Дослідження оптимізації швидкісних постійних магнітних роторів моторних роторів з дотично вбудованими трапецієподібними магнітами

В контексті невеликої сили Високошвидкісні постійні магнітні двигуни , Для задоволення напружених вимог структури ротора та спрощення виробничого процесу пропонується дотично вбудована структура ротора на основі трапецієподібних магнітів. У передумові відповідності основних вимог до проектування двигуна параметри структури ротора оптимізовані. Моделювання кінцевих елементів використовується для аналізу впливу коефіцієнта полюсної дуги та структури поверхні ротора на крутний момент, середній крутний момент та пульсацію крутного моменту. Також проводяться конструкційні перевіри напруги.

Для подальшого спрощення процесу виробництва та складання ротора двигуна, що робить його більш придатним для високошвидкісних застосувань, це дослідження пропонує нові дотично вбудовані структури ротора на основі трапецієподібних магнітів для невеликих потужних постійних магнітних двигунів з використанням фракційних крадіжок. За допомогою статора, що використовує сегментовану структуру ядра, структура поверхні ротора оптимізована. Детальний аналіз того, як ці параметри структури ротора впливають на пульсацію крутного моменту, а середній крутний момент забезпечує цінну орієнтир для проектування таких двигунів.

Двигун приймає фракційно-кмітливі концентровані обмотки, а статор використовує сегментовану структуру складання, полегшуючи автоматизовані процеси обмотки та зменшуючи витрати на виробництво та обробку. Ротор використовує дотично вбудовану структуру, з трапецієподібними магнітами, безпосередньо вставленими в прорізи ротора. Порівняно з традиційними конструкціями тангенціального ротора, ця нова конструкція зменшує витрати на обробку ротора та спрощує процеси складання.

Оптимізація структури ротора двигуна поділяється на дві частини: оптимізація параметрів структури магніту та параметри структури поверхні ротора. Параметри структури магніту включають ширину нижньої основи L1, ширину верхньої основи L2 та висоту. Ширина нижньої основи L1 та висоту можна попередньо визначити на основі моторної структури. Внутрішній діаметр ротора обмежений валом двигуна, і враховуючи вимоги до обробки та складання ротора, товщина внутрішнього кільця ротора по суті фіксується. Таким чином, висота магнітів заздалегідь визначена і не вважається параметром оптимізації.

Не враховуючи насичення, об'єм магнітів у роторі пропорційний постійному магнітному потоку ротора двигуна. Для забезпечення можливості виходу крутного моменту ширина нижньої основи трапецієподібних магнітів повинна бути максимізована перед оптимізацією структури ротора. Однак більша ширина нижньої основи призводить до меншої сполучної ширини мосту в ядрі ротора, що впливає на напругу ротора. Принцип визначення нижньої бази ширини магнітів полягає у мінімізації ширини мосту, забезпечуючи, що напруження ротора відповідає вимогам. Після визначення ширини нижньої основи для визначення розмірів верхньої основи використовуються методи кінцевих елементів.

Для забезпечення механічної міцності структури ротора двигуна відповідає експлуатаційним вимогам, встановлюється тривимірна модель структури ротора за допомогою методів кінцевих елементів. Застосовуючи інерційне навантаження на обертальну швидкість двигуна, конструкційне напруження ротора перевіряється. На малюнку 2 показана хмарна карта розподілу напруги ротора двигуна, що вказує на максимальне напруження ядра ротора 0,98 МПа. Враховуючи, що матеріал ротора двигуна є кремнієвою сталь із міцністю виходу 405 МПа, максимальне напруження в цих умовах нижче міцності виходу, що підтверджує, що структура ротора відповідає механічним вимогам.

Для високошвидкісних постійних магнітних двигунів дотично вбудована структура ротора, заснована на трапецієподібних магнітах, пропонується для спрощення виробничого процесу. Результати моделювання кінцевих елементів вказують на те, що визначення параметрів магніту вимагає всебічного врахування вихідного крутного моменту, пульсації крутного моменту, виробничих процесів та помилок. Оптимізація зовнішньої поверхні ротора може ще більше зменшити пульсацію крутного моменту. Дослідження показує, що нова структура моторного ротора значно спрощує обробку ротора та витрати з мінімальним впливом на продуктивність крутного моменту, забезпечуючи цінний досвід інженерного дизайну та довідку для оптимізації цього типу двигуна.