Tutkimus nopean pysyvän magneettimoottorin roottorirakenteen optimoinnista tangentiaalisesti upotetulla trapetsoidisella magneetilla

Pienen voiman yhteydessä Nopeaa pysyviä magneettimoottoreita , roottorin rakenteen jännitysvaatimusten täyttämiseksi ja tuotantoprosessin yksinkertaistamiseksi ehdotetaan tangentiaalisesti upotettua roottorin rakennetta, joka perustuu trapetsoidisiin magneetteihin. Lähtökohtana, joka täyttää moottorin perussuunnitteluvaatimukset, roottorin rakenteen parametrit optimoidaan. Äärellisen elementin simulaatiota käytetään pylväskaarikerroimen ja roottorin pintarakenteen vaikutusten analysointiin hammasmomentin, keskimääräisen vääntömomentin ja vääntömomentin aaltoiluun. Rakenteellisia stressitarkastuksia suoritetaan myös.

Moottorin roottorin valmistus- ja kokoonpanoprosessin yksinkertaistamiseksi, mikä tekee siitä sopivamman nopeisiin sovelluksiin, tämä tutkimus ehdottaa uutta tangentiaalisesti upotettua roottorin rakennetta, joka perustuu trapetsoidisiin magneetteihin pienen voiman pysyvien magneettimoottoreiden suhteen käyttämällä fraktiotauloisia keskittyneitä käämejä. Staattorin avulla segmentoitua ydinrakennetta roottorin pintarakenne on optimoitu. Yksityiskohtainen analyysi siitä, kuinka nämä roottorin rakenteen parametrit vaikuttavat vääntömomentin aaltoiluun ja keskimääräiseen vääntömomenttiin, tarjoaa arvokkaan viitteen tällaisten moottorien suunnitteluun.

Moottori hyväksyy murto-aukon tiivistetyt käämät, ja staattori käyttää segmentoitua kokoonpanorakennetta helpottaen automatisoituja käämitysprosesseja ja vähentämällä tuotanto- ja käsittelykustannuksia. Roottori käyttää tangentiaalisesti upotettua rakennetta, ja trapetsoidiset magneetit asetetaan suoraan roottorin rakoihin. Verrattuna perinteisiin tangentiaalisiin roottorirakenteisiin, tämä uusi muotoilu vähentää roottorin ytimen käsittelykustannuksia ja yksinkertaistaa kokoonpanoprosesseja.

Moottorin roottorin rakenteen optimointi jaetaan kahteen osaan: magneettirakenteen parametrien optimointi ja roottorin pintarakenteen parametrit. Magneettirakenteen parametrit sisältävät alemman pohjan L1 leveyden, ylemmän pohjan L2 leveyden ja korkeuden. Alemman pohjan L1 leveys ja korkeus voidaan määrittää alustavasti moottorin rakenteen perusteella. Roottorin sisähalkaisija rajoittaa moottorin akseli, ja kun otetaan huomioon roottorin käsittely- ja kokoonpanovaatimukset, roottorin sisärenkaan paksuus on pääosin kiinnitetty. Siten magneettien korkeus on ennalta määrätty eikä sitä pidetä optimointiparametrina.

Rottorin magneettien tilavuus on ottamatta huomioon kylläisyyttä, verrannollinen moottorin roottorin pysyvään magneettiseen vuon sidokseen. Moottorin vääntömomentin lähtökyvyn varmistamiseksi trapetsoidisten magneettien alemman pohjan leveys on maksimoitava ennen roottorin rakenteen optimointia. Suurempi alempi pohjaleveys johtaa kuitenkin pienempiin yhdistävään sillan leveyteen roottorin ytimessä, mikä vaikuttaa roottorin jännitykseen. Magneettien alemman pohjaleveyden määrittämisen periaate on sillan leveyden minimointi samalla kun roottorin jännitys täyttää vaatimukset. Kun alempi pohjaleveys on määritetty, äärellisten elementtien menetelmät käytetään ylemmän pohjan mittojen määrittelemiseen.

Moottorin roottorin rakenteen mekaanisen lujuuden varmistamiseksi roottorin rakenteen kolmiulotteinen malli määritetään äärellisten elementtien menetelmillä. Roottorin rakenteellinen jännitys varmennetaan moottorin nimellisnopeuden pyörimishitauskuorman levittämiseksi. Kuvio 2 näyttää moottorin roottorin jännitysjakauman pilvikartan, mikä osoittaa suurimman roottorin ytimen jännityksen 0,98 MPa. Ottaen huomioon, että moottorin roottorimateriaali on piisäterä, jonka saantolujuus on 405 MPa, enimmäisjännitys näissä olosuhteissa on saantolujuuden alapuolella, mikä vahvistaa, että roottorin rakenne täyttää mekaaniset vaatimukset.

Nopeaa pienen voiman pysyviä magneettimoottoreita varten ehdotetaan tangentiaalisesti upotettua roottorirakennetta, joka perustuu trapetsoidisiin magneetteihin, tuotantoprosessin yksinkertaistamiseksi. Äärellisten elementtien simulaatiotulokset osoittavat, että magneettiparametrien määrittäminen vaatii kattavan lähtömomentin, vääntömomentin aaltoilun, valmistusprosessien ja virheiden huomioon ottamisen. Roottorin ulkopinnan optimointi voi edelleen vähentää vääntömomentin aaltoilua. Tutkimus osoittaa, että uusi moottoriroottorin rakenne yksinkertaistaa merkittävästi roottorin käsittelyä ja kustannuksia, joilla on vähän vaikutusta vääntömomentin suorituskykyyn, tarjoamalla arvokasta tekniikan suunnittelukokemusta ja viitettä tämän tyyppisen moottorin optimoimiseksi.