Étude sur l'optimisation de la structure des rotors des moteurs à aimant permanent à grande vitesse avec des aimants trapézoïdaux intégrés tangentiellement

Dans le contexte de la petite puissance Motors d'aimant permanent à grande vitesse , pour répondre aux exigences de contrainte de la structure du rotor et simplifier le processus de production, une structure de rotor intégrée tangentiellement basée sur des aimants trapézoïdaux est proposée. Sous la prémisse de répondre aux exigences de conception de base du moteur, les paramètres de la structure du rotor sont optimisés. Une simulation par éléments finis est utilisée pour analyser les effets du coefficient de pôle et de la structure de surface du rotor sur le couple de colmat, le couple moyen et l'ondulation de couple. Des contrôles de contrainte structurelle sont également effectués.

Pour simplifier davantage le processus de fabrication et d'assemblage du rotor moteur, ce qui le rend plus adapté aux applications à grande vitesse, cette étude propose une nouvelle structure de rotor intégrée tangentiellement basée sur des aimants trapézoïdaux pour les moteurs aimants permanents à petite puissance utilisant des enroulements concentrés à l'emplacement fractionnaire. Avec le stator utilisant une structure de noyau segmentée, la structure de la surface du rotor est optimisée. Une analyse détaillée de la façon dont ces paramètres de structure de rotor influencent l'ondulation du couple et le couple moyen fournit une référence précieuse pour la conception de ces moteurs.

Le moteur adopte les enroulements concentrés sur la fente fractionnaire et le stator utilise une structure d'assemblage segmentée, facilitant les processus de l'enroulement automatisé et réduisant les coûts de production et de traitement. Le rotor utilise une structure intégrée tangentiellement, avec des aimants trapézoïdaux directement insérés dans les fentes de rotor. Par rapport aux structures traditionnelles du rotor tangentiel, ce nouveau design réduit les coûts de traitement du noyau du rotor et simplifie les processus d'assemblage.

L'optimisation de la structure du rotor moteur est divisée en deux parties: optimisation des paramètres de la structure de l'aimant et des paramètres de structure de surface du rotor. Les paramètres de la structure de l'aimant comprennent la largeur de la base inférieure L1, la largeur de la base supérieure L2 et la hauteur. La largeur de la base inférieure L1 et de la hauteur peut être déterminée préliminairement en fonction de la structure du moteur. Le diamètre intérieur du rotor est limité par l'arbre du moteur, et compte tenu des exigences de traitement et d'assemblage du rotor, l'épaisseur de l'anneau intérieur du rotor est essentiellement fixée. Ainsi, la hauteur des aimants est prédéterminée et n'est pas considérée comme un paramètre d'optimisation.

Sans considérer la saturation, le volume des aimants dans le rotor est proportionnel à la liaison de flux magnétique permanent du rotor de moteur. Pour garantir la capacité de sortie du couple du moteur, la largeur de la base inférieure des aimants trapézoïdaux doit être maximisée avant d'optimiser la structure du rotor. Cependant, une largeur de base inférieure plus grande se traduit par une largeur de pont de connexion plus petite dans le noyau du rotor, affectant la contrainte du rotor. Le principe de détermination de la largeur de base inférieure des aimants est de minimiser la largeur du pont tout en garantissant que la contrainte du rotor répond aux exigences. Une fois la largeur de base inférieure déterminée, les méthodes d'éléments finis sont utilisés pour définir les dimensions de la base supérieure.

Pour garantir que la résistance mécanique de la structure du rotor moteur répond aux exigences opérationnelles, un modèle tridimensionnel de la structure du rotor est établi à l'aide de méthodes d'éléments finis. En appliquant la charge d'inertie rotationnelle de la vitesse nominale du moteur, la contrainte structurelle du rotor est vérifiée. La figure 2 montre la carte des nuages ​​de distribution de contrainte du rotor de moteur, indiquant une contrainte maximale du noyau du rotor de 0,98 MPa. Étant donné que le matériau du rotor moteur est en acier de silicium avec une limite d'élasticité de 405 MPa, la contrainte maximale dans ces conditions est inférieure à la limite d'élasticité, confirmant que la structure du rotor répond aux exigences mécaniques.

Pour les moteurs aimants permanents à petite puissance à grande vitesse, une structure de rotor intégrée tangentiellement basée sur des aimants trapézoïdaux est proposée pour simplifier le processus de production. Les résultats de simulation par éléments finis indiquent que la détermination des paramètres de l'aimant nécessite une considération complète du couple de sortie, de l'ondulation de couple, des processus de fabrication et des erreurs. L'optimisation de la surface extérieure du rotor peut réduire davantage l'ondulation du couple. L'étude montre que la nouvelle structure de rotor moteur simplifie considérablement le traitement et les coûts du rotor avec un impact minimal sur les performances du couple, offrant une expérience de conception ingénierie précieuse et une référence pour optimiser ce type de moteur.