Negli ultimi anni, l'applicazione di motori sincroni a magneti permanenti (PM) nei veicoli elettrici è aumentata rapidamente. Ciò è dovuto principalmente al fatto che i PMSM possono raggiungere velocità più elevate rispetto ai motori a induzione CA convenzionali. Tuttavia, il funzionamento ad alta velocità dei PMSM pone maggiori sfide nella progettazione elettromagnetica, nella gestione termica e nella struttura meccanica. Per migliorare l'efficienza e la densità di potenza dei PMSM, sono state sviluppate una serie di tecniche. Questi includono l'ottimizzazione della perdita del nucleo di ferro, il miglioramento dell'intensità dell'induzione magnetica e dei componenti armonici di diverse posizioni nel nucleo di ferro, la riduzione del consumo di rame adottando la struttura dell'avvolgimento toroidale e la riduzione al minimo del numero di spire sull'avvolgimento finale.
La sfida più importante nello sviluppo di PMSM ad alta velocità è ridurre la perdita del nucleo di ferro del rotore. A tale scopo, sono state proposte varie misure come la regolazione della larghezza di apertura della cava dello statore, l'ottimizzazione dell'accoppiamento polo-cava, l'utilizzo di una cava inclinata e un cuneo magnetico per cava [1]. Tuttavia, questi metodi possono solo indebolire le perdite di correnti parassite nel rotore, ma non possono ridurle completamente. Inoltre, richiedono sistemi di controllo complessi e costosi.
Un'altra questione importante è migliorare la stabilità dei PMSM alle alte velocità. A tale scopo, l'utilizzo di cuscinetti senza contatto è una soluzione efficace. Tra questi, i cuscinetti ad aria e quelli a levitazione magnetica sono i più promettenti. Rispetto ai cuscinetti a sfera, questi cuscinetti senza contatto possono supportare il rotore con una massa molto inferiore e possono funzionare a velocità più elevate. Tuttavia, il loro costo è ancora proibitivo.
Per ridurre ulteriormente la perdita di ferro del rotore dei PMSM, è necessario ottimizzare i parametri di installazione dei magneti permanenti. Ciò può essere ottenuto applicando un nuovo metodo per l'analisi e l'ottimizzazione della distribuzione delle correnti parassite dei circuiti magnetici. Questo metodo utilizza una combinazione del modello a elementi finiti e un modello fisico semplificato. Il modello risultante è adatto per calcolare il campo di temperatura di un HSPMM di tipo V a doppio strato in una varietà di condizioni.
Contrariamente alla ricerca precedente, che si concentrava sulla modifica delle strutture del rotore e dello statore o sulla modalità di raffreddamento per abbassare la temperatura operativa dell'HSPMM, questo metodo non richiede modifiche strutturali. Si concentra anche sulla riduzione della perdita di rame e ferro modificando i parametri di installazione dei magneti permanenti. Inoltre, i risultati di questo metodo sono stati verificati confrontando i modelli elettromagnetici dell'HSPMM con quelli dell'ETCM. Come mostrato in Fig. 7, l'accuratezza della convergenza tra FEA e MEC è superiore a 0,95, il che significa che questo metodo può far risparmiare molto tempo nel processo di calcolo elettromagnetico degli HSPMM. Inoltre, l'accuratezza della convergenza è stata verificata anche con i risultati sperimentali di un modello di prova. Questi risultati indicano che il metodo ETCM e il metodo di ottimizzazione del campo di temperatura proposti in questo documento sono affidabili ed efficienti.
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