העיצוב של מבנה הרוטורים במנועי מגנט קבוע הוא קריטי. לסוגים שונים של מבני רוטור יש יישומים מתאימים משלהם, ולכן יש צורך ללמוד ולהבין כל מבנה רוטור.
#### שיקולים לתכנון מבנה רוטור מנוע סינכרוני מגנט קבוע:
1. **סינוסואידיזציה של צורת גל רוטור**
2. **הגדל את ההבדל בין Ld ל-Lq**
3. **החליש הרמוניות מסוימות**
4. **דיכוי פעימות**
5. **הבטח את כוח צנטריפוגלי הרוטור**
6. **לעמוד על יכולת ויסות מהירות מגנטית חלשה**
7. **עמוד בדרישות עיצוב עלות מנוע**
8. **עומד בדרישות של פקטור כוח מנוע**
9. **הקפידו על כוח פלט מנוע**
#### I. סינוסואידיות של צפיפות מגנטית מרווח אוויר
**מבנה מגנט מסוג לחם מותקן על פני השטח:**
- **מאפיינים:** משפר את הסינוסואידאליות של הצפיפות המגנטית של פער האוויר בין הסטטור לרוטור, וכתוצאה מכך פעימת מומנט נמוכה וליניאריות טובה של מומנט עם שינויים בזרם. משמש בדרך כלל במנועים קטנים או גדולים מאוד, מהירות נמוכה וסביבות דרישות שליטה גבוהות.
- **חסרונות:** זרמי מערבולת גבוהים במגנטים, עלויות עיבוד גבוהות של מגנטים מסוג לחם, לא מתאים להרחבת מהירות מגנטית חלשה.
**מבנה מרווח אוויר לא שוויוני מובנה:**
- **מאפיינים:** משפר את הסינוסואידיות של מרווח האוויר של הרוטור, מפחית את פעימת המומנט, נמנע משימוש בכיסויי הגנה מגנטים, ומתאים למנועים במהירויות לא גבוהות מדי, הפחתת זרמי מערבולת מגנטים.
- **חסרונות:** יכולת הרחבת מהירות מגנטית חלשה מוגבלת, דליפה מגנטית מסוימת בהשוואה למנועים המורכבים על פני השטח, השראות גדולה יותר ממנועים המורכבים על פני השטח, ומקדם הספק נמוך יותר. ייצור הרמוני מוגבר על ידי זרם הסטטור.
#### II. הגדלת ההבדל בין Ld ל-Lq כדי לשפר את מומנט חוסר הרצון של המנוע
ישים בדרך כלל ליישומים הדורשים הרחבת מהירות מגנטית חלשה גבוהה ומנועים עם צפיפות מומנט גבוהה יחסית.
**סוג I:**
- **מאפיינים:** מתאים למנועים סינכרוניים מגנט קבוע עם קוטר חיצוני של יריעות ניקוב בטווח של 150 מ'מ הדורשים הרחבת מהירות מגנטית חלשה מסוימת. הוא חוסך בחומר מגנט, מאפשר ויסות מהירות מגנטית חלשה, ויכול להגיע למהירויות של עד 8000 סל'ד.
- **חסרונות:** יכולת הרחבת ויסות מהירות ירודה, רכיב מומנט חוסר רצון כללי, לא מתאים למצבים במהירות גבוהה, והתנגדות ירודה לכוח צנטריפוגלי.
**סוג V:**
- **מאפיינים:** מבנה פשוט, יכולת ויסות מהירות מגנטית חלשה טובה, מעט פרמטרים של עיצוב הרוטור, ויכול להכיל עד 12000 סל'ד.
- **חסרונות:** כדי לדכא תופעות של נפילת חשמל, נעשה שימוש במגנטים עבים יותר, מה שמוביל לשימוש גבוה יותר במגנטים. צורת גל צפיפות מגנטית של מרווח אוויר מגנטי מגנטי חלש במהירות גבוהה וצורת גל EMF אחורית גרועות, מה שמפחית את ביצועי הבקרה במהירות גבוהה.
**מקדם קשת דו-מקטע:**
- **מאפיינים:** מתאים יותר לצורת גל צפיפות מגנטית של הרוטור. עובי כל שכבת מגנט הוא בדרך כלל בטווח של 4 מ'מ, מה שגורם נזק מינימלי להשראת ציר ה-q ומספק מומנט סרבנות גדול יותר. למגנטים הרוטורים השכבתיים יש גם מאפיינים של שטף מגנטי וגם חוסר רצון, המאפשרים לנצל את שניהם ביעילות בתכנון המנוע. מתאים ליישומי מהירות גבוהה עם הספק גבוה, במהירות נמוכה עם מומנט גבוה, לא מתאים ליריעות ניקוב בקוטר חיצוני בטווח של 160 מ'מ.
- **חסרונות:** הכנסת מגנט מסובכת, מבנה רוטור מורכב, שונות עיצוב מוגברת ומשתני רוטור מוגברים.
**סוג I:**
- **מאפיינים:** חיסכון בחומר מגנט, מומנט חוסר רצון מנוע גדול, יעילות גבוהה במהירות גבוהה, עלות מנוע נמוכה. יתרונות עלות משמעותיים בסכימות של צפיפות חשמלית סטטור גבוהה, מתאימות לריצה במהירות גבוהה.
- **חסרונות:** תופעות נפילת הספק ניכרות, מקדם הספק נמוך יותר.
#### III. עיצוב עזר לדיכוי פעימות והחלשה הרמונית
1. **חריצי עזר על משטח מרווח האוויר של הרוטור:**
- **מאפיינים:** רוב חריצי העזר נמצאים ליד גשר הבידוד המגנטי, מה שיוצר אפקט מרווח אוויר לא אחיד עבור הרוטור ומונע צפיפות מגנטית מופרזת בתוך גשר הבידוד המגנטי עקב התנגדות מגנטית. יש לו יתרונות לדיכוי פעימות ודיכוי הרמוני והוא יכול לעזור לקרר את משטח הרוטור במידה מסוימת.
- **חסרונות:** לא מתאים למצבים במהירות גבוהה.
2. **חריצים על הרוטור ליד מרווח אוויר:**
- **מאפיינים:** מדכא הרמוניות סטטור, מפחית אובדן ברזל משטח הרוטור ומסייע בדיכוי פעימת מומנט מנוע. חריצים קטנים מגדילים את דרישות העובש.
#### IV. הבטחת כוח צנטריפוגלי רוטור עם גשר בידוד מגנטי ועיצוב צלעות חיזוק
1. **סוג אביב:**
- **מאפיינים:** מגדיל את הזוויות של שני השיפוטים הראשיים הנושאים כוח צנטריפוגלי באמצעות עיצוב מבנה מעוקל. למבנה הקפיץ יכולת התאמה מרחבית טובה.
2. **פתח עזר לשינוי סוג מתח גשר בידוד מגנטי:**
- **מאפיינים:** משפר את יכולתו של גשר הבידוד המגנטי לעמוד בכוח צנטריפוגלי ומשפר את יכולת ההתפשטות המרחבית.
3. **סוג אופטימיזציה הרמונית:**
- **מאפיינים:** מאזן חוזק מבני ויכולת אופטימיזציה של צורות גל בצפיפות מגנטית של מרווח אוויר.
