Utafiti huu unachunguza athari za hasara ya chuma, msongamano wa mtiririko wa sumaku na uimara wa kimitambo wa chuma cha silikoni kisichoelekezwa (Non-Oriented Silicon Steel, NOSS), kinachotumiwa katika kiini cha stator na rotor cha mota za sumaku za kudumu za ndani zenye umbo la V (Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM) zinazotumika kama mota kuu za kuvuta katika magari ya nishati mpya, kwenye torati, nguvu na ufanisi wa mota. Katika utafiti, nyenzo za NOSS zenye unene tofauti zilibainishwa kimagneti katika maabara, sifa za stator na rotor zilibadilishwa kando katika modeli za vipengele vyenye ukomo, na vizuizi vya mtiririko wa sumaku vya rotor vilipunguzwa kwa kutumia 25SWYS900 yenye nguvu ya juu sana ya kuanza kutiririka. Hitimisho kuu ni kwamba athari ya hasara ndogo ya chuma kwenye ufanisi hujitokeza hasa kupitia stator; kwa rotor, uimara wa kimitambo na sifa zinazofaa za sumaku ni muhimu zaidi kuliko hasara ndogo ya chuma. Wakati kizuizi cha mtiririko kilipopunguzwa kwa nyenzo ya rotor yenye uimara wa juu sana, torati ya juu katika uigaji iliongezeka kutoka 220,5 Nm'den hadi 240,7 Nm'ye na nguvu ya juu kutoka 155 kW'dan hadi 169,1 kW'a; katika prototipu, kupunguza upana wa kizuizi kutoka 2,0 mm'den hadi 0,5 mm'ye katika 7500 rpm na 230 A kuliongeza torati kutoka 154,69 Nm'den hadi 165,21 Nm'ye. Hata hivyo, matokeo yanahusu jiometri maalumu za IPMSM zenye umbo la V na madaraja ya NOSS yaliyochunguzwa; hayawezi kujumlishwa moja kwa moja kwa topolojia nyingine za mota.

Matokeo muhimu zaidi ya utafiti kwa upande wa uchaguzi wa nyenzo ni kwamba haupendekezi kanuni ya usanifu ya upande mmoja ya “kutumia chuma cha silikoni chembamba zaidi au chenye nguvu zaidi kila mahali”. Kwa upande wa stator, hasa katika kasi kubwa na masafa ya juu ya umeme, NOSS nyembamba yenye hasara ndogo ya chuma hutoa faida; lakini katika kasi ndogo, faida ya karatasi nyembamba sana kama 0,10 au 0,20 mm inaweza kubaki ndogo. Kwa upande wa rotor, uigaji wa utafiti unaonyesha kuwa hata hasara ya chuma ya nyenzo ikibadilika kwa kiwango kikubwa sana, utendaji wa jumla wa mota hubadilika kidogo sana.

Kwa upande wa msongamano wa mtiririko wa sumaku, mota ilionyesha unyeti mdogo kwa tofauti ndogo za nyenzo. Kwa mfano, tofauti ya takribani %1'lik katika \(B_{5000}\) na msongamano wa mtiririko wa kujaa ilisababisha tofauti ya takribani %0,77 tu katika torati ya mota. Kwa upande mwingine, mabadiliko ya %6,6 katika \(B_{5000}\) kwenye eneo la uga wa sumaku wa kati na mdogo yaliambatana na mabadiliko ya takribani %4,3 katika torati, ingawa msongamano wa mtiririko wa kujaa ulibaki karibu sawa. Kwa hiyo, watafiti wanaonyesha kwamba kuangalia msongamano wa mtiririko wa kujaa pekee hakutoshi; tabia ya sumaku katika eneo la uendeshaji pia inapaswa kutathminiwa.

Faida kuu ya 25SWYS900 yenye uimara wa juu sana si kutoa hasara ndogo moja kwa moja. Kinyume chake, utafiti unaonyesha kuwa nyenzo hii ina baadhi ya hasara kwa upande wa hasara ya chuma na msongamano wa mtiririko wa sumaku. Faida halisi ni kwamba nguvu yake ya kuanza kutiririka iliyohakikishwa ya takribani 900 MPa huruhusu vizuizi vya mtiririko wa rotor kutengenezwa vikiwa vyembamba zaidi. Kizuizi chembamba hupunguza mtiririko wa kuvuja wa sumaku ya kudumu, huongeza mtiririko wa sumaku unaofaa na hivyo kuruhusu torati na nguvu kuongezeka. Kwa sababu hiyo, watafiti wanapendekeza 25SWYS900 itumike si kwenye stator bali kwa kuchagua kwenye rotor.

