Studija o optimizaciji strukture rotora motora s trajnim magnetima velike brzine s tangencijalno ugrađenim trapezoidnim magnetima

U kontekstu male snage brzi motori s permanentnim magnetima , kako bi se zadovoljili zahtjevi naprezanja strukture rotora i pojednostavio proizvodni proces, predlaže se tangencijalno ugrađena struktura rotora temeljena na trapezoidnim magnetima. Pod pretpostavkom ispunjavanja osnovnih zahtjeva dizajna motora, parametri strukture rotora su optimizirani. Simulacija konačnih elemenata koristi se za analizu učinaka koeficijenta polarnog luka i strukture površine rotora na zakretni moment, prosječni zakretni moment i valovitost zakretnog momenta. Također se provode provjere strukturnih naprezanja.

Kako bi se dodatno pojednostavio proces proizvodnje i sastavljanja rotora motora, čineći ga prikladnijim za primjene pri velikim brzinama, ova studija predlaže novu tangencijalno ugrađenu strukturu rotora temeljenu na trapezoidnim magnetima za motore male snage s permanentnim magnetima koji koriste koncentrirane namotaje s frakcijskim utorima. Sa statorom koji koristi strukturu segmentirane jezgre, struktura površine rotora je optimizirana. Detaljna analiza o tome kako ti parametri strukture rotora utječu na valovitost zakretnog momenta i prosječni zakretni moment daje vrijednu referencu za dizajn takvih motora.

Motor usvaja koncentrirane namote s frakcijskim utorima, a stator koristi strukturu segmentiranog sklopa, olakšavajući automatizirane procese namotavanja i smanjujući troškove proizvodnje i obrade. Rotor ima 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 montaže.

Optimizacija strukture rotora motora podijeljena je u dva dijela: optimizacija parametara strukture magneta i parametara strukture površine rotora. Parametri strukture magneta uključuju širinu donje baze L1, širinu gornje baze L2 i visinu. Širina donje baze L1 i visina mogu se prethodno odrediti na temelju strukture motora. Unutarnji promjer rotora ograničen je osovinom motora, a s obzirom na zahtjeve obrade i sastavljanja rotora, debljina unutarnjeg prstena rotora je u osnovi fiksna. Stoga je visina magneta unaprijed određena i ne smatra se optimizacijskim parametrom.

Bez razmatranja zasićenja, volumen magneta u rotoru proporcionalan je stalnom magnetskom toku rotora motora. Kako bi se osigurala sposobnost izlaznog momenta motora, širina donje baze trapezoidnih magneta mora biti maksimizirana prije optimizacije strukture rotora. Međutim, veća širina donje baze rezultira manjom širinom spojnog mosta u jezgri rotora, što utječe na naprezanje rotora. Načelo za određivanje širine donje baze magneta je minimiziranje širine mosta uz osiguranje da naprezanje rotora zadovoljava zahtjeve. Nakon što se odredi širina donje baze, metode konačnih elemenata se koriste za definiranje dimenzija gornje baze.

Kako bi se osiguralo da mehanička čvrstoća strukture rotora motora zadovoljava radne zahtjeve, trodimenzionalni model strukture rotora uspostavljen je korištenjem metoda konačnih elemenata. Primjenom rotacijskog inercijskog opterećenja nazivne brzine motora provjerava se strukturno naprezanje rotora. Slika 2 prikazuje mapu oblaka raspodjele naprezanja rotora motora, pokazujući maksimalno naprezanje jezgre rotora od 0,98 MPa. S obzirom na to da je materijal rotora motora silikonski čelik s granicom tečenja od 405 MPa, maksimalno naprezanje pod ovim uvjetima je ispod granice tečenja, što potvrđuje da struktura rotora zadovoljava mehaničke zahtjeve.

Za brze motore s trajnim magnetima male snage predlaže se tangencijalno ugrađena struktura rotora temeljena na trapezoidnim magnetima kako bi se pojednostavio proizvodni proces. Rezultati simulacije konačnih elemenata pokazuju da određivanje parametara magneta zahtijeva sveobuhvatno razmatranje izlaznog momenta, valovitosti momenta, proizvodnih procesa i grešaka. Optimiziranje vanjske površine rotora može dodatno smanjiti valovitost momenta. Studija pokazuje da nova struktura rotora motora značajno pojednostavljuje obradu rotora i troškove s minimalnim utjecajem na izvedbu zakretnog momenta, pružajući dragocjeno iskustvo inženjerskog dizajna i referencu za optimizaciju ove vrste motora.