Yüksek Hızlı Sabit Mıknatıslı Motor Rotor Yapısının Teğetsel Olarak Gömülü Trapez Mıknatıslarla Optimizasyonu Üzerine Çalışma

Küçük güç bağlamında Rotor yapısının stres gereksinimlerini karşılamak ve üretim sürecini basitleştirmek için yüksek hızlı sabit mıknatıslı motorlar , , trapez mıknatıslara dayalı teğetsel olarak gömülü bir rotor yapısı önerilmiştir. Motorun temel tasarım gereksinimlerini karşılama öncülüğünde rotor yapı parametreleri optimize edilmiştir. Kutup ark katsayısı ve rotor yüzey yapısının vuruntu torku, ortalama tork ve tork dalgalanması üzerindeki etkilerini analiz etmek için sonlu elemanlar simülasyonu kullanılır. Yapısal stres kontrolleri de yapılır.

Motor rotorunun üretim ve montaj sürecini daha da basitleştirmek ve onu yüksek hızlı uygulamalara daha uygun hale getirmek için bu çalışma, kesirli yuvalı konsantre sargılar kullanan küçük güçlü sabit mıknatıslı motorlar için trapez mıknatıslara dayalı yeni bir teğetsel olarak gömülü rotor yapısı önermektedir. Parçalı çekirdek yapısı kullanan stator ile rotor yüzey yapısı optimize edilmiştir. Bu rotor yapısı parametrelerinin tork dalgalanmasını ve ortalama torku nasıl etkilediğinin ayrıntılı analizi, bu tür motorların tasarımı için değerli bir referans sağlar.

Motor, kesirli yuvalı konsantre sargıları benimser ve stator, otomatik sarma işlemlerini kolaylaştıran ve üretim ve işleme maliyetlerini azaltan bölümlü bir montaj yapısı kullanır. Rotor, trapez mıknatısların doğrudan rotor yuvalarına yerleştirildiği, teğetsel olarak gömülü bir yapı kullanır. Geleneksel teğetsel rotor yapılarıyla karşılaştırıldığında bu yeni tasarım, rotor çekirdeği işleme maliyetlerini azaltır ve montaj süreçlerini basitleştirir.

Motor rotor yapısının optimizasyonu iki kısma ayrılır: mıknatıs yapısı parametrelerinin optimizasyonu ve rotor yüzey yapısı parametrelerinin optimizasyonu. Mıknatıs yapısı parametreleri, alt taban L1'in genişliğini, üst taban L2'nin genişliğini ve yüksekliği içerir. Alt taban L1'in genişliği ve yüksekliği, motor yapısına göre ön olarak belirlenebilir. Rotorun iç çapı motor şaftı ile sınırlıdır ve rotorun işleme ve montaj gereksinimleri göz önüne alındığında rotorun iç bileziğinin kalınlığı esasen sabittir. Böylece mıknatısların yüksekliği önceden belirlenir ve bir optimizasyon parametresi olarak değerlendirilmez.

Doygunluk dikkate alınmaksızın, rotordaki mıknatısların hacmi, motor rotorunun kalıcı manyetik akı bağlantısıyla orantılıdır. Motorun tork çıkış kapasitesini sağlamak için, rotor yapısını optimize etmeden önce trapez mıknatısların alt tabanının genişliği maksimuma çıkarılmalıdır. Bununla birlikte, daha büyük bir alt taban genişliği, rotor çekirdeğinde daha küçük bir bağlantı köprüsü genişliğine neden olur ve bu da rotorun gerilimini etkiler. Mıknatısların alt taban genişliğini belirleme prensibi, rotor geriliminin gereksinimleri karşılamasını sağlarken köprü genişliğini en aza indirmektir. Alt taban genişliği belirlendikten sonra üst taban boyutlarının belirlenmesi için sonlu elemanlar yöntemleri kullanılır.

Motor rotor yapısının mekanik mukavemetinin operasyonel gereksinimleri karşıladığından emin olmak için, sonlu elemanlar yöntemleri kullanılarak rotor yapısının üç boyutlu bir modeli oluşturulur. Motorun nominal hızının dönme atalet yükünün uygulanmasıyla rotorun yapısal gerilimi doğrulanır. Şekil 2, 0,98 MPa'lık maksimum rotor çekirdek gerilimini gösteren, motor rotorunun gerilim dağılım bulut haritasını göstermektedir. Motor rotor malzemesinin 405 MPa akma dayanımına sahip silikon çelik olduğu göz önüne alındığında, bu koşullar altında maksimum gerilim akma dayanımının altındadır, bu da rotor yapısının mekanik gereklilikleri karşıladığını doğrular.

Yüksek hızlı küçük güçlü sabit mıknatıslı motorlar için, üretim sürecini basitleştirmek amacıyla trapez mıknatıslara dayalı teğetsel olarak gömülü bir rotor yapısı önerilmiştir. Sonlu eleman simülasyon sonuçları, mıknatıs parametrelerinin belirlenmesinin, çıkış torku, tork dalgalanması, üretim süreçleri ve hataların kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesini gerektirdiğini göstermektedir. Rotorun dış yüzeyinin optimize edilmesi tork dalgalanmasını daha da azaltabilir. Çalışma, yeni motor rotor yapısının, tork performansı üzerinde minimum etkiyle rotor işlemeyi ve maliyetleri önemli ölçüde basitleştirdiğini, bu tür motorların optimize edilmesi için değerli mühendislik tasarım deneyimi ve referans sağladığını gösteriyor.