Maana kwa Uturuki: Mbinu hii, inayoonyesha kwamba nyenzo ya kiini katika mota za kuvuta magari ya umeme, mota za viwandani za kasi kubwa au miundo mingine ya IPMSM haipaswi kuchaguliwa kwa kutegemea kigezo kimoja cha katalogi, inaweza kubadilishwa kwa kazi za usanifu na ujanibishaji wa mota nchini Uturuki. Hata hivyo, si sahihi kuhamisha moja kwa moja karatasi ya 0,10 mm, 25SWYS900 au upana maalumu wa vizuizi katika utafiti huu kwenda kwenye mota nyingine. Sifa za B-H, hasara ya chuma, nguvu ya kuanza kutiririka, tabia ya joto, uharibifu wa kingo kutokana na utengenezaji na gharama ya nyenzo za ndani zinapaswa kupimwa upya pamoja na jiometri halisi ya mota na mzunguko wake wa kazi.

Swali kuu la utafiti ni lipi?

Utendaji wa IPMSM hautegemei jiometri ya kielektroni-magneti pekee. Sifa za hasara, usumaku na uimara wa kimitambo wa chuma cha umeme kinachounda vifurushi vya stator na rotor pia zinaweza kubadilisha ufanisi, torati, msongamano wa nguvu na usalama wa kasi kubwa wa mota hiyo hiyo.

Utafiti unashughulikia maswali matatu makuu kwa kuyatenganisha:

1. Kupungua kwa hasara ya chuma ya NOSS huongeza utendaji wa mota kwa kiasi gani, na athari hii hutokana hasa na stator au rotor?
2. Tabia ya msongamano wa mtiririko wa sumaku wa NOSS, hasa \(B_{5000}\) na \(B_s\), huathirije torati na ufanisi?
3. Je, kutumia NOSS yenye nguvu ya juu sana ya kuanza kutiririka kunaweza kupunguza kwa usalama vizuizi vya mtiririko wa sumaku wa rotor na kuongeza utendaji wa kielektroni-magneti?

Utenganishaji huu ni muhimu, kwa sababu nyenzo “yenye hasara ndogo zaidi”, “yenye msongamano mkubwa zaidi wa mtiririko” na “yenye nguvu zaidi” si lazima iwe nyenzo ileile. Utafiti unajaribu kuonyesha kwamba kwa kuwa stator na rotor zina majukumu tofauti, uchaguzi wa nyenzo pia unapaswa kutofautishwa.

Hasara ya chuma inajumuisha vipengele gani?

Katika utafiti, hasara ya jumla ya NOSS imegawanywa katika vipengele vitatu:

\[ p_{\mathrm{total}} = p_h + p_c + p_e \]

Hasara ya hysteresis:

\[ p_h = k_h f B_m^2 \]

Hasara ya Foucault/eddy current:

\[ p_c = \frac{\pi^2 f^2 B_m^2 t^2} {6\rho\gamma} \]

na hasara ya ziada:

\[ p_e = K_e f^{1.5} B_m^{1.5} \]

zimetolewa kwa namna hii. Hapa \(f\) ni masafa, \(B_m\) ni amplitudo ya msongamano wa mtiririko wa sumaku, na \(t\) ni unene wa karatasi. Neno \(t^2\) katika hasara ya eddy current linaonyesha kwa nini unene wa karatasi ni muhimu hasa katika masafa ya juu.

Kupunguza unene wa karatasi hufupisha njia ya eddy current na kupunguza hasara hii. Hata hivyo, utafiti unaonyesha kuwa katika masafa ya chini, hasara ya jumla inaweza tayari kuamuliwa kwa kiasi kikubwa na tabia ya hysteresis; kwa hiyo karatasi nyembamba haitoi faida sawa katika kila sehemu ya uendeshaji.

Modeli ya kwanza ya IPMSM ina sifa gani?

Sifa kuu za IPMSM yenye umbo la V iliyotumiwa katika uchunguzi wa unene wa NOSS na hasara ya chuma ni kama ifuatavyo:

Karatasi tatu zilizolinganishwa:

• 0,10 mm: ESW8517,
• 0,20 mm: 20SW1200,
• 0,30 mm: 30SW1500.

Tabia za B-P na B-H za nyenzo ziliingizwa kando katika modeli ya mota na athari za nyenzo tofauti za kiini zikahesabiwa kwenye jiometri ileile.

Sifa za sumaku za nyenzo zilipimwaje?

Nyenzo tatu za NOSS zilijaribiwa kwa mbinu ya fremu ya Epstein na kifaa cha kupimia sifa za sumaku cha BROCKHAUS. Katika mpangilio wa majaribio, joto la sampuli lilifuatiliwa na jaribio lilikomeshwa kiotomatiki sampuli ilipofikia 60 °C.

Mikondo ya hasara iliyoonyeshwa kwa 50, 100, 200, 400 na 1000 Hz inaonyesha kwamba faida ya karatasi nyembamba huonekana zaidi kadiri masafa yanavyoongezeka. Katika masafa ya chini, karatasi ya 0,20 mm haikuonyesha ubora wa wazi dhidi ya 0,30 mm; watafiti walihusisha hali hii na sehemu ndogo ya eddy current na uwezekano wa mikazo ya mabaki inayotokana na uchakataji kuongeza hasara ya hysteresis.

