Onderzoek naar de optimalisatie van de structuur van permanente magneetmotorrotoren met hoge snelheid met tangentieel ingebedde trapeziumvormige magneten

In de context van kleine macht Hogesnelheidsmotoren met permanente magneet , Om aan de spanningseisen van de rotorstructuur te voldoen en het productieproces te vereenvoudigen, wordt een tangentieel ingebedde rotorstructuur op basis van trapeziumvormige magneten voorgesteld. Onder het uitgangspunt om te voldoen aan de basisontwerpvereisten van de motor, worden de parameters van de rotorstructuur geoptimaliseerd. Eindige-elementensimulatie wordt gebruikt om de effecten van de poolboogcoëfficiënt en de rotoroppervlakstructuur op het tandwielkoppel, het gemiddelde koppel en de koppelrimpel te analyseren. Er worden ook structurele stresschecks uitgevoerd.

Om het fabricage- en assemblageproces van de motorrotor verder te vereenvoudigen, waardoor deze geschikter wordt voor hogesnelheidstoepassingen, stelt deze studie een nieuwe tangentieel ingebedde rotorstructuur voor op basis van trapeziumvormige magneten voor permanente magneetmotoren met klein vermogen die gebruik maken van geconcentreerde wikkelingen met fractionele sleuven. Doordat de stator een gesegmenteerde kernstructuur gebruikt, wordt de oppervlaktestructuur van de rotor geoptimaliseerd. Gedetailleerde analyse van hoe deze rotorstructuurparameters de koppelrimpel en het gemiddelde koppel beïnvloeden, biedt waardevolle referentie voor het ontwerp van dergelijke motoren.

De motor maakt gebruik van geconcentreerde wikkelingen met fractionele sleuven, en de stator maakt gebruik van een gesegmenteerde assemblagestructuur, waardoor geautomatiseerde wikkelprocessen worden vergemakkelijkt en de productie- en verwerkingskosten worden verlaagd. De rotor maakt gebruik van een tangentieel ingebedde structuur, waarbij trapeziumvormige magneten rechtstreeks in de rotorsleuven worden gestoken. Vergeleken met traditionele tangentiële rotorstructuren verlaagt dit nieuwe ontwerp de verwerkingskosten van de rotorkern en vereenvoudigt het de assemblageprocessen.

De optimalisatie van de motorrotorstructuur is verdeeld in twee delen: optimalisatie van de magneetstructuurparameters en de rotoroppervlakstructuurparameters. De magneetstructuurparameters omvatten de breedte van de onderste basis L1, de breedte van de bovenste basis L2 en de hoogte. De breedte van de onderste basis L1 en de hoogte kunnen voorlopig worden bepaald op basis van de motorstructuur. De binnendiameter van de rotor wordt beperkt door de motoras, en gezien de vereisten voor verwerking en montage van de rotor, ligt de dikte van de binnenring van de rotor in wezen vast. De hoogte van de magneten wordt dus vooraf bepaald en wordt niet als een optimalisatieparameter beschouwd.

Zonder rekening te houden met de verzadiging is het volume van de magneten in de rotor evenredig met de permanente magnetische fluxkoppeling van de motorrotor. Om het koppelvermogen van de motor te garanderen, moet de breedte van de onderste basis van de trapeziumvormige magneten worden gemaximaliseerd voordat de rotorstructuur wordt geoptimaliseerd. Een grotere lagere basisbreedte resulteert echter in een kleinere verbindingsbrugbreedte in de rotorkern, waardoor de rotorspanning wordt beïnvloed. Het principe voor het bepalen van de lagere basisbreedte van de magneten is het minimaliseren van de brugbreedte, terwijl ervoor wordt gezorgd dat de rotorspanning aan de eisen voldoet. Zodra de onderste basisbreedte is bepaald, worden eindige-elementenmethoden gebruikt om de afmetingen van de bovenste basis te definiëren.

Om ervoor te zorgen dat de mechanische sterkte van de motorrotorstructuur voldoet aan de operationele vereisten, wordt een driedimensionaal model van de rotorstructuur opgesteld met behulp van eindige-elementenmethoden. Door de rotatietraagheidsbelasting van het nominale toerental van de motor toe te passen, wordt de structurele spanning van de rotor geverifieerd. Figuur 2 toont de spanningsverdelingswolkkaart van de motorrotor, die een maximale rotorkernspanning van 0,98 MPa aangeeft. Gegeven dat het motorrotormateriaal siliciumstaal is met een vloeigrens van 405 MPa, ligt de maximale spanning onder deze omstandigheden onder de vloeigrens, wat bevestigt dat de rotorstructuur aan mechanische eisen voldoet.

Voor snelle permanente magneetmotoren met klein vermogen wordt een tangentieel ingebedde rotorstructuur op basis van trapeziumvormige magneten voorgesteld om het productieproces te vereenvoudigen. Eindige-elementensimulatieresultaten geven aan dat het bepalen van de magneetparameters een uitgebreide overweging vereist van het uitgangskoppel, de koppelrimpel, productieprocessen en fouten. Het optimaliseren van het buitenoppervlak van de rotor kan de koppelrimpel verder verminderen. Uit het onderzoek blijkt dat de nieuwe motorrotorstructuur de rotorverwerking en -kosten aanzienlijk vereenvoudigt met minimale impact op de koppelprestaties, wat waardevolle technische ontwerpervaring en referentie oplevert voor het optimaliseren van dit type motor.