Studiu privind optimizarea structurii rotorilor cu motor cu magnet permanent de mare viteză cu magneți trapezoidali încorporați tangențial

În contextul puterii mici Motoarele cu magnet permanent de mare viteză , pentru a îndeplini cerințele de stres ale structurii rotorului și a simplifica procesul de producție, este propusă o structură rotor încorporată tangențial bazată pe magneți trapezoidali. În conformitate cu premisa de a îndeplini cerințele de bază ale proiectării motorului, parametrii structurii rotorului sunt optimizați. Simularea elementelor finite este folosită pentru a analiza efectele coeficientului arcului pol și a structurii suprafeței rotorului asupra cuplului de cogging, a cuplului mediu și a ondulării cuplului. Se efectuează și verificări de stres structural.

Pentru a simplifica în continuare procesul de fabricație și asamblare a rotorului motorului, ceea ce îl face mai potrivit pentru aplicații de mare viteză, acest studiu propune o nouă structură rotor încorporată tangențial bazată pe magneți trapezoidali pentru motoarele cu magnet permanent cu putere mică, folosind înfășurări concentrate cu alunecare fracțională. Cu statorul folosind o structură de miez segmentat, structura suprafeței rotorului este optimizată. Analiza detaliată a modului în care acești parametri ai structurii rotorului influențează ondularea cuplului și cuplul mediu oferă o referință valoroasă pentru proiectarea unor astfel de motoare.

Motorul adoptă înfășurări concentrate cu fracțiune, iar statorul folosește o structură de asamblare segmentată, facilitând procesele de înfășurare automate și reducând costurile de producție și procesare. Rotorul folosește o structură încorporată tangențial, cu magneți trapezoidați introduși direct în sloturile rotorului. În comparație cu structurile tradiționale ale rotorului tangențial, acest nou design reduce costurile de procesare a miezului rotorului și simplifică procesele de asamblare.

Optimizarea structurii rotorului motorului este împărțită în două părți: optimizarea parametrilor structurii magnetului și a parametrilor structurii suprafeței rotorului. Parametrii structurii magnetului includ lățimea bazei inferioare L1, lățimea bazei superioare L2 și înălțimea. Lățimea bazei inferioare L1 și înălțimea pot fi determinate preliminar pe baza structurii motorului. Diametrul interior al rotorului este limitat de arborele motorului și, luând în considerare procesarea rotorului și cerințele de asamblare, grosimea inelului interior al rotorului este în esență fixată. Astfel, înălțimea magneților este predeterminată și nu este considerată un parametru de optimizare.

Fără a lua în considerare saturația, volumul magneților din rotor este proporțional cu legătura permanentă a fluxului magnetic al rotorului motorului. Pentru a asigura capacitatea de ieșire a cuplului motorului, lățimea bazei inferioare a magneților trapezoidați trebuie maximizată înainte de a optimiza structura rotorului. Cu toate acestea, o lățime mai mică de bază mai mică are ca rezultat o lățime mai mică de conectare a podului în miezul rotorului, afectând tensiunea rotorului. Principiul pentru determinarea lățimii de bază inferioare a magneților este de a minimiza lățimea podului, asigurând în același timp că stresul rotorului îndeplinește cerințele. Odată ce lățimea bazei inferioare este determinată, metodele elementelor finite sunt utilizate pentru a defini dimensiunile bazei superioare.

Pentru a se asigura că rezistența mecanică a structurii rotorului motor îndeplinește cerințele operaționale, un model tridimensional al structurii rotorului este stabilit folosind metode de element finit. Aplicând sarcina de inerție rotativă a vitezei nominale a motorului, se verifică tensiunea structurală a rotorului. Figura 2 prezintă harta norului de distribuție a tensiunii rotorului motorului, ceea ce indică o tensiune maximă a miezului rotorului de 0,98 MPa. Având în vedere că materialul rotorului motor este oțel siliciu cu o rezistență la randament de 405 MPa, tensiunea maximă în aceste condiții este sub rezistența la randament, confirmând că structura rotorului îndeplinește cerințele mecanice.

Pentru motoarele cu magnet permanent cu putere mică de mare viteză, este propusă o structură rotorului încorporată tangențial bazată pe magneți trapezoidali pentru a simplifica procesul de producție. Rezultatele simulării elementelor finite indică faptul că determinarea parametrilor magnetului necesită o examinare cuprinzătoare a cuplului de ieșire, a ondulării cuplului, a proceselor de fabricație și a erorilor. Optimizarea suprafeței exterioare a rotorului poate reduce și mai mult ondularea cuplului. Studiul arată că noua structură a rotorului motor simplifică în mod semnificativ procesarea rotorului și costurile cu un impact minim asupra performanței cuplului, oferind o experiență de proiectare a ingineriei valoroase și referință pentru optimizarea acestui tip de motor.