Thiết kế của Cấu trúc cánh quạt trong động cơ nam châm vĩnh cửu là rất quan trọng. Các loại cấu trúc rôto khác nhau đều có những ứng dụng phù hợp riêng nên cần phải nghiên cứu tìm hiểu rõ từng cấu trúc rôto.
#### Những điểm cần cân nhắc khi thiết kế cấu trúc rôto động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu:
1. **Việc hóa hình sin dạng sóng rôto**
2. **Tăng sự khác biệt giữa Ld và Lq**
3. **Làm suy yếu một số sóng hài nhất định**
4. **Ức chế xung**
5. **Đảm bảo lực ly tâm của rôto**
6. **Đáp ứng khả năng điều chỉnh tốc độ từ tính yếu**
7. **Đáp ứng yêu cầu thiết kế chi phí động cơ**
8. **Đáp ứng yêu cầu về hệ số công suất động cơ**
9. **Đảm bảo công suất đầu ra của động cơ**
#### I. Mật độ từ trường khe hở không khí hình sin
**Cấu trúc nam châm kiểu bánh mì gắn trên bề mặt:**
- **Đặc điểm:** Tăng cường tính hình sin của mật độ từ trường khe hở không khí giữa stato và rôto, dẫn đến xung mô-men xoắn thấp và độ tuyến tính tốt của mô-men xoắn khi thay đổi dòng điện. Thường được sử dụng trong các động cơ nhỏ hoặc rất lớn, tốc độ thấp và môi trường yêu cầu kiểm soát cao.
- **Nhược điểm:** Dòng điện xoáy trong nam châm cao, giá thành gia công của nam châm dạng bánh mì cao, không thích hợp cho việc giãn nở tốc độ từ trường yếu.
**Cấu trúc khe hở không khí không đồng đều tích hợp:**
- **Đặc điểm:** Cải thiện tính hình sin của khe hở không khí rôto, giảm xung mô-men xoắn, tránh sử dụng vỏ bảo vệ nam châm và phù hợp với động cơ có tốc độ không quá cao, giảm dòng điện xoáy nam châm.
- **Nhược điểm:** Khả năng mở rộng tốc độ từ tính yếu bị hạn chế, rò rỉ từ tính nhất định so với động cơ gắn trên bề mặt, độ tự cảm lớn hơn động cơ gắn trên bề mặt và hệ số công suất thấp hơn. Tăng cường tạo ra sóng hài bởi dòng điện stato.
####II. Tăng sự khác biệt giữa Ld và Lq để tăng cường mô-men xoắn từ trở động cơ
Thường áp dụng cho các ứng dụng yêu cầu mở rộng tốc độ từ trường yếu cao và động cơ có mật độ mô-men xoắn tương đối cao.
**Loại I:**
- **Đặc điểm:** Thích hợp cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có đường kính ngoài của tấm đục lỗ trong vòng 150 mm yêu cầu độ giãn nở tốc độ từ yếu nhất định. Nó tiết kiệm vật liệu nam châm, cho phép điều chỉnh tốc độ từ tính yếu và có thể đạt tốc độ lên tới 8000 vòng/phút.
- **Nhược điểm:** Khả năng mở rộng điều chỉnh tốc độ kém, thành phần mô-men xoắn từ trở chung, không phù hợp với các tình huống tốc độ cao và khả năng chống lực ly tâm kém.
**Loại chữ V:**
- **Đặc điểm:** Cấu trúc đơn giản, khả năng điều chỉnh tốc độ từ trường yếu tốt, ít thông số thiết kế rôto và có thể đáp ứng tốc độ lên tới 12000 vòng/phút.
- **Hạn chế:** Để hạn chế hiện tượng sụt điện, người ta sử dụng nam châm dày hơn, dẫn đến lượng nam châm sử dụng cao hơn. Dạng sóng mật độ từ trường khe hở không khí tốc độ cao từ tính yếu và dạng sóng EMF phía sau kém, làm giảm hiệu suất điều khiển tốc độ cao.
**Hệ số cung hai đoạn:**
- **Đặc điểm:** Điều chỉnh tốt hơn dạng sóng mật độ từ trường rôto. Độ dày của mỗi lớp nam châm thường trong khoảng 4 mm, làm giảm tối thiểu độ tự cảm của trục q, mang lại mô-men xoắn từ trở lớn hơn. Nam châm rôto phân lớp có cả đặc tính từ thông và từ trở, cho phép cả hai đặc tính này được sử dụng hiệu quả trong thiết kế động cơ. Thích hợp cho các ứng dụng tốc độ cao, công suất cao, mô-men xoắn cao tốc độ thấp, không thích hợp cho các tấm đục lỗ có đường kính ngoài trong vòng 160 mm.
- **Hạn chế:** Việc chèn nam châm phức tạp, cấu trúc rôto phức tạp, tăng tính biến thiên trong thiết kế và tăng các biến số rôto.
**Loại đôi I:**
- **Đặc điểm:** Tiết kiệm vật liệu nam châm, mômen từ trở động cơ lớn, hiệu suất tốc độ cao, chi phí động cơ thấp. Lợi thế đáng kể về chi phí trong các sơ đồ mật độ điện stato cao, thích hợp cho việc chạy tốc độ cao.
- **Nhược điểm:** Hiện tượng sụt nguồn đáng chú ý, hệ số công suất thấp hơn.
####III. Thiết kế phụ trợ để triệt tiêu xung và làm suy yếu sóng hài
1. **Rãnh phụ trên bề mặt khe hở không khí rôto:**
- **Đặc điểm:** Hầu hết các khe phụ đều nằm gần cầu cách ly từ, tạo hiệu ứng khe hở không khí không đồng đều cho rôto và ngăn chặn mật độ từ quá mức trong cầu cách ly từ do lực cản từ. Nó có lợi ích trong việc triệt tiêu xung và triệt tiêu sóng hài và có thể giúp làm mát bề mặt rôto ở một mức độ nào đó.
- **Hạn chế:** Không phù hợp với các tình huống tốc độ cao.
2. **Các khe trên rôto gần khe hở không khí:**
- **Đặc điểm:** Ngăn chặn sóng hài của stato, giảm tổn thất sắt trên bề mặt rôto và giúp triệt tiêu xung mô-men xoắn của động cơ. Các khe nhỏ làm tăng yêu cầu về khuôn.
####IV. Đảm bảo lực ly tâm rôto với cầu cách ly từ và thiết kế sườn gia cố
1. **Loại lò xo:**
- **Đặc điểm:** Tăng góc của hai mặt vát chính chịu lực ly tâm thông qua thiết kế kết cấu cong. Cấu trúc lò xo có khả năng điều chỉnh không gian tốt.
2. **Mở phụ trợ để thay đổi loại ứng suất cầu cách ly từ:**
- **Đặc điểm:** Cải thiện khả năng chịu lực ly tâm của cầu cách ly từ và tăng cường khả năng giãn nở không gian.
3. **Loại tối ưu hóa hài hòa:**
- **Đặc điểm:** Cân bằng độ bền kết cấu và khả năng tối ưu hóa dạng sóng mật độ từ tính khe hở không khí.
