Studie om optimalisering av høyhastighets permanentmagnetmotorrotorstruktur med tangensielt innebygde trapesmagneter

I sammenheng med liten makt høyhastighets permanentmagnetmotorer , for å møte spenningskravene til rotorstrukturen og forenkle produksjonsprosessen, foreslås en tangentielt innebygd rotorstruktur basert på trapesmagneter. Under forutsetningen om å oppfylle de grunnleggende designkravene til motoren, optimaliseres rotorstrukturparametrene. Finite element-simulering brukes for å analysere effekten av polbuekoeffisient og rotoroverflatestruktur på tannhjulsmoment, gjennomsnittlig dreiemoment og dreiemomentrippel. Det gjennomføres også strukturelle stresskontroller.

For ytterligere å forenkle produksjons- og monteringsprosessen til motorrotoren, noe som gjør den mer egnet for høyhastighetsapplikasjoner, foreslår denne studien en ny tangentielt innebygd rotorstruktur basert på trapesmagneter for småkraftige permanentmagnetmotorer ved bruk av konsentrerte viklinger med fraksjonert spor. Når statoren bruker en segmentert kjernestruktur, er rotorens overflatestruktur optimalisert. Detaljert analyse av hvordan disse rotorstrukturparametrene påvirker dreiemomentrippel og gjennomsnittlig dreiemoment gir verdifull referanse for utformingen av slike motorer.

Motoren tar i bruk konsentrerte viklinger med fraksjonerte spor, og statoren bruker en segmentert monteringsstruktur, som letter automatiserte viklingsprosesser og reduserer produksjons- og prosesseringskostnadene. Rotoren benytter en tangentielt innebygd struktur, med trapesformede magneter direkte satt inn i rotorspaltene. Sammenlignet med tradisjonelle tangentielle rotorstrukturer, reduserer denne nye designen prosesseringskostnadene for rotorkjerne og forenkler monteringsprosessene.

Optimaliseringen av motorrotorstrukturen er delt inn i to deler: optimalisering av magnetstrukturparametrene og rotoroverflatestrukturparametrene. Magnetstrukturparametrene inkluderer bredden på den nedre basen L1, bredden på den øvre basen L2 og høyden. Bredden på den nedre basen L1 og høyden kan foreløpig bestemmes basert på motorstrukturen. Rotorens indre diameter er begrenset av motorakselen, og med tanke på rotorens prosesserings- og monteringskrav, er tykkelsen på rotorens indre ring i hovedsak fast. Dermed er høyden på magnetene forhåndsbestemt og betraktes ikke som en optimaliseringsparameter.

Uten å ta hensyn til metning, er volumet av magnetene i rotoren proporsjonalt med den permanente magnetiske flukskoblingen til motorrotoren. For å sikre motorens utgangsevne for dreiemoment, må bredden på den nedre bunnen av trapesmagnetene maksimeres før rotorstrukturen optimaliseres. En større lavere basebredde resulterer imidlertid i en mindre forbindelsesbrobredde i rotorkjernen, noe som påvirker rotorens spenning. Prinsippet for å bestemme den nedre bunnbredden til magnetene er å minimere brobredden samtidig som man sikrer at rotorspenningen oppfyller kravene. Når den nedre basens bredde er bestemt, brukes endelige elementmetoder for å definere dimensjonene til den øvre basen.

For å sikre at den mekaniske styrken til motorrotorstrukturen oppfyller operasjonelle krav, etableres en tredimensjonal modell av rotorstrukturen ved bruk av endelige elementmetoder. Ved å påføre rotasjonstreghetsbelastningen til motorens nominelle hastighet, blir den strukturelle spenningen til rotoren verifisert. Figur 2 viser spenningsfordelingsskykartet for motorrotoren, som indikerer en maksimal rotorkjernespenning på 0,98 MPa. Gitt at motorrotormaterialet er silisiumstål med en flytegrense på 405 MPa, er maksimal spenning under disse forholdene under flytegrensen, noe som bekrefter at rotorstrukturen oppfyller mekaniske krav.

For høyhastighets permanentmagnetmotorer med liten effekt, foreslås en tangentielt innebygd rotorstruktur basert på trapesformede magneter for å forenkle produksjonsprosessen. Simuleringsresultater med endelige elementer indikerer at bestemmelse av magnetparametere krever omfattende vurdering av utgangsmoment, dreiemomentrippel, produksjonsprosesser og feil. Optimalisering av rotorens ytre overflate kan redusere dreiemomentrippel ytterligere. Studien viser at den nye motorrotorstrukturen betydelig forenkler rotorbehandling og kostnader med minimal innvirkning på dreiemomentytelsen, og gir verdifull erfaring med ingeniørdesign og referanse for optimalisering av denne typen motor.