NOSS nyembamba ilibadilisha ufanisi wa mota kwa kiasi gani?

Katika uigaji ambapo nyenzo yenye unene sawa ilitumiwa kwenye stator na rotor, ufanisi wa juu na wa wastani uliongezeka kwa kiwango kidogo lakini thabiti kadiri karatasi ilivyokuwa nyembamba; upana wa eneo la ufanisi mkubwa ulibadilika kwa uwazi zaidi.

Je, karatasi nyembamba ni bora katika kila kasi?

Hapana. Hili ni mojawapo ya matokeo muhimu ya utafiti. Katika eneo la kasi ndogo la takribani 2000 rpm na chini, yaani katika hali ambapo masafa ya umeme ni takribani 100 Hz au chini, faida ya hasara ya kiini ya karatasi za 0,10 na 0,20 mm ni ndogo. Katika baadhi ya hali, hasara ya nyenzo ya 0,20 mm ilihesabiwa kuwa kubwa hata kuliko ya nyenzo ya 0,30 mm.

Kadiri kasi inavyoongezeka kuelekea 20.000 rpm, sehemu ya eddy current huongezeka na faida ya karatasi nyembamba katika hasara ya kiini na ufanisi huwa dhahiri zaidi. Kwa hiyo, utafiti hauungi mkono kuchagua kiotomatiki karatasi nyembamba sana na ghali kwa mota ya kasi ndogo.

Je, stator na rotor ni muhimu kwa kiwango sawa kwa upande wa hasara ya chuma?

Ili kutenganisha athari hii, watafiti walilinganisha data za nyenzo nne zenye hasara ya chuma ya rotor iliyo tofauti sana: NOSS ya 0,10 mm, 0,20 mm, 0,30 mm na 25SWYS900 yenye hasara kubwa zaidi.

Sifa za stator zilipowekwa sawa na kubadilishwa tu tabia ya hasara ya rotor, torati ya juu ilibaki takribani 216,17–216,23 Nm na ufanisi wa wastani %89,68–%89,72. Mikondo ya ufanisi wa mota ilikaribiana karibu kabisa.

Matokeo haya yanaonyesha kanuni muhimu ya uchaguzi wa nyenzo: athari kubwa ya hasara ya chuma ya NOSS kwenye ufanisi wa mota hutokea hasa kupitia kiini cha stator. Kwa hiyo hasara ndogo ni muhimu sana kwenye stator; kwenye nyenzo ya rotor si lazima kuipa kipaumbele sifa ya hasara ndogo peke yake.

Kwa nini athari ya hasara ya rotor ilikuwa ndogo zaidi?

Utafiti hauigawanyi athari hii kwa kutumia modeli pana ya kinadharia ya hasara ya rotor; unaonyesha matokeo kupitia ulinganisho wa vipengele vyenye ukomo. Katika modeli ileile ya mota, ingawa data za hasara za nyenzo ya rotor zilibadilishwa sana, torati ya jumla na ufanisi wa mota zilibadilika kidogo sana.

Kwa hiyo haiwezi kuhitimishwa kwamba “hasara ya rotor ni sifuri” au kwamba “sifa za sumaku za nyenzo ya rotor hazina umuhimu”. Chanzo kinaunga mkono tu kwamba katika IPMSM iliyochunguzwa, utendaji wa mota una unyeti mdogo kwa tabia ya hasara ya chuma ya NOSS ya rotor.

Ni nyenzo gani zililinganishwa kwa msongamano wa mtiririko wa sumaku?

Katika hatua ya pili ya utafiti, madaraja matatu ya NOSS yalichaguliwa:

• 30SW1500,
• 30SWH1500,
• 25SWYS900.

Kwa 30SW1500, \(B_{5000}=1,66\) T na \(B_s=2,08\) T zimetolewa. Kwa 30SWH1500, thamani hizi ni 1,68 T na 2,11 T kwa mpangilio. Kwa 25SWYS900, \(B_{5000}=1,55\) T na \(B_s=2,07\) T zimeripotiwa.

\(B_{5000}\) ni msongamano wa mtiririko wa sumaku wa nyenzo katika nguvu ya uga wa sumaku ya 5000 A/m. \(B_s\) inawakilisha msongamano wa mtiririko ulio karibu na kujaa uliotolewa katika utafiti kwenye eneo la uga wa juu la takribani 85.000 A/m.

Tofauti ya takribani %1 katika sifa za sumaku iliathiri mota kwa kiasi gani?

Wakati 30SW1500 na 30SWH1500 zilitumiwa kwenye stator na rotor zote mbili, ufanisi wa juu na wa wastani wa mota ulibaki karibu sawa licha ya tofauti ya takribani %1 katika \(B_{5000}\) na \(B_s\). Torati ya juu ilibadilika kutoka 220,5 Nm'den hadi 222,2 Nm'ye; chanzo kilitathmini hili kama takribani %0,77 tofauti ya torati.

