Uuring suure kiirusega püsimagnetmootori rootorite struktuuri optimeerimise kohta tangentsiaalselt manustatud trapetsikujuliste magnetitega

Väikese võimu kontekstis suure kiirusega püsimagnetmootorid, , mis vastavad rootori konstruktsiooni pingenõuetele ja lihtsustavad tootmisprotsessi, pakutakse välja tangentsiaalselt manustatud rootori struktuur, mis põhineb trapetsikujulistel magnetitel. Mootori põhinõuete täitmise eelduseks on rootori struktuuri parameetrid optimeeritud. Lõplike elementide simulatsiooni kasutatakse pooluste kaareteguri ja rootori pinna struktuuri mõju analüüsimiseks pöördemomendile, keskmisele pöördemomendile ja pöördemomendi pulsatsioonile. Samuti viiakse läbi struktuurilisi stressikontrolle.

Mootori rootori tootmis- ja monteerimisprotsessi edasiseks lihtsustamiseks, muutes selle kiirete rakenduste jaoks sobivamaks, pakutakse selles uuringus välja uus tangentsiaalselt manustatud rootori struktuur, mis põhineb väikese võimsusega püsimagnetmootoritel, mis kasutavad murdosa piludega kontsentreeritud mähiseid. Segmenteeritud südamikustruktuuri kasutavas staatoris on rootori pinna struktuur optimeeritud. Üksikasjalik analüüs selle kohta, kuidas need rootori struktuuri parameetrid mõjutavad pöördemomendi pulsatsiooni ja keskmist pöördemomenti, pakub selliste mootorite projekteerimisel väärtuslikku teavet.

Mootor kasutab osalise piluga kontsentreeritud mähiseid ja staator kasutab segmenteeritud koostestruktuuri, mis hõlbustab automatiseeritud mähisprotsesse ning vähendab tootmis- ja töötlemiskulusid. Rootoril on tangentsiaalselt manustatud struktuur, mille trapetsikujulised magnetid on otse rootori piludesse sisestatud. Võrreldes traditsiooniliste tangentsiaalsete rootoristruktuuridega, vähendab see uus disain rootori südamiku töötlemise kulusid ja lihtsustab montaažiprotsesse.

Mootori rootori struktuuri optimeerimine jaguneb kaheks osaks: magnetstruktuuri parameetrite optimeerimine ja rootori pinna struktuuri parameetrite optimeerimine. Magneti struktuuri parameetrid hõlmavad alumise aluse L1 laiust, ülemise aluse L2 laiust ja kõrgust. Alumise aluse L1 laiuse ja kõrguse saab eelnevalt kindlaks määrata lähtuvalt mootori ehitusest. Rootori siseläbimõõt on piiratud mootorivõlliga ning arvestades rootori töötlemise ja montaaži nõudeid, on rootori sisemise rõnga paksus sisuliselt fikseeritud. Seega on magnetite kõrgus ettemääratud ja seda ei peeta optimeerimisparameetriks.

Küllastumist arvesse võtmata on rootoris olevate magnetite maht võrdeline mootori rootori püsimagnetvoo ühendusega. Mootori pöördemomendi väljundvõimsuse tagamiseks tuleb trapetsikujuliste magnetite alumise aluse laius enne rootori struktuuri optimeerimist maksimeerida. Suurem madalam aluse laius toob aga kaasa väiksema ühendussilla laiuse rootori südamikus, mis mõjutab rootori pinget. Magnetite alumise aluse laiuse määramise põhimõte on minimeerida silla laiust, tagades samal ajal rootori pinge vastavuse nõuetele. Kui aluse alumine laius on kindlaks määratud, kasutatakse ülemise aluse mõõtmete määratlemiseks lõplike elementide meetodeid.

Mootori rootori konstruktsiooni mehaanilise tugevuse vastavuse tagamiseks töönõuetele koostatakse lõplike elementide meetodite abil rootori konstruktsiooni kolmemõõtmeline mudel. Mootori nimikiiruse pöörlemisinertskoormust rakendades kontrollitakse rootori konstruktsioonilist pinget. Joonisel 2 on kujutatud mootori rootori pingejaotuse pilvekaart, mis näitab rootori südamiku maksimaalset pinget 0,98 MPa. Arvestades, et mootori rootori materjaliks on räniteras, mille voolavuspiir on 405 MPa, jääb maksimaalne pinge nendes tingimustes alla voolavuspiiri, mis kinnitab, et rootori struktuur vastab mehaanilistele nõuetele.

Kiirete väikese võimsusega püsimagnetmootorite jaoks on tootmisprotsessi lihtsustamiseks pakutud välja tangentsiaalselt manustatud rootori struktuur, mis põhineb trapetsikujulistel magnetitel. Lõplike elementide simulatsiooni tulemused näitavad, et magneti parameetrite määramine nõuab väljundpöördemomendi, pöördemomendi pulsatsiooni, tootmisprotsesside ja vigade põhjalikku arvessevõtmist. Rootori välispinna optimeerimine võib pöördemomendi pulsatsiooni veelgi vähendada. Uuring näitab, et uus mootori rootori struktuur lihtsustab oluliselt rootori töötlemist ja kulusid, mõjutades pöördemomendi jõudlust minimaalselt, pakkudes väärtuslikku projekteerimiskogemust ja võrdlusaluseid seda tüüpi mootorite optimeerimiseks.