Estudio sobre la optimización de la estructura de rotores del motor de imán permanente de alta velocidad con imanes trapezoidales incrustados tangencialmente

En el contexto de pequeño poder Motores de imanes permanentes de alta velocidad , Para cumplir con los requisitos de estrés de la estructura del rotor y simplificar el proceso de producción, se propone una estructura del rotor incrustada tangencialmente basada en imanes trapezoidales. Bajo la premisa de cumplir con los requisitos básicos de diseño del motor, los parámetros de la estructura del rotor están optimizados. La simulación de elementos finitos se emplea para analizar los efectos del coeficiente de arco de polo y la estructura de la superficie del rotor en el par de engranaje, el par promedio y la ondulación de torque. También se realizan controles de estrés estructural.

Para simplificar aún más el proceso de fabricación y ensamblaje del rotor del motor, lo que lo hace más adecuado para aplicaciones de alta velocidad, este estudio propone una nueva estructura del rotor tangencialmente incrustada basada en imanes trapezoidales para motores de imanes permanentes de potencia pequeña que utilizan viento concentrados en la plana fraccional. Con el estator usando una estructura de núcleo segmentada, la estructura de la superficie del rotor está optimizada. El análisis detallado de cómo estos parámetros de estructura del rotor influyen en la ondulación de torque y el par promedio proporciona una referencia valiosa para el diseño de tales motores.

El motor adopta devanados concentrados de ranura fraccional, y el estator utiliza una estructura de ensamblaje segmentada, facilitando procesos automatizados de devanado y reduciendo los costos de producción y procesamiento. El rotor emplea una estructura tangencialmente incrustada, con imanes trapezoidales insertados directamente en las ranuras del rotor. En comparación con las estructuras de rotor tangencial tradicional, este nuevo diseño reduce los costos de procesamiento del núcleo del rotor y simplifica los procesos de ensamblaje.

La optimización de la estructura del rotor del motor se divide en dos partes: optimización de los parámetros de la estructura del imán y los parámetros de la estructura de la superficie del rotor. Los parámetros de la estructura del imán incluyen el ancho de la base inferior L1, el ancho de la base superior L2 y la altura. El ancho de la base inferior L1 y la altura se pueden determinar preliminarmente en función de la estructura del motor. El diámetro interno del rotor está limitado por el eje del motor, y teniendo en cuenta los requisitos de procesamiento y ensamblaje del rotor, el grosor del anillo interno del rotor es esencialmente fijo. Por lo tanto, la altura de los imanes está predeterminada y no se considera un parámetro de optimización.

Sin considerar la saturación, el volumen de los imanes en el rotor es proporcional al enlace de flujo magnético permanente del rotor del motor. Para garantizar la capacidad de salida del par del motor, el ancho de la base inferior de los imanes trapezoidales debe maximizarse antes de optimizar la estructura del rotor. Sin embargo, un ancho de base inferior más grande da como resultado un ancho de puente de conexión más pequeño en el núcleo del rotor, lo que afecta la tensión del rotor. El principio para determinar el ancho de base inferior de los imanes es minimizar el ancho del puente y garantizar que el estrés del rotor cumpla con los requisitos. Una vez que se determina el ancho de la base inferior, los métodos de elementos finitos se utilizan para definir las dimensiones de la base superior.

Para garantizar que la resistencia mecánica de la estructura del rotor del motor cumpla con los requisitos operativos, se establece un modelo tridimensional de la estructura del rotor utilizando métodos de elementos finitos. Aplicando la carga de inercia rotacional de la velocidad nominal del motor, se verifica la tensión estructural del rotor. La Figura 2 muestra el mapa de la nube de distribución de tensión del rotor del motor, lo que indica una tensión máxima del núcleo del rotor de 0.98 MPa. Dado que el material del rotor del motor es de acero de silicio con una resistencia de rendimiento de 405 MPa, la tensión máxima en estas condiciones está por debajo de la resistencia al rendimiento, lo que confirma que la estructura del rotor cumple con los requisitos mecánicos.

Para los motores de imán permanentes de potencia pequeña de alta velocidad, se propone una estructura de rotor incrustada tangencialmente basada en imanes trapezoidales para simplificar el proceso de producción. Los resultados de la simulación de elementos finitos indican que determinar los parámetros del imán requiere una consideración integral del par de salida, la ondulación de torque, los procesos de fabricación y los errores. Optimizar la superficie exterior del rotor puede reducir aún más la ondulación de par. El estudio muestra que la nueva estructura del rotor del motor simplifica significativamente el procesamiento del rotor y los costos con un impacto mínimo en el rendimiento del par, proporcionando una valiosa experiencia de diseño de ingeniería y referencia para optimizar este tipo de motor.