Rãnh phụ trợ rôto dưới nam châm vĩnh cửu
Mặc dù động cơ trong Hình 1 sử dụng một nam châm vĩnh cửu hình bánh mì chèn vào bề mặt, lực từ trường hướng tâm trong khe hở không khí của động cơ vẫn không phải là hình sin. Hơn nữa, việc mở khe stato làm cho chiều dài khe hở không khí phân bố không đều theo hướng chu vi, do đó làm trầm trọng thêm tính không hình sin của mật độ từ trường khe hở không khí. Những yếu tố này có thể gây ra mô-men xoắn của động cơ và gợn mô-men xoắn trong quá trình vận hành tải. Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu được chèn vào bề mặt, rãnh phụ được hình thành trên lõi rôto bên dưới nam châm vĩnh cửu để thay đổi độ dài khe hở không khí tương đương, do đó thay đổi phân bố mật độ từ của khe hở không khí, và do đó nó sẽ làm giảm gợn mô-men xoắn.
3.1 khe phụ hình chữ nhật
Như thể hiện trong hình. 2, hai rãnh hình chữ nhật đối xứng về đường tâm được hình thành dưới mỗi cực từ của lõi rôto của động cơ và các cạnh của rãnh hình chữ nhật được căn với các cạnh của nam châm vĩnh cửu. Chiều rộng của rãnh được đặt thành l1 và độ sâu là h1. Hiệu suất mô-men xoắn của động cơ có thể thay đổi theo kích thước của rãnh hình chữ nhật như trong Hình 3. Có thể thấy từ hình vẽ khi độ sâu rãnh hình chữ nhật h1 được tăng lên một cách thích hợp, độ gợn mô-men của động cơ có xu hướng giảm.
Đồng thời, khi độ sâu rãnh không đổi, cường độ của xung mô men giảm trước và sau đó tăng khi chiều rộng rãnh tăng, và mô men trung bình rõ ràng giảm khi chiều rộng rãnh tăng. Có thể thấy từ hình vẽ, độ gợn mô-men xoắn tối ưu là 6,2% khi l1 = 7mm, h1 = 4mm, nhưng mô-men xoắn trung bình giảm xuống còn 49,9Nm. Hình 4 cho thấy dạng sóng từ thông xuyên tâm không tải không khí không tải của nguyên mẫu tham chiếu không có khe phụ trợ và động cơ có khe phụ trợ tối ưu nêu trên. Có thể thấy rằng một rãnh phụ hình chữ nhật phù hợp là lợi thế để giảm thành phần hài hòa mật độ từ trường không khí. Tất nhiên, việc mở rãnh phụ sẽ khiến chiều dài khe hở không khí tương đương trở nên lớn hơn, điều này chắc chắn sẽ khiến mô-men xoắn trung bình giảm.
Khi bốn khe phụ hình chữ nhật đối xứng về đường tâm như trong hình. 5 được sử dụng, năm tham số của l1, h1, x1, l2 và h2 được tối ưu hóa và phân tích. Có thể thấy trong hình 6, khi kích thước của rãnh không đổi, gợn mô-men xoắn của động cơ trở nên lớn hơn khi khoảng cách x1 giữa hai rãnh phụ hình chữ nhật tăng lên. Và có thể thấy rằng hiệu suất của động cơ bị ảnh hưởng rất lớn bởi rãnh phụ gần cạnh của cực từ. Kết quả tối ưu trong mô phỏng là khi l1 = 7mm, h1 = 4mm, x1 = 0,5mm, l2 = 1mm, h2 = 2 mm, mô-men xoắn động cơ trung bình là 49,6Nm và độ gợn mô-men xoắn là 5,5%. Ngược lại với trường hợp chỉ thêm một rãnh phụ hình chữ nhật đối xứng, việc bổ sung hợp lý của rãnh phụ bên trong có thể làm giảm thêm gợn mô-men xoắn, nhưng đồng thời mô-men xoắn trung bình cũng giảm. Một phương pháp tối ưu hóa đơn giản là tối ưu hóa bể trong khi bể ngoài được tối ưu hóa.
Trên cơ sở bốn rãnh đối xứng, một cặp rãnh phụ được mở ở phía bên trong để tạo thành một cấu trúc rãnh phụ hình chữ nhật đối xứng. Tối ưu hóa phân tích vị trí khe x2 và kích thước l3, h3. Để đơn giản, l1 = 7 mm, h1 = 4 mm, x1 = 0,5 mm, l2 = 1 mm và h2 = 2 mm được cố định trước. Kết quả tính toán phần tử hữu hạn cho thấy việc mở lại rãnh bên trong không làm suy yếu gợn mô-men xoắn. Ngược lại, khi khoảng cách của rãnh bên trong được tăng lên, hiệu suất của động cơ cũng giảm. Do đó, cặp rãnh phụ hình chữ nhật thứ ba không có nhiều ý nghĩa.
Khe phụ trợ hình bán nguyệt 3.2
Để nghiên cứu ảnh hưởng của rãnh phụ trợ hình bán nguyệt đến mô-men xoắn của động cơ nam châm vĩnh cửu bề mặt, hai rãnh phụ hình bán nguyệt đối với đường trung tâm được mở trên lõi rôto bên dưới thép từ tính, như hình trong Hình 7, vị trí và Kích thước có thể được hạn chế và tối ưu hóa với l1, r1 và kết quả được thể hiện trong Hình 8. Độ gợn mô-men xoắn tối thiểu là 4,9%, nhưng mức giảm mô-men xoắn trung bình là 49,3 Nm. Có thể thấy rằng gợn mô-men xoắn đầu tiên giảm và sau đó tăng lên khi bán kính rãnh trở nên lớn hơn.
Khi rãnh phụ hình bán nguyệt bên ngoài là tối ưu, một cặp rãnh phụ hình bán nguyệt được mở ở phía bên trong. Hạn chế tối ưu hóa các khe phụ trợ bên trong theo tham số x1 và r2. Tuy nhiên, tính toán phần tử hữu hạn cho thấy rằng việc mở rãnh phụ trợ bên trong không có vai trò làm suy yếu gợn mô-men xoắn, do đó nó không được hiển thị.
