В данной статье рассказывается о влиянии структуры ротора, в частности, влияние открытого угла между двумя магнитами каждого V-образного полюса на общие характеристики машины PRIUS при сохранении неизменного объема магнитов. Фактически, исследование проводилось с помощью бесплатной программы FEM в сочетании с другой программой оптимизации.
Полученная методология используется для анализа широкого диапазона характеристик первого и второго порядка:
⦁ колебания крутящего момента
⦁ крутящий момент зубчатых колес
⦁ характеристики крутящего момента-скорости.
Среднее значение крутящего момента (характеристика первого порядка)
С помощью программы МКЭ "FEM" был рассчитан средний крутящий момент машины в соответствии с углом e (угол между векторами МПЧ), для различных значений угла открытия магнита без изменения формы магнита.
Понятно, что средний крутящий момент не так сильно меняется со значением угла открытия магнита. С другой стороны, кривые среднего крутящего момента, которые соответствуют различным значениям, расходятся далеко друг от друга. Суть заключается в нежелательном крутящем моменте, на который воздействует больше, чем на электромагнитный, из-за изменения значений индуктивности Ld, Lq.
Момент затяжки зубьев (характеристика второго порядка)
В данном исследовании также анализируется влияние открытого угла магнита на явления второго порядка. Методология заключается в соединении между программой оптимизации Matlab и FEM для нахождения оптимального открытого угла магнита, создающего минимально возможный момент затяжки. Критерии, выбранные для данной оптимизации, сводили к минимуму среднее значение вращающего момента зубчатых колес.
Результат оптимизации оказался равным 11,515 мм, в то время как исходное значение машины PRIUS - h = 10,96 мм.
Пульсации крутящего момента и искажения флюса (характеристики второго порядка)
Пульсация крутящего момента является характеристикой второго порядка. Она рассматривалась в ходе исследования того, как кривая амплитуды колебаний крутящего момента в соответствии с углом e изменяется с различным открытым углом магнита. Для получения сопоставимых кривых относительная амплитуда колебаний рассматривается как T/Taverage(e).
Результатом является увеличение амплитуды колебаний при увеличении открытого угла магнита. Для обоснования этого результата выполняется спектральный анализ как обратного МПЧ, так и потока, который показывает значительное изменение амплитуды различных гармоник.
Также исследовалось влияние открытого угла магнита на характерный крутящий момент машины, начиная с расчета Ld, Lq, определяющий способность ослабления потока и возможный диапазон скоростей. Этот расчет выполняется для трех токов нагрузки с учетом насыщения железа. Предыдущий расчет позволяет определить и сравнить области ослабления потока, которые соответствуют разным открытым углам магнита. Результаты показывают, что ротор с прямыми магнитными полюсами дает более широкую область для потока.
В данном исследовании придерживались того же объема магнитов. Но стоит отметить, что V-образные магниты позволяют устанавливать большие сегменты магнита, дающие больший крутящий момент на низкой скорости благодаря более высокой сцепке. В то же время большие магниты приводят к меньшей области ослабления потока за счет снижения индуктивности оси d.
Значения индуктивности для различных значений h
СТАНОК С V-ОБРАЗНЫМИ МАГНИТАМИ
Идея сравнения машины PRIUS и 5-фазной машины заключается в изучении влияния числа фаз на характеристики машины, сохраняя при этом одинаковые размеры и структуру. Для того, чтобы машина PRIUS могла иметь 5-фазный интегральный обмотку статора, 8 слотов были удалены из его статора и вместо 48 слотов получили 40.
Средний крутящий момент этой машины не отличается заметно от PRIUS, когда вводится первый гармонический ток, но интересным результатом была малая относительная амплитуда пульсаций крутящего момента по сравнению с трехфазной машиной PRIUS.
Было обнаружено, что в 5-фазной машине, колебания крутящего момента меньше подвержены колебаниям под открытым углом магнита. Наконец, после изучения влияния открытого угла магнита на распределение гармоник в Back-EMF применялся метод оптимизации поиска, который максимизирует Back-EMF. Путем впрыска подходящих гармонических токов можно получить оптимальный крутящий момент.
ВЫВОД
В машинах типа PRIUS, открытый угол наклона магнита 139,05 обеспечивает минимальный момент затяжки зубьев. Значения индуктивности Ld, Lq также варьируются под этим углом, что приводит к различным областям ослабления потока.
Данное исследование показывает, что структура с прямыми магнитами (открытый угол = 180) имеет более широкую область ослабления потока, чем V-образные типы.
5-фазная машина имеет меньшую относительную пульсацию крутящего момента, чем машина типа PRIUS. Кроме того, колебания крутящего момента этого аппарата меньше подвержены колебаниям открытого угла наклона магнита.
