Pag-aaral sa Pag-optimize ng High-Speed ​​Permanent Magnet Motor Rotors Structure na may Tangentially Embedded Trapezoidal Magnets

Sa konteksto ng maliit na kapangyarihan high-speed permanent magnet motors , upang matugunan ang mga kinakailangan ng stress ng rotor structure at pasimplehin ang proseso ng produksyon, isang tangentially embedded rotor structure batay sa trapezoidal magnets ay iminungkahi. Sa ilalim ng premise ng pagtugon sa mga pangunahing kinakailangan sa disenyo ng motor, ang mga parameter ng rotor structure ay na-optimize. Ginagamit ang Finite element simulation upang pag-aralan ang mga epekto ng pole arc coefficient at rotor surface structure sa cogging torque, average torque, at torque ripple. Isinasagawa rin ang mga pagsusuri sa stress sa istruktura.

Upang higit pang pasimplehin ang proseso ng pagmamanupaktura at pagpupulong ng motor rotor, na ginagawa itong mas angkop para sa mga high-speed na application, ang pag-aaral na ito ay nagmumungkahi ng isang bagong tangentially embedded rotor structure batay sa trapezoidal magnets para sa maliliit na power permanent magnet na motor gamit ang fractional-slot concentrated windings. Gamit ang stator gamit ang naka-segment na core structure, ang rotor surface structure ay na-optimize. Detalyadong pagsusuri kung paano naiimpluwensyahan ng mga parameter ng istruktura ng rotor na ito ang torque ripple at ang average na torque ay nagbibigay ng mahalagang sanggunian para sa disenyo ng naturang mga motor.

Ang motor ay gumagamit ng fractional-slot concentrated windings, at ang stator ay gumagamit ng isang segmented assembly structure, na nagpapadali sa mga automated winding na proseso at binabawasan ang mga gastos sa produksyon at pagproseso. Ang rotor ay gumagamit ng isang tangentially embedded na istraktura, na may mga trapezoidal magnet na direktang ipinasok sa mga puwang ng rotor. Kung ikukumpara sa tradisyonal na tangential rotor structures, ang bagong disenyong ito ay binabawasan ang mga gastos sa pagproseso ng core ng rotor at pinapasimple ang mga proseso ng pagpupulong.

Ang optimization ng motor rotor structure ay nahahati sa dalawang bahagi: optimization ng magnet structure parameters at ang rotor surface structure parameters. Kasama sa mga parameter ng magnet structure ang lapad ng lower base L1, ang lapad ng upper base L2, at ang taas. Ang lapad ng ibabang base L1 at ang taas ay maaaring paunang matukoy batay sa istraktura ng motor. Ang panloob na diameter ng rotor ay nililimitahan ng motor shaft, at kung isasaalang-alang ang mga kinakailangan sa pagproseso at pagpupulong ng rotor, ang kapal ng panloob na singsing ng rotor ay mahalagang naayos. Kaya, ang taas ng mga magnet ay paunang natukoy at hindi itinuturing na isang parameter ng pag-optimize.

Nang hindi isinasaalang-alang ang saturation, ang dami ng mga magnet sa rotor ay proporsyonal sa permanenteng magnetic flux linkage ng motor rotor. Upang matiyak ang kakayahan ng output ng torque ng motor, ang lapad ng ibabang base ng mga trapezoidal magnet ay dapat na i-maximize bago i-optimize ang istruktura ng rotor. Gayunpaman, ang mas malaking mas mababang base width ay nagreresulta sa isang mas maliit na connecting bridge width sa rotor core, na nakakaapekto sa stress ng rotor. Ang prinsipyo para sa pagtukoy ng mas mababang lapad ng base ng mga magnet ay upang mabawasan ang lapad ng tulay habang tinitiyak na ang rotor stress ay nakakatugon sa mga kinakailangan. Kapag natukoy ang mas mababang lapad ng base, ginagamit ang mga paraan ng may hangganan na elemento upang tukuyin ang mga sukat ng itaas na base.

Upang matiyak na ang mekanikal na lakas ng istraktura ng motor rotor ay nakakatugon sa mga kinakailangan sa pagpapatakbo, ang isang three-dimensional na modelo ng istraktura ng rotor ay itinatag gamit ang mga pamamaraan ng may hangganan na elemento. Ang paglalapat ng rotational inertia load ng rate ng bilis ng motor, ang structural stress ng rotor ay na-verify. Ipinapakita ng Figure 2 ang stress distribution cloud map ng motor rotor, na nagpapahiwatig ng maximum na rotor core stress na 0.98 MPa. Ibinigay na ang materyal ng rotor ng motor ay silikon na bakal na may lakas ng ani na 405 MPa, ang maximum na stress sa ilalim ng mga kondisyong ito ay mas mababa sa lakas ng ani, na nagpapatunay na ang istraktura ng rotor ay nakakatugon sa mga mekanikal na kinakailangan.

Para sa high-speed small power permanent magnet motors, isang tangentially embedded rotor structure batay sa trapezoidal magnets ay iminungkahi upang gawing simple ang proseso ng produksyon. Ang mga resulta ng simulation na may hangganan ng elemento ay nagpapahiwatig na ang pagtukoy sa mga parameter ng magnet ay nangangailangan ng komprehensibong pagsasaalang-alang sa output torque, torque ripple, mga proseso ng pagmamanupaktura, at mga error. Ang pag-optimize sa panlabas na ibabaw ng rotor ay maaaring higit pang mabawasan ang torque ripple. Ipinapakita ng pag-aaral na ang bagong istraktura ng rotor ng motor ay makabuluhang pinapasimple ang pagproseso ng rotor at mga gastos na may kaunting epekto sa pagganap ng torque, na nagbibigay ng mahalagang karanasan sa disenyo ng engineering at sanggunian para sa pag-optimize ng ganitong uri ng motor.