Studie om optimering av höghastighets permanent magnetmotorrotorer struktur med tangentiellt inbäddade trapesformiga magneter

I samband med liten kraft Höghastighets permanenta magnetmotorer , För att uppfylla stresskraven i rotorkonstruktionen och förenkla produktionsprocessen föreslås en tangentiellt inbäddad rotorkonstruktion baserad på trapezoidala magneter. Under förutsättningen att uppfylla motorns grundläggande designkrav optimeras rotorstrukturparametrarna. Simulering av ändlig element används för att analysera effekterna av polbågskoefficient och rotorkonstruktion på cogging vridmoment, genomsnittligt vridmoment och vridmoment. Strukturella stresskontroller utförs också.

För att ytterligare förenkla tillverknings- och monteringsprocessen för motorrotorn, vilket gör den mer lämplig för höghastighetsapplikationer, föreslår denna studie en ny tangentiellt inbäddad rotorkonstruktion baserad på trapezoidala magneter för små kraftpermagnetmotorer med hjälp av fraktionssprutskoncentrerade lindningar. Med statorn som använder en segmenterad kärnstruktur är rotorytestrukturen optimerad. Detaljerad analys av hur dessa rotorstrukturparametrar påverkar vridmomentet och det genomsnittliga vridmomentet ger värdefull referens för utformningen av sådana motorer.

Motorn antar fraktionsspårskoncentrerade lindningar, och statorn använder en segmenterad monteringsstruktur, underlättar automatiserade lindningsprocesser och minskar produktions- och bearbetningskostnaderna. Rotorn använder en tangentiellt inbäddad struktur, med trapezoidala magneter direkt insatt i rotorspåren. Jämfört med traditionella tangentiella rotorstrukturer reducerar denna nya design rotorkärnbehandlingskostnader och förenklar monteringsprocesser.

Optimeringen av motorrotorstrukturen är uppdelad i två delar: optimering av magnetstrukturparametrarna och rotorytstrukturparametrarna. Magnetstrukturparametrarna inkluderar bredden på den nedre basen L1, bredden på den övre basen L2 och höjden. Bredden på den nedre basen L1 och höjden kan bestämmas preliminärt baserat på motorstrukturen. Rotorens inre diameter är begränsad av motoraxeln, och med tanke på rotorns bearbetning och monteringskrav är tjockleken på rotorns inre ring i huvudsak fixerad. Således är höjden på magneterna förutbestämd och anses inte vara en optimeringsparameter.

Utan att överväga mättnad är magnetens volym i rotorn proportionell mot den permanenta magnetiska flödesbindningen för motorrotorn. För att säkerställa motorns vridmomentutmatningsförmåga måste bredden på den nedre basen på trapezoidmagneterna maximeras innan rotorkonstruktionen optimeras. En större lägre basbredd resulterar emellertid i en mindre anslutande brobredd i rotorkärnan, vilket påverkar rotorns spänning. Principen för att bestämma magnetens nedre basbredd är att minimera brobredden och samtidigt säkerställa att rotorspänningen uppfyller kraven. När den nedre basbredden bestäms används metoder för ändliga element för att definiera dimensionerna på den övre basen.

För att säkerställa den mekaniska styrkan hos motorrotorstrukturen uppfyller driftskraven, upprättas en tredimensionell modell av rotorkonstruktionen med hjälp av ändliga elementmetoder. Tillämpning av rotationens tröghetsbelastning för motorns nominella hastighet verifieras rotorns strukturella spänning. Figur 2 visar spänningsfördelningsmolnkartan för motorrotorn, vilket indikerar en maximal rotorkärnspänning på 0,98 MPa. Med tanke på att motorrotormaterialet är kiselstål med en avkastningsstyrka på 405 MPa, är den maximala spänningen under dessa förhållanden under avkastningsstyrkan, vilket bekräftar att rotorkonstruktionen uppfyller mekaniska krav.

För höghastighetsmotorer med små krafter föreslås en tangentiellt inbäddad rotorkonstruktion baserad på trapezoidala magneter för att förenkla produktionsprocessen. Resultaten av begränsade elementsimulering indikerar att bestämning av magnetparametrarna kräver omfattande övervägande av utgångsmoment, vridmoment, tillverkningsprocesser och fel. Optimering av rotorns yttre yta kan ytterligare minska vridmomentet. Studien visar att den nya motorrotorstrukturen avsevärt förenklar rotorbehandling och kostnader med minimal påverkan på vridmomentets prestanda, vilket ger värdefull teknisk designupplevelse och referens för att optimera denna typ av motor.