台形磁石を接線方向に埋め込んだ高速永久磁石モータロータ構造の最適化に関する研究

小さな電力の文脈で 高速永久磁石モータでは、, ロータ構造の応力要件を満たし、製造プロセスを簡素化するために、台形磁石をベースとした接線方向に埋め込まれたロータ構造が提案されています。モーターの基本設計要件を満たすことを前提として、ローター構造パラメーターが最適化されます。有限要素法シミュレーションを利用して、極アーク係数とロータ表面構造がコギングトルク、平均トルク、トルクリップルに及ぼす影響を解析します。構造ストレスチェックも実施します。

モータロータの製造および組立プロセスをさらに簡素化し、高速アプリケーションにより適したものにするために、この研究では、分数スロット集中巻を使用する小電力永久磁石モータ用の、台形磁石に基づく新しい接線方向に埋め込まれたロータ構造を提案します。ステータは分割コア構造を採用し、ロータの表面構造を最適化。これらのロータ構造パラメータがトルクリップルや平均トルクにどのような影響を与えるかを詳細に分析することで、このようなモータの設計に貴重な参考資料が得られます。

モーターは分数スロット集中巻を採用し、ステーターは分割組立構造を採用することで、巻線工程の自動化を容易にし、製造コストと加工コストを削減します。ロータは、ロータスロットに台形磁石を直接挿入したタンジェンシャル埋め込み構造を採用しています。従来の接線ローター構造と比較して、この新しい設計はローターコアの加工コストを削減し、組み立てプロセスを簡素化します。

モーターのローター構造の最適化は、磁石構造パラメーターの最適化とローター表面構造パラメーターの最適化の 2 つの部分に分かれています。磁石構造パラメータには、下底の幅Ｌ１、上底の幅Ｌ２、および高さが含まれる。下ベースＬ１の幅および高さは、モータの構造に基づいて予め定めることができる。ローターの内径はモーターのシャフトによって制限され、ローターの加工や組み立ての要件を考慮すると、ローターの内輪の厚さは基本的に固定されます。したがって、磁石の高さは事前に決定されており、最適化パラメータとはみなされません。

飽和を考慮しないと、ローター内の磁石の体積はモーターローターの永久磁束鎖交に比例します。モーターのトルク出力能力を確保するには、ローター構造を最適化する前に、台形マグネットの下底の幅を最大化する必要があります。ただし、下部ベース幅が大きくなると、ローター コア内の接続ブリッジ幅が小さくなり、ローターの応力に影響します。磁石の下側ベース幅を決定する原則は、ローター応力が要件を満たしていることを確認しながらブリッジ幅を最小限に抑えることです。下底の幅が決定したら、有限要素法を使用して上底の寸法を定義します。

モーターのローター構造の機械的強度が動作要件を満たしていることを確認するために、有限要素法を使用してローター構造の 3 次元モデルが確立されます。モータの定格回転数の回転慣性負荷を与え、ロータの構造応力を検証します。図 2 は、モーター ローターの応力分布雲マップを示しており、ローター コアの最大応力が 0.98 MPa であることを示しています。モーターローターの材質が降伏強度 405 MPa のケイ素鋼であるとすると、これらの条件下での最大応力は降伏強度を下回っており、ローター構造が機械的要件を満たしていることが確認されます。

高速小出力永久磁石モータでは、製造プロセスを簡素化するために、台形磁石をベースとした接線方向に埋め込まれたロータ構造が提案されています。有限要素シミュレーションの結果は、磁石のパラメータを決定するには、出力トルク、トルクリップル、製造プロセス、誤差を総合的に考慮する必要があることを示しています。ローター外面の最適化により、トルクリップルをさらに低減します。この調査では、新しいモーターローター構造により、トルク性能への影響を最小限に抑えながらローターの加工とコストが大幅に簡素化され、このタイプのモーターを最適化するための貴重なエンジニアリング設計の経験と参考資料が提供されることが示されています。