מחקר על אופטימיזציה של מבנה רוטורי מנוע מגנט קבוע במהירות גבוהה עם מגנטים טרפזים משובצים באופן משיק

בהקשר של כוח קטן מוצע מנועי מגנט קבועים במהירות גבוהה , כדי לעמוד בדרישות הלחץ של מבנה הרוטור ולפשט את תהליך הייצור, מוצע מבנה רוטור משובץ באופן משיק המבוסס על מגנטים טרפזים. תחת הנחת היסוד של עמידה בדרישות התכנון הבסיסיות של המנוע, פרמטרים של מבנה הרוטור מותאמים. סימולציה של אלמנטים סופיים משמשת לניתוח ההשפעות של מקדם קשת המוט ומבנה פני השטח של הרוטור על מומנט ריכוז, מומנט ממוצע, וקרב מומנט. גם בדיקות לחץ מבניות נערכות.

כדי לפשט עוד יותר את תהליך הייצור וההרכבה של הרוטור המנוע, מה שהופך אותו למתאים יותר ליישומים במהירות גבוהה, מחקר זה מציע מבנה רוטור משובץ באופן משיק חדש המבוסס על מגנטים טרפזים למנועי מגנט קבועים של כוח קטן באמצעות פיתולים מרוכזים משברים. כאשר הסטטור באמצעות מבנה ליבה מפולח, מבנה פני השטח של הרוטור מותאם. ניתוח מפורט של פרמטרי מבנה הרוטור הללו משפיעים על אדווה מומנט ומומנט ממוצע מספקים התייחסות חשובה לעיצוב מנועים כאלה.

המנוע מאמץ פיתולים מרוכזים משבטים חלקיקים, והסטטור משתמש במבנה הרכבה מפולח, ומאפשר תהליכי סלילה אוטומטיים ומפחית את עלויות הייצור והעיבוד. הרוטור משתמש במבנה משובץ באופן משיק, כאשר מגנטים טרפזים מוכנסים ישירות לחריצי הרוטור. בהשוואה למבני רוטור משיקים מסורתיים, תכנון חדש זה מצמצם את עלויות עיבוד ליבת הרוטור ומפשט תהליכי הרכבה.

האופטימיזציה של מבנה הרוטור המנוע מחולק לשני חלקים: אופטימיזציה של פרמטרים של מבנה המגנט ופרמטרים של מבנה פני השטח של הרוטור. הפרמטרים של מבנה המגנט כוללים את רוחב הבסיס התחתון L1, רוחב הבסיס העליון L2 ואת הגובה. ניתן לקבוע את רוחב הבסיס התחתון L1 ואת הגובה מראש על בסיס מבנה המנוע. הקוטר הפנימי של הרוטור מוגבל על ידי פיר המנוע, ובהתחשב בדרישות עיבוד הרוטור וההרכבה, עובי הטבעת הפנימית של הרוטור קבוע בעיקרו. לפיכך, גובה המגנטים נקבע מראש ולא נחשב לפרמטר אופטימיזציה.

מבלי לשקול רוויה, נפח המגנטים ברוטור הוא פרופורציונלי לצמדת השטף המגנטי הקבוע של הרוטור המנוע. כדי להבטיח את יכולת פלט המומנט של המנוע, יש למקסם את רוחב הבסיס התחתון של המגנטים הטרפזים לפני שמיטוב את מבנה הרוטור. עם זאת, רוחב בסיס תחתון גדול יותר מביא לרוחב גשר חיבור קטן יותר בליבת הרוטור, ומשפיע על הלחץ של הרוטור. העיקרון לקביעת רוחב הבסיס התחתון של המגנטים הוא למזער את רוחב הגשר תוך הבטחת לחץ הרוטור עומד בדרישות. לאחר קביעת רוחב הבסיס התחתון, משתמשים בשיטות אלמנט סופיות להגדרת מידות הבסיס העליון.

כדי להבטיח שהעוצמה המכנית של מבנה הרוטור המנוע עומד בדרישות התפעול, נוצר מודל תלת ממדי של מבנה הרוטור בשיטות אלמנט סופי. החלת עומס האינרציה הסיבוב של המהירות המדורגת של המנוע, מאומת הלחץ המבני של הרוטור. איור 2 מציג את מפת הענן של חלוקת הלחץ של הרוטור המנוע, מה שמצביע על לחץ ליבה מקסימלי של רוטור של 0.98 מגה. בהתחשב בכך שחומר הרוטור המנוע הוא פלדת סיליקון עם חוזק תשואה של 405 מגה -פ'ס, הלחץ המרבי בתנאים אלה הוא מתחת לחוזק התשואה, ומאשר שמבנה הרוטור עומד בדרישות מכניות.

עבור מנועי מגנט קבועים בעלי כוח קטן במהירות גבוהה, מוצע מבנה רוטור משובץ באופן משיק המבוסס על מגנטים טרפזואליים כדי לפשט את תהליך הייצור. תוצאות סימולציה של אלמנט סופי מצביעות על כך שקביעת פרמטרי המגנט דורשת שיקול מקיף של מומנט תפוקה, אדווה מומנט, תהליכי ייצור ושגיאות. מיטוב המשטח החיצוני של הרוטור יכול להפחית עוד יותר את אדווה המומנט. המחקר מראה שמבנה הרוטור המנוע החדש מפשט משמעותית את עיבוד הרוטור והעלויות עם השפעה מינימלית על ביצועי המומנט, ומספק חווית תכנון הנדסית יקרת ערך והתייחסות למיטוב מנוע מסוג זה.