Matokeo haya yanaunga mkono kwamba mota haina unyeti mkubwa kwa tofauti ndogo za msongamano wa mtiririko wa sumaku.

Nini kilitokea tofauti ya B₅₀₀₀ ilipokuwa kubwa zaidi?

Katika ulinganisho wa 30SW1500 na 25SWYS900, \(B_s\) ilikuwa tofauti kwa takribani %0,48 tu, ilhali \(B_{5000}\) ilikuwa chini kwa takribani %6,6. Wakati nyenzo zote mbili zilitumiwa kwenye stator na rotor, torati ya juu ilishuka kutoka 220,5 Nm'den hadi 211,5 Nm'ye; chanzo kiliripoti tofauti hii kama takribani %4,3.

Ugunduzi huu unaonyesha kwamba kuangalia msongamano wa mtiririko wa kujaa pekee kunaweza kutotosha katika usanifu wa mota. Tabia ya usumaku katika eneo la uga wa kati na mdogo pia inaweza kuathiri torati halisi ya uendeshaji.

Kwa msongamano wa mtiririko wa sumaku, stator au rotor ina athari kubwa zaidi?

Katika uigaji uliolinganisha michanganyiko saba ya stator–rotor, sifa za sumaku za viini vyote viwili ziliathiri torati. Hata hivyo, kwa kuzingatia ulinganisho wa miteremko ya torati–\(B_{5000}\), utafiti unaripoti kwamba mabadiliko ya msongamano wa mtiririko wa sumaku katika nyenzo ya stator yana athari kubwa zaidi kuliko mabadiliko yale yale katika nyenzo ya rotor.

Kwa hivyo nyenzo ya stator inajitokeza kwa vipengele viwili: hasara ndogo ya chuma na msongamano unaofaa wa mtiririko wa sumaku vyote vina jukumu muhimu katika utendaji wa mota.

Kwa nini nyenzo ya rotor yenye uimara wa juu sana inahitajika?

Katika rotor ya IPMSM yenye umbo la V kuna vizuizi vya mtiririko wa sumaku kuzunguka sumaku. Vizuizi hivi vinapokuwa vyembamba iwezekanavyo, mtiririko wa kuvuja kutoka kwenye sumaku ya kudumu unaweza kupunguzwa. Lakini rotor inapozunguka kwa kasi kubwa, maeneo ya vizuizi hukabiliwa na mkazo mkubwa wa nguvu ya mzunguko.

Modeli ya kimitambo ya utafiti inaonyesha kwamba mkazo huongezeka haraka kadiri upana wa kizuizi unavyopungua; vivyo hivyo, kasi ya rotor inapoongezeka kutoka 10.000 rpm'den hadi 18.000 rpm'ye, mkazo wa nguvu ya mzunguko huongezeka kwa kiasi kikubwa.

Kwa hiyo kuna mgongano wa moja kwa moja wa usanifu kati ya “kizuizi chembamba” kinachohitajika na usanifu wa kielektroni-magneti na “eneo la kutosha la sehemu” linalohitajika na usalama wa kimitambo.

25SWYS900 hutoa nini kwa upande wa kimitambo?

Katika ulinganisho, nguvu ya kuanza kutiririka iliyohakikishwa ya 30SW1500 ya kawaida imetolewa kama 420 MPa, na ya 25SWYS900 kama 900 MPa. Kwa nyenzo zote mbili, kupungua kwa nguvu ya kuanza kutiririka katika 150 °C ikilinganishwa na 20 °C kumeripotiwa kubaki ndani ya 90 MPa.

Utafiti unatumia kipengele cha usalama cha 1,2 kuzingatia joto la juu na kutokuwa na uhakika kwa utengenezaji/overspeed:

\[ F = \frac{R_{p0.2}-90} {1.2} \]

Hapa \(F\) ni mkazo wa juu unaoruhusiwa wa nguvu ya mzunguko kwenye kizuizi cha rotor, na \(R_{p0.2}\) ni nguvu iliyohakikishwa ya kuanza kutiririka ya nyenzo katika 20 °C.

Kwa hiyo, thamani zinazokadiriwa kuruhusiwa ni:

• 30SW1500: 275 MPa,
• 25SWYS900: 675 MPa.

zimehesabiwa.

Uimara mkubwa zaidi ulibadilisha jiometri ya kizuizi kwa kiasi gani?

Katika usanifu wa chanzo, upana wa vizuizi vitatu muhimu vya sumaku kwa nyenzo ya kawaida ulikuwa:

2,4 mm / 2,0 mm / 2,0 mm

wakati kwa 25SWYS900 ulipunguzwa hadi:

1,0 mm / 0,9 mm / 0,9 mm

.

