Студија о оптимизацији структуре ротора мотора са сталним магнетом велике брзине са тангенцијално уграђеним трапезоидним магнетима

У контексту мале моћи мотори са трајним магнетима велике брзине , како би се испунили захтеви напрезања структуре ротора и поједноставио производни процес, предлаже се тангенцијално уграђена структура ротора заснована на трапезоидним магнетима. Под претпоставком испуњавања основних дизајнерских захтева мотора, параметри структуре ротора су оптимизовани. Симулација коначних елемената се користи за анализу ефеката коефицијента поларног лука и површинске структуре ротора на обртни момент зупчаника, средњи обртни момент и таласање обртног момента. Спроводе се и провере напрезања конструкције.

Да би се додатно поједноставио процес производње и монтаже ротора мотора, чинећи га погоднијим за апликације велике брзине, ова студија предлаже нову тангенцијално уграђену структуру ротора засновану на трапезоидним магнетима за моторе са трајним магнетима мале снаге који користе концентрисане намотаје са фракционим прорезима. Са статором који користи сегментирану структуру језгра, структура површине ротора је оптимизована. Детаљна анализа о томе како ови параметри структуре ротора утичу на таласање обртног момента и просечни обртни момент даје вредну референцу за дизајн таквих мотора.

Мотор користи концентрисане намотаје са фракционим слотовима, а статор користи сегментирану структуру склапања, олакшавајући аутоматизоване процесе намотаја и смањујући трошкове производње и обраде. Ротор користи тангенцијално уграђену структуру, са трапезоидним магнетима директно уметнутим у прорезе ротора. У поређењу са традиционалним тангенцијалним структурама ротора, овај нови дизајн смањује трошкове обраде језгра ротора и поједностављује процесе монтаже.

Оптимизација структуре ротора мотора подељена је на два дела: оптимизација параметара структуре магнета и параметара структуре површине ротора. Параметри структуре магнета укључују ширину доње базе Л1, ширину горње базе Л2 и висину. Ширина доње основе Л1 и висина се могу претходно одредити на основу структуре мотора. Унутрашњи пречник ротора је ограничен осовином мотора, а с обзиром на захтеве обраде и монтаже ротора, дебљина унутрашњег прстена ротора је у суштини фиксна. Дакле, висина магнета је унапред одређена и не сматра се параметром оптимизације.

Без узимања у обзир засићења, запремина магнета у ротору је пропорционална сталној вези магнетног флукса ротора мотора. Да би се осигурала могућност излазног момента мотора, ширина доње основе трапезних магнета мора бити максимизирана пре оптимизације структуре ротора. Међутим, већа доња ширина основе резултира мањом ширином спојног моста у језгру ротора, што утиче на напон ротора. Принцип за одређивање доње основне ширине магнета је да се минимизира ширина моста док се обезбеди да напон ротора испуњава захтеве. Када се одреди ширина доње основе, методе коначних елемената се користе за дефинисање димензија горње основе.

Да би се обезбедила механичка чврстоћа структуре ротора мотора у складу са оперативним захтевима, тродимензионални модел структуре ротора је успостављен применом метода коначних елемената. Применом оптерећења инерције ротације номиналне брзине мотора, верификује се структурно напрезање ротора. Слика 2 приказује мапу облака дистрибуције напрезања ротора мотора, што указује на максимални напон језгра ротора од 0,98 МПа. С обзиром да је материјал ротора мотора силицијумски челик са граном течења од 405 МПа, максимално напрезање у овим условима је испод границе течења, што потврђује да структура ротора испуњава механичке захтеве.

За брзе моторе са трајним магнетима мале снаге, тангенцијално уграђена структура ротора заснована на трапезоидним магнетима је предложена да би се поједноставио производни процес. Резултати симулације коначних елемената показују да одређивање параметара магнета захтева свеобухватно разматрање излазног обртног момента, таласа обртног момента, производних процеса и грешака. Оптимизација спољне површине ротора може додатно смањити таласање обртног момента. Студија показује да нова структура ротора мотора значајно поједностављује обраду ротора и трошкове са минималним утицајем на перформансе обртног момента, пружајући драгоцено инжењерско искуство у пројектовању и референцу за оптимизацију овог типа мотора.