Nghiên cứu về tối ưu hóa cấu trúc cánh quạt động cơ nam châm vĩnh cửu tốc độ cao với nam châm hình thang được nhúng tiếp tuyến

Trong bối cảnh sức mạnh nhỏ Động cơ nam châm vĩnh cửu tốc độ cao , để đáp ứng các yêu cầu ứng suất của cấu trúc rôto và đơn giản hóa quá trình sản xuất, một cấu trúc rôto được nhúng tiếp tuyến dựa trên nam châm hình thang được đề xuất. Theo tiền đề đáp ứng các yêu cầu thiết kế cơ bản của động cơ, các tham số cấu trúc rôto được tối ưu hóa. Mô phỏng phần tử hữu hạn được sử dụng để phân tích ảnh hưởng của hệ số hồ quang cực và cấu trúc bề mặt rôto đối với mô -men xoắn, mô -men xoắn trung bình và gợn sóng mô -men xoắn. Kiểm tra căng thẳng cấu trúc cũng được tiến hành.

Để tiếp tục đơn giản hóa quá trình sản xuất và lắp ráp của rôto động cơ, làm cho nó phù hợp hơn với các ứng dụng tốc độ cao, nghiên cứu này đề xuất một cấu trúc rôto được nhúng tiếp tuyến mới dựa trên nam châm hình thang cho động cơ nam châm vĩnh cửu nhỏ sử dụng cuộn dây tập trung. Với stato sử dụng cấu trúc lõi được phân đoạn, cấu trúc bề mặt rôto được tối ưu hóa. Phân tích chi tiết về cách các tham số cấu trúc rôto này ảnh hưởng đến mô -men xoắn và mô -men xoắn trung bình cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị cho việc thiết kế các động cơ đó.

Động cơ áp dụng các cuộn dây tập trung phân đoạn, và stato sử dụng cấu trúc lắp ráp phân đoạn, tạo điều kiện cho các quy trình cuộn dây tự động và giảm chi phí sản xuất và xử lý. Rôto sử dụng một cấu trúc nhúng tiếp tuyến, với nam châm hình thang được chèn trực tiếp vào các khe rôto. So với các cấu trúc rôto tiếp tuyến truyền thống, thiết kế mới này làm giảm chi phí xử lý lõi rôto và đơn giản hóa các quy trình lắp ráp.

Việc tối ưu hóa cấu trúc rôto động cơ được chia thành hai phần: tối ưu hóa các tham số cấu trúc nam châm và các tham số cấu trúc bề mặt rôto. Các tham số cấu trúc nam châm bao gồm chiều rộng của L1 cơ sở dưới, chiều rộng của L2 cơ sở trên và chiều cao. Chiều rộng của L1 cơ sở dưới và chiều cao có thể được xác định sơ bộ dựa trên cấu trúc động cơ. Đường kính bên trong của rôto bị giới hạn bởi trục động cơ và xem xét các yêu cầu xử lý và lắp ráp rôto, độ dày của vòng trong của rôto về cơ bản là cố định. Do đó, chiều cao của nam châm được xác định trước và không được coi là một tham số tối ưu hóa.

Không xem xét độ bão hòa, thể tích của nam châm trong rôto tỷ lệ thuận với liên kết từ thông vĩnh viễn của rôto động cơ. Để đảm bảo khả năng đầu ra mô -men xoắn của động cơ, chiều rộng của đế dưới của nam châm hình thang phải được tối đa hóa trước khi tối ưu hóa cấu trúc rôto. Tuy nhiên, chiều rộng cơ sở thấp hơn dẫn đến chiều rộng cầu nối nhỏ hơn trong lõi rôto, ảnh hưởng đến ứng suất của rôto. Nguyên tắc xác định chiều rộng cơ sở dưới của nam châm là giảm thiểu chiều rộng của cây cầu trong khi đảm bảo ứng suất rôto đáp ứng các yêu cầu. Khi chiều rộng cơ sở dưới được xác định, các phương thức phần tử hữu hạn được sử dụng để xác định kích thước của đế trên.

Để đảm bảo cường độ cơ học của cấu trúc rôto động cơ đáp ứng các yêu cầu hoạt động, một mô hình ba chiều của cấu trúc rôto được thiết lập bằng các phương thức phần tử hữu hạn. Áp dụng tải trọng quán tính quay của tốc độ định mức của động cơ, ứng suất cấu trúc của rôto được xác minh. Hình 2 cho thấy bản đồ đám mây phân phối ứng suất của rôto động cơ, cho thấy ứng suất lõi rôto tối đa là 0,98 MPa. Cho rằng vật liệu cánh quạt động cơ là thép silicon với cường độ năng suất 405 MPa, ứng suất tối đa trong các điều kiện này nằm dưới cường độ năng suất, xác nhận rằng cấu trúc rôto đáp ứng các yêu cầu cơ học.

Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu tốc độ nhỏ tốc độ cao, một cấu trúc rôto được nhúng tiếp tuyến dựa trên nam châm hình thang được đề xuất để đơn giản hóa quá trình sản xuất. Kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn chỉ ra rằng việc xác định các tham số nam châm đòi hỏi phải xem xét toàn diện mô -men xoắn đầu ra, gợn mô -men xoắn, quy trình sản xuất và lỗi. Tối ưu hóa bề mặt ngoài của cánh quạt có thể làm giảm thêm gợn sóng mô -men xoắn. Nghiên cứu cho thấy cấu trúc cánh quạt động cơ mới đơn giản hóa đáng kể việc xử lý rôto và chi phí với tác động tối thiểu đến hiệu suất mô -men xoắn, cung cấp trải nghiệm thiết kế kỹ thuật có giá trị và tham chiếu để tối ưu hóa loại động cơ này.