Katika matokeo ya mkazo ya vipengele vyenye ukomo, thamani ya juu ya usanifu wa 30SW1500 ni 275,58 MPa, huku thamani ya usanifu wa kizuizi chembamba wa 25SWYS900 ikiwa 666,95 MPa. Ingawa thamani ya pili ni kubwa zaidi, kikomo cha nguvu kinachoruhusiwa cha nyenzo hiyo pia ni kikubwa zaidi.

Je, faida halisi ya nyenzo yenye uimara wa juu sana inatoka kwa nyenzo yenyewe?

Hii ni mojawapo ya tofauti muhimu katika utafiti. Katika jiometri ileile ya kizuizi kipana, kutumia rotor ya 25SWYS900 badala ya 30SW1500 hupunguza torati kidogo na utendaji wa mota hubaki kwa kiasi kikubwa uleule. Kwa hiyo, nyenzo yenye uimara mkubwa haitoi faida kwa sababu tu ni “nyenzo bora zaidi ya sumaku”.

Faida kuu ni kwamba uimara mkubwa wa kimitambo huruhusu jiometri ya rotor kuboreshwa upya. Kizuizi kinapopunguzwa, mtiririko wa kuvuja hupungua, kiunganishi cha mtiririko wa mhimili D huongezeka na utendaji wa kielektroni-magneti huimarika.

Kwa nini 25SWYS900 haipendekezwi kwenye stator?

25SWYS900 inapotumiwa kwenye stator na rotor zote mbili, nguvu ya juu hubaki katika kiwango cha 169,1 kW, lakini ufanisi wa juu hushuka kutoka %97,23'dan hadi %96,43'ga na ufanisi wa wastani kutoka %89,58'dan hadi %88,63'ga. Sehemu ya eneo la ufanisi mkubwa la %97 au zaidi pia ni %6,21 katika Mpango wa 3 lakini hushuka hadi sifuri katika Mpango wa 4.

Watafiti wanahusisha hili na ukweli kwamba licha ya faida ya uimara wa kimitambo wa 25SWYS900, sifa zake za hasara ya chuma na msongamano wa mtiririko wa sumaku si nzuri sana kwa stator.

Kwa hiyo mantiki ya uchaguzi wa nyenzo inayopendekezwa ni:

Prototipu zilijaribiwaje?

Prototipu nne zilitengenezwa ili kutathmini kwa majaribio dhana ya uimara mkubwa na kizuizi cha mtiririko. Katika prototipu mbili, vizuizi vya nje vya mtiririko vilichakatwa hadi 0,5 mm ili hasa kuweza kuona tabia ya ulemavu wa haraka au kuvunjika.

Matokeo ya jaribio la 17.750 rpm yalikuwa nini?

Jaribio la kimitambo la kasi kubwa lilianza 8000 rpm na liliendeshwa kwa dakika 30 kwa kila ongezeko la 1000 rpm hadi 17.000 rpm. Baadaye, kasi iliongezwa kwa hatua za 250 rpm ilipokaribia eneo muhimu.

Jedwali la 7–8, Kielelezo 19 na maelezo yanayofuata katika chanzo yakitathminiwa pamoja yanaonyesha kwamba rotor ya kawaida ya 30SW1500 yenye kizuizi cha 0,5 mm, yaani Scheme 4, ilionyesha ulemavu wa plastiki katika 17.750 rpm; huku Scheme 3 yenye rotor ya 25SWYS900 na kizuizi chembamba kilekile haikuonyesha mabadiliko ya vipimo yanayoonekana.

Mabadiliko ya wastani ya kipenyo cha rotor iliyolemaa yameripotiwa kuwa takribani %0,82 na %0,81 katika ncha ya mbele na ya nyuma kwa mpangilio.

Katika FEM, mkazo wa juu wa nguvu ya mzunguko wa rotor ya Scheme 4 katika 17.750 rpm ulikuwa 489,95 MPa na ulitokea katika eneo la kizuizi cha nje cha mtiririko 3. Ulemavu wa juu wa pande mbili uliokokotolewa ulikuwa 0,96 mm, wakati kipimo cha majaribio kilikuwa takribani 1,03 mm. Chanzo kinaripoti tofauti kati ya thamani hizo mbili kama %7,3.

Je, jaribio la prototipu la kielektroni-magneti lilithibitisha uigaji?

Ulinganisho wa utendaji wa kielektroni-magneti wa prototipu nne ulifanywa katika 7500 rpm na 230 A.

Katika jiometri ileile ya kizuizi cha 2,0 mm, kubadilisha nyenzo ya rotor kutoka 30SW1500 hadi 25SWYS900 hakubadilisha torati na ufanisi kwa kiwango cha maana. Hii inaendana na matokeo ya uigaji kwamba nyenzo yenye uimara mkubwa haitoi faida ya kielektroni-magneti peke yake.

Vizuizi vya nje vilipopunguzwa hadi 0,5 mm kutokana na 25SWYS900, torati iliongezeka kutoka 154,69 Nm'den hadi 165,21 Nm'ye. Chanzo kinataja hili kama %6,8 ongezeko. Ufanisi pia uliongezeka kutoka %94,59'dan hadi %94,89'ga.

