Teğetsel olarak gömülü trapezoidal mıknatıslarla yüksek hızlı kalıcı mıknatıs motor rotor yapısının optimizasyonu üzerine çalışma

Küçük güç bağlamında Yüksek hızlı kalıcı mıknatıs motorları , rotor yapısının stres gereksinimlerini karşılamak ve üretim işlemini basitleştirmek için trapezoidal mıknatıslara dayanan teğetsel olarak gömülü bir rotor yapısı önerilmektedir. Motorun temel tasarım gereksinimlerini karşılama öncülünde, rotor yapısı parametreleri optimize edilmiştir. Sonlu eleman simülasyonu, kutup ark katsayısı ve rotor yüzey yapısının karmaşa torku, ortalama tork ve tork dalgalanması üzerindeki etkilerini analiz etmek için kullanılır. Yapısal stres kontrolleri de yapılır.

Motor rotorunun üretim ve montaj sürecini daha da basitleştirmek için, yüksek hızlı uygulamalar için daha uygun hale getiren bu çalışma, fraksiyonel yuvalı konsantre sargılar kullanan küçük güç kalıcı mıknatıs motorları için trapezoidal mıknatıslara dayanan yeni bir teğetsel gömülü rotor yapısı önermektedir. Segmentli bir çekirdek yapı kullanan stator ile rotor yüzey yapısı optimize edilmiştir. Bu rotor yapı parametrelerinin tork dalgalanmasını nasıl etkilediğinin ayrıntılı analizi ve ortalama tork, bu tür motorların tasarımı için değerli referans sağlar.

Motor, kesirli yuvalı konsantre sargıları benimser ve stator, otomatik sarma işlemlerini kolaylaştıran ve üretim ve işleme maliyetlerini azaltan segmentli bir montaj yapısı kullanır. Rotor, doğrudan rotor yuvalarına yerleştirilmiş trapezoidal mıknatıslar ile teğetsel olarak gömülü bir yapı kullanır. Geleneksel teğet rotor yapılarıyla karşılaştırıldığında, bu yeni tasarım rotor çekirdek işleme maliyetlerini azaltır ve montaj süreçlerini basitleştirir.

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

Doygunluk dikkate alınmadan, rotordaki mıknatısların hacmi, motor rotorunun kalıcı manyetik akı bağlantısı ile orantılıdır. Motorun tork çıkış kapasitesini sağlamak için, rotor yapısını optimize etmeden önce trapezoidal mıknatısların alt tabanının genişliği en üst düzeye çıkarılmalıdır. Bununla birlikte, daha büyük bir alt taban genişliği, rotor çekirdeğinde rotorun stresini etkileyen daha küçük bir bağlantı köprüsü genişliğine neden olur. Mıknatısların alt taban genişliğini belirleme prensibi, rotor stresinin gereksinimleri karşılamasını sağlarken köprü genişliğini en aza indirmektir. Alt taban genişliği belirlendikten sonra, üst tabanın boyutlarını tanımlamak için sonlu eleman yöntemleri kullanılır.

Motor rotor yapısının mekanik mukavemetinin operasyonel gereksinimleri karşıladığından emin olmak için, sonlu eleman yöntemleri kullanılarak rotor yapısının üç boyutlu bir modeli oluşturulur. Motorun nominal hızının rotasyonel atalet yükünü uygulayarak, rotorun yapısal stresi doğrulanır. Şekil 2, 0.98 MPa maksimum rotor çekirdek stresini gösteren motor rotorunun stres dağılımı bulut haritasını göstermektedir. Motor rotor malzemesinin 405 MPa verim mukavemeti olan silikon çelik olduğu göz önüne alındığında, bu koşullar altındaki maksimum stres, rotor yapısının mekanik gereksinimleri karşıladığını doğrulayan akma mukavemetinin altındadır.

Yüksek hızlı küçük güç kalıcı mıknatıs motorları için, üretim sürecini basitleştirmek için trapezoidal mıknatıslara dayanan teğetsel olarak gömülü bir rotor yapısı önerilmektedir. Sonlu eleman simülasyon sonuçları, mıknatıs parametrelerinin belirlenmesinin çıkış torku, tork dalgalanması, üretim işlemleri ve hataların kapsamlı bir şekilde dikkate alınmasını gerektirdiğini gösterir. Rotorun dış yüzeyini optimize etmek tork dalgalanmasını daha da azaltabilir. Çalışma, yeni motor rotor yapısının rotor işlemeyi ve maliyetleri tork performansı üzerinde minimum etki ile önemli ölçüde basitleştirdiğini ve bu tür motoru optimize etmek için değerli mühendislik tasarım deneyimi ve referans sağladığını göstermektedir.