεται σε δύο μέρη: βελτιστοποίηση των παραμέτρων δομής μαγνητών και των παραμέτρων δομής επιφάνειας του ρότορα. Οι παράμετροι δομής μαγνήτη περιλαμβάνουν το πλάτος της χαμηλότερης βάσης L1, το πλάτος της άνω βάσης L2 και το ύψος. Το πλάτος της χαμηλότερης βάσης L1 και το ύψος μπορεί να προσδιοριστεί προκαταρκτικά με βάση τη δομή του κινητήρα. Η εσωτερική διάμετρο του ρότορα περιορίζεται από τον άξονα του κινητήρα και λαμβάνοντας υπόψη τις απαιτήσεις επεξεργασίας και συναρμολόγησης του ρότορα, το πάχος του εσωτερικού δακτυλίου του ρότορα είναι ουσιαστικά σταθερό. Έτσι, το ύψος των μαγνητών είναι προκαθορισμένο και δεν θεωρείται παράμετρος βελτιστοποίησης.

Χωρίς να λαμβάνεται υπόψη ο κορεσμός, ο όγκος των μαγνητών στον ρότορα είναι ανάλογος της μόνιμης σύνδεσης μαγνητικής ροής του ρότορα του κινητήρα. Για να εξασφαλιστεί η ικανότητα εξόδου ροπής του κινητήρα, το πλάτος της κατώτερης βάσης των τραπεζοειδών μαγνήτη πρέπει να μεγιστοποιηθεί πριν από τη βελτιστοποίηση της δομής του ρότορα. Ωστόσο, ένα μεγαλύτερο πλάτος χαμηλότερης βάσης έχει ως αποτέλεσμα ένα μικρότερο πλάτος γέφυρας σύνδεσης στον πυρήνα του ρότορα, επηρεάζοντας το στρες του ρότορα. Η αρχή για τον προσδιορισμό του χαμηλότερου πλάτους βάσης των μαγνητών είναι η ελαχιστοποίηση του πλάτους της γέφυρας ενώ παράλληλα εξασφαλίζει ότι η τάση του ρότορα πληροί τις απαιτήσεις. Μόλις προσδιοριστεί το χαμηλότερο πλάτος βάσης, χρησιμοποιούνται μέθοδοι πεπερασμένων στοιχείων για τον καθορισμό των διαστάσεων της ανώτερης βάσης.

Για να εξασφαλιστεί η μηχανική αντοχή της δομής του ρότορα του κινητήρα που πληροί τις επιχειρησιακές απαιτήσεις, δημιουργείται ένα τρισδιάστατο μοντέλο της δομής του ρότορα χρησιμοποιώντας μεθόδους πεπερασμένων στοιχείων. Εφαρμόζοντας το φορτίο περιστροφικής αδράνειας της ονομαστικής ταχύτητας του κινητήρα, επαληθεύεται η δομική τάση του ρότορα. Το σχήμα 2 δείχνει τον χάρτη σύννεφων κατανομής τάσης του ρότορα του κινητήρα, υποδεικνύοντας μια μέγιστη τάση πυρήνα του ρότορα 0,98 MPa. Δεδομένου ότι το υλικό του ρότορα του κινητήρα είναι χάλυβας πυριτίου με αντοχή απόδοσης 405 MPa, η μέγιστη τάση κάτω από αυτές τις συνθήκες είναι κάτω από την ισχύ της απόδοσης, επιβεβαιώνοντας ότι η δομή του ρότορα πληροί τις μηχανικές απαιτήσεις.

Για κινητήρες μικρής ισχύος Μικρής ισχύος Μικρής ισχύος, προτείνεται μια εφαπτομενικά ενσωματωμένη δομή ρότορα που βασίζεται σε τραπεζοειδείς μαγνήτες για την απλούστευση της διαδικασίας παραγωγής. Τα αποτελέσματα προσομοίωσης πεπερασμένων στοιχείων υποδεικνύουν ότι ο προσδιορισμός των παραμέτρων του μαγνήτη απαιτεί πλήρη εξέταση της ροπής εξόδου, της κυματισμού ροπής, των διαδικασιών παραγωγής και των σφαλμάτων. Η βελτιστοποίηση της εξωτερικής επιφάνειας του ρότορα μπορεί να μειώσει περαιτέρω τη ροπή ροπής. Η μελέτη δείχνει ότι η νέα δομή του ρότορα του κινητήρα απλοποιεί σημαντικά την επεξεργασία του ρότορα και το κόστος με ελάχιστη επίδραση στην απόδοση της ροπής, παρέχοντας πολύτιμη εμπειρία σχεδιασμού μηχανικής και αναφορά για τη βελτιστοποίηση αυτού του τύπου κινητήρα.