مطالعه بهینه سازی ساختار روتورهای موتور آهنربای دائمی پرسرعت با آهنربای ذوزنقه ای مماس تعبیه شده

در چارچوب قدرت کوچک موتورهای آهنربای دائمی با سرعت بالا , برای برآوردن نیازهای تنش ساختار روتور و ساده‌سازی فرآیند تولید، یک ساختار روتور تعبیه‌شده مماس بر اساس آهنرباهای ذوزنقه‌ای پیشنهاد شده است. با فرض برآوردن الزامات طراحی اولیه موتور، پارامترهای ساختار روتور بهینه می شوند. شبیه‌سازی المان محدود برای تجزیه و تحلیل اثرات ضریب قوس قطبی و ساختار سطح روتور بر گشتاور دندانه‌ای، گشتاور متوسط ​​و ریپل گشتاور استفاده می‌شود. بررسی تنش های ساختاری نیز انجام می شود.

برای ساده‌تر کردن فرآیند ساخت و مونتاژ روتور موتور، و مناسب‌تر کردن آن برای کاربردهای با سرعت بالا، این مطالعه یک ساختار روتور با مماسی تعبیه‌شده جدید بر اساس آهن‌رباهای ذوزنقه‌ای برای موتورهای آهنربای دائم با قدرت کوچک با استفاده از سیم‌پیچ‌های متمرکز شیار کسری پیشنهاد می‌کند. با استفاده از استاتور از ساختار هسته تقسیم شده، ساختار سطح روتور بهینه می شود. تجزیه و تحلیل دقیق چگونگی تأثیر این پارامترهای ساختار روتور بر موج گشتاور و گشتاور متوسط، مرجع ارزشمندی برای طراحی چنین موتورهایی است.

موتور از سیم‌پیچ‌های متمرکز با شکاف کسری استفاده می‌کند و استاتور از ساختار مونتاژ قطعه‌ای استفاده می‌کند که فرآیندهای سیم‌پیچ خودکار را تسهیل می‌کند و هزینه‌های تولید و پردازش را کاهش می‌دهد. روتور از یک ساختار مماسی تعبیه شده استفاده می کند که آهنرباهای ذوزنقه ای به طور مستقیم در شکاف های روتور قرار می گیرند. در مقایسه با ساختارهای روتور مماسی سنتی، این طراحی جدید هزینه های پردازش هسته روتور را کاهش می دهد و فرآیندهای مونتاژ را ساده می کند.

بهینه سازی ساختار روتور موتور به دو بخش تقسیم می شود: بهینه سازی پارامترهای ساختار آهنربا و پارامترهای ساختار سطح روتور. پارامترهای ساختار آهنربا شامل عرض پایه L1 پایین، عرض پایه L2 بالایی و ارتفاع است. عرض پایه پایینی L1 و ارتفاع را می توان از قبل بر اساس ساختار موتور تعیین کرد. قطر داخلی روتور توسط شفت موتور محدود می شود و با توجه به نیازهای پردازش و مونتاژ روتور، ضخامت حلقه داخلی روتور اساساً ثابت است. بنابراین، ارتفاع آهنرباها از پیش تعیین شده است و به عنوان پارامتر بهینه سازی در نظر گرفته نمی شود.

بدون در نظر گرفتن اشباع، حجم آهنرباها در روتور با اتصال شار مغناطیسی دائمی روتور موتور متناسب است. برای اطمینان از قابلیت خروجی گشتاور موتور، باید قبل از بهینه سازی ساختار روتور، عرض پایه پایینی آهنرباهای ذوزنقه ای به حداکثر برسد. با این حال، پهنای پایه کمتر باعث ایجاد عرض پل اتصال کوچکتر در هسته روتور می شود که بر استرس روتور تأثیر می گذارد. اصل برای تعیین عرض پایه پایین تر آهنرباها این است که عرض پل را به حداقل برسانیم و در عین حال اطمینان حاصل کنیم که تنش روتور مطابق با الزامات است. پس از تعیین عرض پایه پایین، از روش های المان محدود برای تعیین ابعاد پایه بالایی استفاده می شود.

برای اطمینان از اینکه استحکام مکانیکی ساختار روتور موتور مطابق با الزامات عملیاتی است، یک مدل سه بعدی از ساختار روتور با استفاده از روش های المان محدود ایجاد شده است. با اعمال بار اینرسی چرخشی سرعت نامی موتور، تنش ساختاری روتور تأیید می شود. شکل 2 نقشه ابر توزیع تنش روتور موتور را نشان می دهد که حداکثر تنش هسته روتور 0.98 مگاپاسکال را نشان می دهد. با توجه به اینکه مواد روتور موتور از فولاد سیلیکونی با مقاومت تسلیم 405 مگاپاسکال است، حداکثر تنش در این شرایط کمتر از استحکام تسلیم است که تأیید می کند که ساختار روتور مطابق با الزامات مکانیکی است.

برای موتورهای آهنربای دائمی با قدرت کوچک با سرعت بالا، یک ساختار روتور تعبیه شده مماس بر اساس آهنرباهای ذوزنقه ای برای ساده کردن فرآیند تولید پیشنهاد شده است. نتایج شبیه‌سازی المان محدود نشان می‌دهد که تعیین پارامترهای آهنربا نیازمند در نظر گرفتن جامع گشتاور خروجی، موج گشتاور، فرآیندهای تولید و خطاها است. بهینه سازی سطح بیرونی روتور می تواند موج گشتاور را بیشتر کاهش دهد. این مطالعه نشان می دهد که ساختار جدید روتور موتور به طور قابل توجهی پردازش روتور و هزینه ها را با کمترین تأثیر بر عملکرد گشتاور ساده می کند و تجربه طراحی مهندسی ارزشمند و مرجعی را برای بهینه سازی این نوع موتور ارائه می دهد.