Tanulmány a nagy sebességű állandó mágneses motor forgórészeinek szerkezetének optimalizálásáról érintőlegesen beágyazott trapézmágnesekkel

A kis hatalom összefüggésében A nagy sebességű állandó mágneses motorok , a rotorszerkezet feszültségigényének kielégítésére és a gyártási folyamat egyszerűsítésére egy tangenciálisan beágyazott, trapézmágneseken alapuló rotorszerkezetet javasolnak. A motor alapvető tervezési követelményeinek való megfelelés alapján a forgórész szerkezeti paraméterei optimalizálva vannak. Végeselem-szimulációt alkalmaznak a pólusív-együttható és a forgórész felületi szerkezetének a fogazási nyomatékra, az átlagos nyomatékra és a nyomaték hullámzására gyakorolt ​​hatásának elemzésére. Strukturális stresszellenőrzéseket is végeznek.

A motor forgórészének gyártási és összeszerelési folyamatának további egyszerűsítése, valamint a nagy sebességű alkalmazásokhoz való alkalmasabbá tétele érdekében ez a tanulmány egy új, tangenciálisan beágyazott forgórész-szerkezetet javasol, amely trapéz alakú mágneseken alapul kis teljesítményű állandó mágneses motorokhoz, amelyek töredékrés koncentrált tekercseket használnak. A szegmentált magszerkezetű állórésznél a forgórész felületének szerkezete optimalizálható. Annak részletes elemzése, hogy ezek a rotorszerkezeti paraméterek hogyan befolyásolják a nyomaték hullámzását és az átlagos nyomatékot, értékes referenciaként szolgál az ilyen motorok tervezéséhez.

A motor töredékréses koncentrált tekercseket alkalmaz, az állórész pedig szegmentált összeszerelési struktúrát használ, ami megkönnyíti az automatizált tekercselési folyamatokat, valamint csökkenti a gyártási és feldolgozási költségeket. A forgórész tangenciálisan beágyazott szerkezettel rendelkezik, trapéz alakú mágnesekkel közvetlenül a rotor réseibe. A hagyományos tangenciális rotorszerkezetekhez képest ez az új kialakítás csökkenti a rotormag feldolgozási költségeit és leegyszerűsíti az összeszerelési folyamatokat.

A motor forgórész szerkezetének optimalizálása két részre oszlik: a mágnesszerkezeti paraméterek és a forgórész felületszerkezeti paramétereinek optimalizálása. A mágnesszerkezet paraméterei közé tartozik az alsó L1 alap szélessége, a felső L2 alap szélessége és a magassága. Az alsó L1 alap szélessége és magassága a motorszerkezet alapján előzetesen meghatározható. A rotor belső átmérőjét a motor tengelye korlátozza, és figyelembe véve a rotor feldolgozási és összeszerelési követelményeit, a rotor belső gyűrűjének vastagsága lényegében rögzített. Így a mágnesek magassága előre meghatározott, és nem tekinthető optimalizálási paraméternek.

A telítettség figyelembevétele nélkül a forgórészben lévő mágnesek térfogata arányos a motor forgórészének állandó mágneses fluxusának kapcsolatával. A motor nyomatékkimeneti képességének biztosítása érdekében a forgórész szerkezetének optimalizálása előtt maximalizálni kell a trapézmágnesek alsó talpának szélességét. A kisebb alapszélesség azonban kisebb összekötő hídszélességet eredményez a rotormagban, ami befolyásolja a rotor feszültségét. A mágnesek alsó alapszélességének meghatározásának alapelve a hídszélesség minimalizálása, miközben a rotor feszültsége megfelel a követelményeknek. Az alsó alapszélesség meghatározása után végeselemes módszerekkel határozzák meg a felső alap méreteit.

Annak biztosítására, hogy a motor forgórészszerkezetének mechanikai szilárdsága megfeleljen az üzemi követelményeknek, végeselemes módszerekkel háromdimenziós modellt készítünk a forgórészszerkezetről. A motor névleges fordulatszámának forgási tehetetlenségi terhelése mellett a forgórész szerkezeti feszültsége igazolható. A 2. ábra a motor forgórészének feszültségeloszlási felhőtérképét mutatja, amely 0,98 MPa maximális rotormagfeszültséget jelez. Tekintettel arra, hogy a motor rotor anyaga 405 MPa folyáshatárú szilícium acél, a maximális feszültség ilyen körülmények között a folyáshatár alatt van, ami megerősíti, hogy a forgórész szerkezete megfelel a mechanikai követelményeknek.

A nagy sebességű, kis teljesítményű állandó mágneses motorokhoz a gyártási folyamat egyszerűsítése érdekében trapézmágneseken alapuló, tangenciálisan beágyazott rotorszerkezetet javasolnak. A végeselemes szimulációs eredmények azt mutatják, hogy a mágnes paramétereinek meghatározása a kimeneti nyomaték, a nyomaték hullámzás, a gyártási folyamatok és a hibák átfogó figyelembevételét igényli. A forgórész külső felületének optimalizálása tovább csökkentheti a nyomaték hullámzását. A tanulmány azt mutatja, hogy az új motor rotorszerkezete jelentősen leegyszerűsíti a forgórész feldolgozását és a költségeket, miközben minimális hatással van a nyomatékteljesítményre, értékes mérnöki tervezési tapasztalatot és referenciát biztosítva az ilyen típusú motorok optimalizálásához.