Studi Optimasi Struktur Rotor Motor Magnet Permanen Berkecepatan Tinggi dengan Magnet Trapesium Tertanam Tangensial

Dalam konteks kekuatan kecil motor magnet permanen berkecepatan tinggi , untuk memenuhi persyaratan tegangan struktur rotor dan menyederhanakan proses produksi, diusulkan struktur rotor yang tertanam secara tangensial berdasarkan magnet trapesium. Dengan alasan memenuhi persyaratan desain dasar motor, parameter struktur rotor dioptimalkan. Simulasi elemen hingga digunakan untuk menganalisis pengaruh koefisien busur kutub dan struktur permukaan rotor terhadap torsi cogging, torsi rata-rata, dan riak torsi. Pemeriksaan stres struktural juga dilakukan.

Untuk lebih menyederhanakan proses pembuatan dan perakitan rotor motor, sehingga lebih cocok untuk aplikasi kecepatan tinggi, penelitian ini mengusulkan struktur rotor tertanam tangensial baru berdasarkan magnet trapesium untuk motor magnet permanen berdaya kecil menggunakan belitan terkonsentrasi slot fraksional. Dengan stator menggunakan struktur inti tersegmentasi, struktur permukaan rotor dioptimalkan. Analisis rinci tentang bagaimana parameter struktur rotor mempengaruhi riak torsi dan torsi rata-rata memberikan referensi berharga untuk desain motor tersebut.

Motor mengadopsi belitan terkonsentrasi slot pecahan, dan stator menggunakan struktur perakitan tersegmentasi, memfasilitasi proses penggulungan otomatis dan mengurangi biaya produksi dan pemrosesan. Rotor menggunakan struktur yang tertanam secara tangensial, dengan magnet trapesium yang dimasukkan langsung ke dalam slot rotor. Dibandingkan dengan struktur rotor tangensial tradisional, desain baru ini mengurangi biaya pemrosesan inti rotor dan menyederhanakan proses perakitan.

Optimalisasi struktur rotor motor dibagi menjadi dua bagian yaitu optimasi parameter struktur magnet dan parameter struktur permukaan rotor. Parameter struktur magnet meliputi lebar alas bawah L1, lebar alas atas L2, dan tinggi. Lebar alas bawah L1 dan tingginya dapat ditentukan terlebih dahulu berdasarkan struktur motor. Diameter bagian dalam rotor dibatasi oleh poros motor, dan dengan mempertimbangkan persyaratan pemrosesan dan perakitan rotor, ketebalan cincin bagian dalam rotor pada dasarnya tetap. Dengan demikian, ketinggian magnet telah ditentukan sebelumnya dan tidak dianggap sebagai parameter optimasi.

Tanpa mempertimbangkan saturasi, volume magnet pada rotor sebanding dengan hubungan fluks magnet permanen rotor motor. Untuk memastikan kemampuan keluaran torsi motor, lebar alas bawah magnet trapesium harus dimaksimalkan sebelum mengoptimalkan struktur rotor. Namun, lebar alas bawah yang lebih besar menghasilkan lebar jembatan penghubung yang lebih kecil di inti rotor, sehingga mempengaruhi tegangan rotor. Prinsip penentuan lebar alas bawah magnet adalah meminimalkan lebar jembatan sekaligus memastikan tegangan rotor memenuhi persyaratan. Setelah lebar alas bawah ditentukan, metode elemen hingga digunakan untuk menentukan dimensi alas atas.

Untuk memastikan kekuatan mekanik struktur rotor motor memenuhi persyaratan operasional, model tiga dimensi struktur rotor dibuat menggunakan metode elemen hingga. Dengan menerapkan beban inersia rotasi pada kecepatan pengenal motor, tegangan struktural rotor diverifikasi. Gambar 2 menunjukkan peta awan distribusi tegangan rotor motor yang menunjukkan tegangan inti rotor maksimum sebesar 0,98 MPa. Mengingat bahan rotor motor adalah baja silikon dengan kekuatan luluh 405 MPa, tegangan maksimum pada kondisi ini berada di bawah kekuatan luluh, sehingga menegaskan bahwa struktur rotor memenuhi persyaratan mekanis.

Untuk motor magnet permanen berdaya kecil berkecepatan tinggi, struktur rotor yang tertanam secara tangensial berdasarkan magnet trapesium diusulkan untuk menyederhanakan proses produksi. Hasil simulasi elemen hingga menunjukkan bahwa penentuan parameter magnet memerlukan pertimbangan komprehensif terhadap torsi keluaran, riak torsi, proses pembuatan, dan kesalahan. Mengoptimalkan permukaan luar rotor dapat mengurangi riak torsi lebih lanjut. Studi menunjukkan bahwa struktur rotor motor baru secara signifikan menyederhanakan pemrosesan dan biaya rotor dengan dampak minimal terhadap kinerja torsi, memberikan pengalaman desain teknik yang berharga dan referensi untuk mengoptimalkan jenis motor ini.