Studija o optimizaciji brzih stalnih magnetskih rotora magneta s tangencijalno ugrađenim trapezoidnim magnetima

U kontekstu male moći Motori velike brzine magneta , kako bi zadovoljili su potrebe za naprezanjem strukture rotora i pojednostavili proces proizvodnje, predložena je tangencijalno ugrađena struktura rotora na temelju trapezoidnih magneta. Pod pretpostavkom ispunjavanja osnovnih zahtjeva za dizajnom motora, optimizirani su parametri strukture rotora. Simulacija konačnih elemenata koristi se za analizu učinaka koeficijenta luka pole i površinske strukture rotora na moment za kockanje, prosječni okretni moment i pucanje okretnog momenta. Također se provode strukturne provjere naprezanja.

Kako bi se dodatno pojednostavio postupak proizvodnje i montaže motornog rotora, što ga čini prikladnijim za brze primjene, ovo istraživanje predlaže novu tangencijalno ugrađenu strukturu rotora koja se temelji na trapezoidnim magnetima za stalne motore magnetske snage pomoću koncentriranih namota frakcijskih uzoraka. S statorom koji koristi segmentiranu strukturu jezgre, optimizirana je struktura površine rotora. Detaljna analiza kako ovi parametri strukture rotora utječu na pucanje okretnog momenta i prosječni okretni moment daje vrijednu referencu za dizajn takvih motora.

Motor prihvaća frakcijsko koncentrirane namote, a stator koristi segmentiranu strukturu montaže, olakšavajući automatizirane procese namotavanja i smanjujući troškove proizvodnje i prerade. Rotor koristi tangencijalno ugrađenu strukturu, s trapezoidnim magnetima izravno umetnutim u utore rotora. U usporedbi s tradicionalnim tangencijalnim strukturama rotora, ovaj novi dizajn smanjuje troškove obrade jezgre rotora i pojednostavljuje procese sastavljanja.

Optimizacija strukture rotora motora podijeljena je u dva dijela: optimizacija parametara magnetne strukture i parametre površinske strukture rotora. Parametri strukture magneta uključuju širinu donje baze L1, širinu gornje baze L2 i visinu. Širina donje baze L1 i visine mogu se preliminarno odrediti na temelju motoričke strukture. Unutarnji promjer rotora ograničen je motornim osovinom, a s obzirom na zahtjeve za obradu i sklop rotora, debljina unutarnjeg prstena rotora u osnovi je fiksirana. Dakle, visina magneta je unaprijed određena i ne smatra se parametrom optimizacije.

Bez razmatranja zasićenja, volumen magneta u rotoru proporcionalan je trajnom magnetskom fluksu veze motornog rotora. Da bi se osigurala izlazna sposobnost momenta motora, širina donje baze trapezoidnih magneta mora se maksimizirati prije optimizacije strukture rotora. Međutim, veća niža širina baze rezultira manjom širinom spojnog mosta u jezgri rotora, što utječe na naprezanje rotora. Načelo za određivanje niže širine magneta je minimiziranje širine mosta, a pritom osiguravanje da napon rotora ispuni zahtjeve. Jednom kada se utvrdi donja širina baze, metode konačnih elemenata koriste se za definiranje dimenzija gornje baze.

Kako bi se osigurala da mehanička čvrstoća strukture motornog rotora ispunjava operativne potrebe, uspostavljen je trodimenzionalni model strukture rotora pomoću metoda konačnih elemenata. Primjenjujući rotacijsko inercijsko opterećenje motorne označene brzine, potvrđen je strukturni napon rotora. Na slici 2 prikazana je mapa oblaka raspodjele napona rotora motora, što ukazuje na maksimalni napon jezgre rotora od 0,98 MPa. S obzirom da je materijal rotora motora silikonski čelik s čvrstoćom prinosa od 405 MPa, maksimalni napon u tim uvjetima je ispod čvrstoće prinosa, što potvrđuje da struktura rotora ispunjava mehaničke zahtjeve.

Za velike motore magnetske male snage, predlaže se tangencijalno ugrađena struktura rotora koja se temelji na trapezoidnim magnetima kako bi se pojednostavio proces proizvodnje. Rezultati simulacije konačnih elemenata pokazuju da određivanje parametara magneta zahtijeva sveobuhvatno razmatranje izlaznog zakretnog momenta, pucanja zakretnog momenta, proizvodnih procesa i pogrešaka. Optimiziranje vanjske površine rotora može dodatno smanjiti pucanje zakretnog momenta. Studija pokazuje da nova struktura motornih rotora značajno pojednostavljuje obradu rotora i troškove s minimalnim utjecajem na performanse okretnog momenta, pružajući dragocjeno iskustvo inženjerskog dizajna i reference za optimizaciju ove vrste motora.