Tutkimus nopeiden kestomagneettimoottorien roottorien rakenteen optimoinnista tangentiaalisesti upotetuilla puolisuunnikkaan magneeteilla

Pienen vallan kontekstissa Nopeat kestomagneettimoottorit , täyttämään roottorirakenteen jännitysvaatimukset ja yksinkertaistamaan tuotantoprosessia, ehdotetaan tangentiaalisesti upotettua roottorirakennetta, joka perustuu puolisuunnikkaan muotoisiin magneetteihin. Moottorin perussuunnitteluvaatimusten täyttyessä roottorin rakenteen parametrit optimoidaan. Elementtisimulaatiolla analysoidaan napakaarikertoimen ja roottorin pinnan rakenteen vaikutuksia vetovääntömomenttiin, keskimääräiseen vääntömomenttiin ja vääntömomentin aaltoiluon. Myös rakenteellisia jännitystarkastuksia tehdään.

Yksinkertaistaakseen moottorin roottorin valmistus- ja kokoonpanoprosessia entisestään, mikä tekee siitä sopivamman suurnopeuksisiin sovelluksiin, tässä tutkimuksessa ehdotetaan uutta tangentiaalisesti upotettua roottorirakennetta, joka perustuu puolisuunnikkaan muotoisiin magneetteihin pienitehoisille kestomagneettimoottoreille, joissa käytetään murto-urakeskeisiä käämiä. Kun staattori käyttää segmentoitua sydänrakennetta, roottorin pintarakenne on optimoitu. Yksityiskohtainen analyysi siitä, kuinka nämä roottorin rakenteen parametrit vaikuttavat vääntömomentin aaltoiluun ja keskimääräiseen vääntömomenttiin, tarjoaa arvokkaan vertailukohdan tällaisten moottoreiden suunnitteluun.

Moottori käyttää murto-urakeskeisiä käämejä, ja staattori käyttää segmentoitua kokoonpanorakennetta, mikä helpottaa automatisoituja käämitysprosesseja ja alentaa tuotanto- ja käsittelykustannuksia. Roottori käyttää tangentiaalisesti upotettua rakennetta, jossa puolisuunnikkaan muotoiset magneetit on työnnetty suoraan roottorin rakoihin. Perinteisiin tangentiaalisiin roottorirakenteisiin verrattuna tämä uusi muotoilu vähentää roottoriytimen käsittelykustannuksia ja yksinkertaistaa kokoonpanoprosesseja.

Moottorin roottorirakenteen optimointi on jaettu kahteen osaan: magneettirakenteen parametrien ja roottorin pintarakenteen parametrien optimointiin. Magneetin rakenneparametreja ovat alemman alustan L1 leveys, ylemmän alustan L2 leveys ja korkeus. Alemman alustan L1 leveys ja korkeus voidaan määrittää alustavasti moottorirakenteen perusteella. Roottorin sisähalkaisijaa rajoittaa moottorin akseli, ja roottorin työstö- ja asennusvaatimukset huomioon ottaen roottorin sisärenkaan paksuus on olennaisesti kiinteä. Siten magneettien korkeus on ennalta määrätty eikä sitä pidetä optimointiparametrina.

Ottamatta huomioon kyllästymistä, roottorin magneettien tilavuus on verrannollinen moottorin roottorin kestomagneettivuon kytkentään. Moottorin vääntömomentin tehokkuuden varmistamiseksi on puolisuunnikkaan muotoisten magneettien alaosan leveys maksimoitava ennen roottorirakenteen optimointia. Suurempi pienempi pohjaleveys johtaa kuitenkin pienempään liitossillan leveyteen roottorin sydämessä, mikä vaikuttaa roottorin jännitykseen. Magneettien alemman pohjaleveyden määrittämisen periaate on sillan leveyden minimoiminen varmistaen samalla, että roottorin jännitys täyttää vaatimukset. Kun alapohjan leveys on määritetty, ylemmän pohjan mitat määritellään elementtimenetelmillä.

Sen varmistamiseksi, että moottorin roottorirakenteen mekaaninen lujuus vastaa käyttövaatimuksia, muodostetaan roottorirakenteesta kolmiulotteinen malli elementtimenetelmillä. Moottorin nimellisnopeuden pyörimishitauskuormitusta käyttämällä varmistetaan roottorin rakenteellinen jännitys. Kuvassa 2 on esitetty moottorin roottorin jännitysjakaumapilvikartta, joka osoittaa roottorin sydämen maksimijännityksen 0,98 MPa. Koska moottorin roottorin materiaali on piiterästä, jonka myötöraja on 405 MPa, suurin jännitys näissä olosuhteissa on myötörajan alapuolella, mikä vahvistaa roottorin rakenteen täyttävän mekaaniset vaatimukset.

Nopeille pienitehoisille kestomagneettimoottoreille ehdotetaan tangentiaalisesti upotettua roottorirakennetta, joka perustuu puolisuunnikkaan muotoisiin magneetteihin tuotantoprosessin yksinkertaistamiseksi. Elementtisimulaatiotulokset osoittavat, että magneettiparametrien määrittäminen vaatii kokonaisvaltaista lähtömomentin, vääntömomentin aaltoilun, valmistusprosessien ja virheiden huomioon ottamista. Roottorin ulkopinnan optimointi voi edelleen vähentää vääntömomentin aaltoilua. Tutkimus osoittaa, että uusi moottorin roottorirakenne yksinkertaistaa merkittävästi roottorin prosessointia ja kustannuksia minimaalisella vaikutuksella vääntömomentin suorituskykyyn, tarjoten arvokasta suunnittelukokemusta ja referenssiä tämäntyyppisten moottorien optimointiin.