Utafiti unasema nini?

• NOSS nyembamba inaweza kupunguza hasara ya chuma ya IPMSM hasa katika maeneo ya kasi kubwa na masafa ya juu.
• Athari ya nyenzo yenye hasara ndogo kwenye ufanisi wa mota hutokea hasa kupitia stator.
• Tofauti kubwa katika tabia ya hasara ya chuma ya NOSS ya rotor zilibadilisha utendaji wa jumla wa mota kwa kiasi kidogo sana katika modeli iliyochunguzwa.
• Msongamano wa mtiririko wa sumaku wa stator na rotor huathiri torati; athari ya stator ni kubwa zaidi.
• Tofauti ndogo za B-H zinaweza kubadilisha utendaji wa mota kidogo sana; tofauti kubwa zaidi za \(B_{5000}\) zinaweza kuwa na athari inayoonekana kwenye torati.
• NOSS yenye nguvu ya juu sana ya kuanza kutiririka inaweza kuruhusu vizuizi vya rotor kupunguzwa, kupunguza mtiririko wa kuvuja na kuongeza msongamano wa torati/nguvu.
• Nguvu ya 25SWYS900 ni uimara wa kimitambo wa rotor; utafiti haupendekezi nyenzo hii kwenye stator.

Utafiti hausimi nini?

• Hauonyeshi kwamba NOSS ya 0,10 mm ndiyo chaguo bora zaidi kiuchumi au kiufundi kwa IPMSM zote.
• Haijathibitishwa kwamba 25SWYS900 hutoa ongezeko lilelile la torati katika jiometri zote za rotor.
• Haiwezi kuhitimishwa kwamba hasara ya chuma ya rotor si muhimu katika aina zote za mota.
• Haijaonyeshwa kwamba matokeo ya 17.750 rpm yanaweza kuhamishwa moja kwa moja kwa vipenyo au jiometri nyingine za vizuizi vya rotor.
• Haijathibitishwa kwamba vyuma vya umeme kutoka kwa wazalishaji tofauti vyenye sifa sawa za majina vitakuwa na tabia sawa.
• Hakuna uthibitisho mpana wa uimara wa muda mrefu, maisha ya mamilioni ya mizunguko, mizunguko ya joto au toleransi za uzalishaji wa mfululizo uliowasilishwa.
• Utafiti haulinganishi gharama za nyenzo kwa thamani ya fedha; unataja tu kwamba karatasi nyembamba sana inaweza kuwa ghali.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mlolongo wa majaribio–uigaji wa utafiti

1. Kupima sifa za sumaku za sampuli za NOSS za 0,10, 0,20 na 0,30 mm kwa fremu ya Epstein na mfumo wa BROCKHAUS.
2. Kuhamisha data za B-P na B-H kwenye modeli ya vipengele vyenye ukomo ya IPMSM yenye umbo la V na kipenyo cha nje cha stator cha 210 mm.
3. Kulinganisha hasara ya kiini, ufanisi na eneo la ufanisi mkubwa katika kasi na mizigo tofauti.
4. Kuweka sifa za stator zisibadilike huku data za hasara ya rotor pekee zikibadilishwa na kutathmini unyeti wa hasara ya rotor.
5. Kulinganisha mikondo ya B-H ya 30SW1500, 30SWH1500 na 25SWYS900.
6. Kuiga michanganyiko saba tofauti ya sifa za sumaku za stator–rotor.
7. Kubainisha athari za jamaa za sifa za sumaku za stator na rotor kwenye torati.
8. Kukokotoa uhusiano wa upana wa kizuizi–mkazo wa nguvu ya mzunguko kwenye modeli ya rotor yenye umbo la V na kipenyo cha nje cha stator cha 128 mm.
9. Kulinganisha sifa za kimitambo za 30SW1500 na 25SWYS900 katika 20 °C na 150 °C.
10. Kukokotoa mikazo ya kizuizi cha rotor inayoruhusiwa kwa kipengele cha usalama cha 1,2.
11. Kutengeneza jiometri ya rotor yenye vizuizi vyembamba kwa 25SWYS900 na kuiga utendaji wake wa kielektroni-magneti.
12. Kuthibitisha prototipu zenye rotor za 30SW1500 na 25SWYS900 kwa majaribio ya kimitambo ya kasi kubwa na ya kielektroni-magneti.

Matokeo makuu ya ulinganisho wa unene

Jedwali hili linaonyesha kwamba ingawa tofauti ya ufanisi wa kilele ni pointi 0,3 tu za asilimia, eneo la kasi–torati ambalo linaweza kufanya kazi kwa ufanisi mkubwa sana limepanuka kwa uwazi zaidi.

