Badanie optymalizacji szybkiej struktury wirników silnika stałego magnesu z stycznie osadzonymi magnesami trapezoidalnymi

W kontekście małej mocy Szybkie silniki magnesu stałego, , aby spełnić wymagania naprężenia struktury wirnika i uprościć proces produkcji, proponowana jest stycznie osadzona struktura wirnika oparta na magnesach trapezoidalnych. Zgodnie z założeniem spełnienia podstawowych wymagań projektowych silnika parametry struktury wirnika są zoptymalizowane. Symulacja elementu skończonego stosuje się do analizy wpływu współczynnika łuku bieguna i struktury powierzchni wirnika na moment obrotowy, średni moment obrotowy i fala momentu obrotowego. Przeprowadzane są również kontrole naprężeń strukturalnych.

Aby jeszcze bardziej uprościć proces produkcji i montażu wirnika silnika, co czyni go bardziej odpowiednim do zastosowań o dużej prędkości, to badanie zaproponuje nową stycznie osadzoną strukturę wirnika opartą na magnesach trapezoidalnych dla silników magnesu stałego małej mocy przy użyciu uzwojeń stężonych z rozkładem ułamkowym. Ze stojana przy użyciu segmentowej struktury rdzenia, struktura powierzchni wirnika jest zoptymalizowana. Szczegółowa analiza tego, w jaki sposób te parametry struktury wirnika wpływają na tętnienie momentu obrotowego i średni moment obrotowy zapewnia cenne odniesienie do projektowania takich silników.

Silnik przyjmuje uzwojenia skoncentrowane ułamkiem, a stojan wykorzystuje segmentową strukturę montażu, ułatwiając zautomatyzowane procesy uzwojenia oraz zmniejszając koszty produkcji i przetwarzania. Rotor wykorzystuje strukturę stycznie osadzoną, z trapezoidalnymi magnesami bezpośrednio włożonymi do gniazda wirnika. W porównaniu z tradycyjnymi strukturami wirnika stycznego, ten nowy projekt zmniejsza koszty przetwarzania rdzenia wirnika i upraszcza procesy montażu.

Optymalizacja struktury wirnika silnika jest podzielona na dwie części: optymalizacja parametrów struktury magnesu i parametrów struktury powierzchni wirnika. Parametry struktury magnesu obejmują szerokość dolnej podstawy L1, szerokość górnej podstawy L2 i wysokość. Szerokość dolnej podstawy L1 i wysokość można wstępnie określić na podstawie struktury silnika. Wewnętrzna średnica wirnika jest ograniczona przez wał silnikowy, a biorąc pod uwagę wymagania dotyczące przetwarzania i montażu wirnika, grubość pierścienia wewnętrznego wirnika jest zasadniczo ustalona. Zatem wysokość magnesów jest z góry określona i nie jest uważana za parametr optymalizacji.

Bez rozważenia nasycenia objętość magnesów w wirniku jest proporcjonalna do stałego połączenia strumienia magnetycznego wirnika silnika. Aby zapewnić możliwość wyjściowego momentu obrotowego silnika, szerokość dolnej podstawy magnesów trapezoidalnych należy zmaksymalizować przed optymalizacją struktury wirnika. Jednak większa niższa szerokość podstawy powoduje mniejszą szerokość mostu łączącego w rdzeniu wirnika, wpływając na naprężenie wirnika. Zasada określania niższej szerokości podstawy magnesów jest zminimalizowanie szerokości mostu przy jednoczesnym zapewnieniu, że naprężenie wirnika spełnia wymagania. Po określeniu dolnej szerokości podstawy stosowane są metody elementów skończonych do zdefiniowania wymiarów górnej podstawy.

Aby zapewnić, że siła mechaniczna struktury wirnika silnika spełnia wymagania operacyjne, ustalono trójwymiarowy model struktury wirnika przy użyciu metod elementów skończonych. Stosując obrotowe obciążenie bezwładności prędkości znamionowej silnika, weryfikuje się naprężenie strukturalne wirnika. Ryc. 2 pokazuje mapę chmur rozkładu naprężenia wirnika silnika, wskazując maksymalne naprężenie rdzenia wirnika wynoszące 0,98 MPa. Biorąc pod uwagę, że materiał wirnika silnika jest stalą krzemową o granicy plastyczności 405 MPa, maksymalne naprężenie w tych warunkach jest poniżej granicy plastyczności, co potwierdza, że ​​struktura wirnika spełnia wymagania mechaniczne.

W przypadku szybkich silników magnesu stałego małej mocy proponuje się stycznie osadzona struktura wirnika oparta na magnesach trapezoidalnych w celu uproszczenia procesu produkcyjnego. Wyniki symulacji elementów skończonych wskazują, że określanie parametrów magnesu wymaga kompleksowego rozważenia momentu wyjściowego, falach momentu obrotowego, procesów produkcyjnych i błędów. Optymalizacja zewnętrznej powierzchni wirnika może jeszcze bardziej zmniejszyć tętnienie momentu obrotowego. Badanie pokazuje, że nowa struktura wirnika silnika znacznie upraszcza przetwarzanie i koszty wirnika przy minimalnym wpływie na wydajność momentu obrotowego, zapewniając cenne doświadczenie projektowania inżynierii i odniesienie do optymalizacji tego rodzaju silnika.