Štúdia o optimalizácii vysokorýchlostnej štruktúry rotorov motora s permanentným magnetom s tangensálne zabudovanými lichobežníkmi

V kontexte malej moci Vysokorýchlostné permanentné magnetické motory, , ktoré spĺňajú požiadavky na napätie štruktúry rotora a zjednodušujú výrobný proces, je navrhnutá tangenciálne zabudovaná štruktúra rotora založená na lichobežníkoch. Pod predpokladom splnenia základných požiadaviek na konštrukciu motora sú parametre štruktúry rotora optimalizované. Simulácia konečných prvkov sa používa na analýzu účinkov koeficientu oblúka a štruktúry povrchu rotora na krútiaci moment, priemerný krútiaci moment a krútenie krútiaceho momentu. Uskutočňujú sa aj kontroly štruktúrneho stresu.

Aby sa ďalej zjednodušil proces výroby a montáže motora rotora, čo je vhodný pre vysokorýchlostné aplikácie, táto štúdia navrhuje novú tangenciálne zabudovanú štruktúru rotora založenú na lichobežníkových magnetoch pre malé motory s permanentnými magnetmi s malými výkonmi s použitím vinutia koncentrovaných frakčných slotov. So statorom pomocou segmentovanej štruktúry jadra je povrchová štruktúra rotora optimalizovaná. Podrobná analýza toho, ako tieto parametre štruktúry rotora ovplyvňujú zvlnenie krútiaceho momentu a priemerný krútiaci moment, poskytuje cenný odkaz na návrh takýchto motorov.

Motor prijíma vinutia koncentrovaných frakčných slotov a stator používa segmentovanú konštrukciu montáže, ktorá uľahčuje automatizované procesy vinutia a znižuje náklady na výrobu a spracovanie. Rotor využíva tangenciálne zabudovanú štruktúru, s lichobežnými magnetmi priamo vloženými do slotov rotora. V porovnaní s tradičnými tangenciálnymi rotorovými štruktúrami tento nový návrh znižuje náklady na spracovanie jadra rotora a zjednodušuje montážny proces.

Optimalizácia štruktúry rotora motora je rozdelená do dvoch častí: optimalizácia parametrov štruktúry magnetu a parametre štruktúry povrchu rotora. Parametre štruktúry magnetu zahŕňajú šírku spodnej bázy L1, šírku hornej základne L2 a výška. Šírka dolnej základne L1 a výška sa môžu predbežne určiť na základe motora. Vnútorný priemer rotora je obmedzený hriadeľom motora a vzhľadom na požiadavky na spracovanie rotora a zostavu je hrúbka vnútorného krúžku rotora v podstate pevná. Výška magnetov je teda vopred určená a nepovažuje sa za optimalizačný parameter.

Bez zvažovania nasýtenia je objem magnetov v rotore úmerný trvalým magnetickým tokom rotora motora. Aby sa zabezpečila schopnosť výstupného krútiaceho momentu motora, pred optimalizáciou štruktúry rotora sa musí maximalizovať šírka dolného základu lichobežníkových magnetov. Väčšia nižšia šírka základne však vedie k menšej šírke mostíka v jadre rotora, ktorá ovplyvňuje napätie rotora. Princíp určovania spodnej základnej šírky magnetov je minimalizovať šírku mostu a zároveň zabezpečiť, aby napätie rotora spĺňa požiadavky. Akonáhle je stanovená spodná šírka základne, použijú sa metódy konečných prvkov na definovanie rozmerov hornej bázy.

Na zabezpečenie mechanickej pevnosti štruktúry rotora motora spĺňa prevádzkové požiadavky, trojrozmerný model štruktúry rotora sa stanoví pomocou metód konečných prvkov. Pri použití rotačného zotrvačného zaťaženia rýchlosti menovanej rýchlosti motora sa overuje štrukturálne napätie rotora. Obrázok 2 zobrazuje mapu oblaku distribúcie napätia rotora motora, čo naznačuje maximálne napätie jadra rotora 0,98 MPa. Vzhľadom na to, že materiálom rotora motora je kremíková oceľ s pevnosťou výťažku 405 MPa, maximálne napätie za týchto podmienok je pod pevnosťou výťažku, čo potvrdzuje, že štruktúra rotora spĺňa mechanické požiadavky.

V prípade vysokorýchlostných motorov s permanentným magnetom s malými výkonmi sa navrhuje tangenciálne zabudovaná štruktúra rotora založená na lichobežníkových magnetoch na zjednodušenie výrobného procesu. Výsledky simulácie konečných prvkov naznačujú, že stanovenie parametrov magnetu si vyžaduje komplexné zváženie výstupného krútiaceho momentu, zvlnenia krútiaceho momentu, výrobných procesov a chýb. Optimalizácia vonkajšieho povrchu rotora môže ďalej znížiť zvlnenie krútiaceho momentu. Štúdia ukazuje, že nová štruktúra rotora motora výrazne zjednodušuje spracovanie rotora a náklady s minimálnym dopadom na výkon krútiaceho momentu a poskytuje cenné skúsenosti s inžinierskym dizajnom a referenciu na optimalizáciu tohto typu motora.