Unyeti wa hasara ya rotor

Katika tabia nne tofauti za hasara ya rotor:

• torati ya juu ilibaki takribani 216,17–216,23 Nm,
• torati ya wastani takribani 87,44–87,49 Nm,
• ufanisi wa juu takribani %97,23–%97,26,
• ufanisi wa wastani takribani %89,68–%89,72

. Chanzo kinatafsiri ukaribu huu kama unyeti mdogo wa utendaji kwa tabia ya hasara ya chuma ya rotor.

Michanganyiko ya msongamano wa mtiririko wa sumaku

Ulinganisho wa A–A13 unaonyesha unyeti mdogo kwa tofauti ndogo za sifa za sumaku, huku A–A23 ukionyesha athari za tofauti kubwa zaidi za \(B_{5000}\) kwenye torati.

Matokeo ya namba ya usanifu wa rotor yenye uimara wa juu sana

Mpango wa 3, ambapo vizuizi vilipunguzwa hadi 1,0/0,9/0,9 mm kwa kutumia 25SWYS900, ukilinganishwa na Mpango wa msingi wa 1 ulitoa:

• %9,2 ongezeko la torati ya juu,
• %9,1 ongezeko la nguvu ya juu,
• ongezeko la eneo la ufanisi ≥%97 kutoka %2,08'dan hadi %6,21'ga

.

Kwa upande mwingine, katika Mpango wa 4 ambapo 25SWYS900 ilitumika pia kwenye stator, ufanisi wa juu ulishuka hadi %96,43 na ufanisi wa wastani hadi %88,63. Kwa hiyo pendekezo la mwisho la nyenzo la watafiti ni kutumia nyenzo yenye hasara ndogo kwenye stator na nyenzo yenye uimara wa juu sana kwenye rotor pekee.

Uthibitishaji wa kimitambo wa kasi kubwa

Jaribio lililolinganisha rotor za 30SW1500 na 25SWYS900 zenye vizuizi vyembamba:

• lilianza katika 8000 rpm,
• likaendelea hadi 17.000 rpm kwa hatua za 1000 rpm / dakika 30,
• baadaye likaendelea kwa ongezeko la 250 rpm / dakika 30,
• na katika 17.750 rpm likamalizika kwa ulemavu wa plastiki wa rotor yenye kizuizi chembamba ya nyenzo ya kawaida.

Kwa sababu kuna mgongano katika sentensi moja ya chanzo kuhusu nambari ya prototipu katika jaribio hili, matokeo yamewasilishwa kwa kutegemea tafsiri ya Scheme 4/30SW1500 inayoungwa mkono kwa upana na Jedwali la 7–8, Kielelezo 19 na maelezo yanayofuata.

Ulinganisho wa ulemavu wa uigaji–jaribio

Ukaribu huu ulitathminiwa na watafiti kama ushahidi kwamba modeli ya kimitambo ya FEM ya rotor inawakilisha tabia ya majaribio kwa kiwango kinachokubalika.

Uthibitishaji wa kielektroni-magneti katika 7500 rpm

Katika jaribio la prototipu la 7500 rpm na 230 A, utendaji wa rotor za 30SW1500 na 25SWYS900 zenye jiometri ileile ya kizuizi ulikuwa karibu sawa. Rotor ya 25SWYS900 yenye kizuizi chembamba iliongeza torati kwa takribani %6,8. Ugunduzi huu unaunga mkono tafsiri kwamba ongezeko la utendaji linatokana na mabadiliko ya jiometri ya rotor yanayowezekana kwa sababu ya uimara mkubwa, badala ya ubora wa moja kwa moja wa kielektroni-magneti wa nyenzo.

Vikwazo vya kisayansi

Jiometri ya mota iliyotumiwa katika utafiti si sawa katika sehemu zote. Katika uchunguzi wa hasara ya chuma na msongamano wa mtiririko wa sumaku, IPMSM yenye kipenyo cha nje cha stator cha 210 mm, urefu wa kifurushi wa 100 mm na kasi ya juu ya 20.000 rpm ilitumiwa, ilhali katika uchunguzi wa rotor yenye uimara wa juu sana modeli nyingine yenye umbo la V na kipenyo cha nje cha stator cha 128 mm ilitumika. Kwa hiyo, thamani zote kamili za namba kutoka sehemu hizi mbili hazipaswi kuunganishwa kana kwamba zinatokana na mota moja.

Jedwali za nyenzo na utendaji wa prototipu hazitoi kutokuwa na uhakika wa takwimu kwa kina, mgawanyo wa majaribio yanayorudiwa au pau za hitilafu. Matokeo yanategemea pointi maalumu za uendeshaji zilizopimwa na kuigwa.

Jaribio la prototipu la kasi kubwa linaonyesha tabia ya ulemavu wa plastiki, lakini maisha ya uchovu ya muda mrefu, mizunguko ya joto, toleransi za uzalishaji wa mfululizo, usambazaji wa uharibifu wa kingo/uchakataji na uimara wa rotor baada ya mamilioni ya mizunguko ya kimitambo haukuchunguzwa.

