永久磁石下のローターコア補助溝

図１に示したモータは表面挿入型のパン型永久磁石を使用しているが、モータのエアギャップにおける半径方向の磁界起磁力は依然として正弦波ではない。さらに、固定子スロット開口部は、エアギャップ長を円周方向に不均一に分布させ、それによってエアギャップ磁気密度の非正弦波性を悪化させる。これらの要因により、負荷運転中にモータのコギングトルクやトルクリップルが発生する可能性があります。表面挿入型永久磁石モータでは、永久磁石の下側の回転子鉄心に補助溝を形成して等価エアギャップ長を変えることでエアギャップ磁気密度分布を変えることで、トルクリップルの低減が期待される。

3.1長方形補助スロット

図１に示すように図２に示すように、モータの回転子鉄心の各磁極の下方には、中心線に対して対称な２本の矩形溝が形成されており、この矩形溝の縁は永久磁石の縁と一致している。溝の幅はl1に設定され、深さはh1です。図３に示すように、矩形溝の大きさによってモータのトルク性能を変えることができる。図から、矩形溝の深さｈ１を適切に大きくすると、モータトルクリップルが小さくなる傾向があることがわかる。

同時に、溝深さが一定であるとき、トルク脈動の大きさは最初に減少し、次に溝幅が増加するにつれて増加し、平均トルクは明らかに溝幅が増加するにつれて減少する。この図から、l 1 = 7 mm、h 1 = 4 mmの場合、トルクリップルは6.2％が最適であることがわかりますが、平均トルクは49.9 Nmに減少しています。図4に補助スロットなしの参考試作品と上記最適補助スロット付きモータの無負荷空隙ラジアル磁束波形を示す。エアギャップ磁気密度高調波成分を低減するためには、適切な長方形の補助溝が有利であることが分かる。もちろん、補助溝を開くと、等価エアギャップ長が長くなり、必然的に平均トルクが低下します。

図４に示すように、４つの長方形の補助スロットが中心線に関して対称である場合、図５を用いて、５つのパラメータｌ１、ｈ１、ｘ１、ｌ２、ｈ２を最適化して分析する。図６から分かるように、溝の大きさが一定の場合、２つの長方形の補助溝の間の距離ｘ１が大きくなるにつれてモータのトルクリップルが大きくなる。そして、モータの性能は磁極端部付近の補助溝によって大きく影響されることが分かる。シミュレーションの最適結果は、l 1 = 7 mm、h 1 = 4 mm、x 1 = 0.5 mm、l 2 = 1 mm、h 2 = 2 mmの場合、平均モータトルクは49.6 Nm、トルクリップルは5.5％です。対称の単一の長方形の補助溝のみが追加される場合とは対照的に、内側補助溝の合理的な追加はトルクリップルをさらに減衰させることができるが同時に平均トルクも減少する。簡単な最適化方法は、外側タンクが最適化されたときに内側タンクを最適化することです。

対称的な４本の溝に基づいて、一対の補助溝が内側に開口されて対称的な６つの長方形の補助溝構造を形成する。スロット位置x 2とサイズl 3、h 3の分析を最適化します。簡単のため、ｌ１＝７ｍｍ、ｈ１＝４ｍｍ、ｘ１＝０．５ｍｍ、ｌ２＝１ｍｍ、ｈ２＝２ｍｍと予め固定しておく。有限要素計算結果は、内側溝の再開放はトルクリップルを弱めないことを示した。反対に、内側溝の距離が増加するにつれて、モータの性能もまた低下する。従って、第３組の長方形の補助溝はそれほど重要ではない。

3.2半円形の補助スロット

表面挿入型永久磁石モータのトルクに対する半円形の補助溝の効果を研究するために、中心線に関して２つの半円形の補助溝が図示のように電磁鋼の下の回転子コアに開けられている。図7では、位置とサイズをl1、r1で制約および最適化することができ、その結果を図8に示します。トルクリップルは最小4.9％ですが、平均トルク降下は49.3 Nmです。トルクリップルは、最初に減少し、次に溝半径が大きくなるにつれて増加することが分かる。

外側の半円形の補助溝が最適であるとき、一対の半円形の補助溝が内側に開口される。パラメータx 1とr 2による内部補助スロットの制約最適化しかしながら、有限要素計算は、内部補助溝の開口部がトルクリップルを弱めるのに役割を果たさないことを示しているので、それは示されていない。