Tofauti ya gharama ya nyenzo haijatolewa kwa namba. Chanzo kinataja kwamba NOSS ya 0,10 mm ni ghali, lakini hakitoi gharama ya fedha au gharama ya mzunguko wa maisha.

Uhusiano wa kitaasisi wa waandishi wawili na Shougang Zhixin Electromagnetic Material, mtengenezaji wa 25SWYS900, umetangazwa wazi katika chanzo. Waandishi wametoa tamko kwamba hakuna mgongano wa maslahi katika utafiti.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Jina kamili la asili la utafiti: The Influence of Non-Oriented Silicon Steel Core Material on Motor Performance

Waandishi, kwa mpangilio wa chanzo: Guanglin Li; Jing Zhao; Xiaoqing Guan; Zhizhou Chen; Bin Wang.

Mchango sawa/mwandishi wa kwanza sawa: Chanzo hakina tamko la mchango sawa au uandishi wa kwanza sawa.

Mwandishi wa mawasiliano: Guanglin Li.

Taasisi: School of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing, China; Shougang Zhixin Electromagnetic Material (Qian’an) Co., Ltd., Tangshan, China; Department of Intelligent Control, Yantai Engineering & Technology College, Yantai, China.

Jarida: Machines.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Kitambulisho cha uchapishaji: Machines 2026, 14(5), 538.

DOI: 10.3390/machines14050538.

Kiungo rasmi:https://doi.org/10.3390/machines14050538

Imepokelewa / kurekebishwa / kukubaliwa / kuchapishwa: 15 Aprili 2026 / 5 Mei 2026 / 9 Mei 2026 / 11 Mei 2026.

Aina ya chanzo na hali ya mapitio ya rika: Makala ya utafiti iliyopitiwa na rika iliyochapishwa katika jarida la Machines.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY). Hakimiliki © 2026 ni ya waandishi.

Ufadhili: Imeripotiwa kwamba utafiti haukupokea ufadhili wa nje.

Upatikanaji wa data: Imeripotiwa kwamba seti za data hazipatikani moja kwa moja kutokana na vikwazo vya kiufundi na muda, na maombi ya upatikanaji yanaweza kuelekezwa kwa mwandishi wa mawasiliano.

Mgongano wa maslahi: Imeelezwa kwamba Guanglin Li na Bin Wang ni wafanyakazi wa Shougang Zhixin Electromagnetic Material (Qian’an) Co., Ltd. Waandishi wanatangaza kwamba hakuna uhusiano wa kibiashara au kifedha ambao unaweza kuathiri utafiti isivyofaa.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana Guanglin Li na Jing Zhao; mbinu Guanglin Li; programu Guanglin Li na Xiaoqing Guan; uthibitishaji Guanglin Li, Jing Zhao na Xiaoqing Guan; uchunguzi Guanglin Li na Zhizhou Chen; rasilimali Bin Wang; usimamizi wa data Zhizhou Chen na Xiaoqing Guan; rasimu ya kwanza Guanglin Li; mapitio na uhariri Xiaoqing Guan; uoneshaji Xiaoqing Guan.

Tamko la matumizi ya akili bandia: Katika sehemu ya shukrani, imeelezwa kwamba sehemu ya maandishi ilihaririwa kwa upande wa lugha kwa DeepSeek V3.2 ili kuboresha uandishi wa Kiingereza na kupunguza makosa ya sarufi; waandishi walikagua na kuhariri matokeo na kukubali jukumu la maudhui ya uchapishaji.

Dokezo la kutokubaliana ndani ya chanzo 1: Katika sehemu ya jaribio la prototipu la kasi kubwa, sentensi moja inasema kwamba rotor ya Scheme 3 ilionyesha ulemavu wa plastiki katika 17.750 rpm, kisha mara moja inasema kuwa hakuna mabadiliko yanayoonekana katika Scheme 3 hiyo hiyo. Kwa mujibu wa Jedwali la 7, Scheme 3 ni prototipu yenye rotor ya 25SWYS900; Scheme 4 ni prototipu yenye rotor ya 30SW1500 na kizuizi cha 0,5 mm. Katika mwendelezo wa sehemu hiyo hiyo, imeelezwa kwamba mabadiliko ya kipenyo cha rotor yalikuwa ya Scheme 4, nyenzo ya Scheme 4 ilifikia nguvu ya kuanza kutiririka, na vipimo vya Scheme 3 havikubadilika. Kwa hiyo, katika maelezo makuu ya kisayansi, tafsiri inayoungwa mkono na uthabiti mpana wa ndani—“Scheme 4 ililemaa, Scheme 3 haikuonyesha mabadiliko yanayoonekana”—imetumiwa; sentensi inayokinzana ya chanzo haijafichwa.

Dokezo la kutokubaliana ndani ya chanzo 2: Katika sehemu moja ya usanifu wa uimara wa juu sana, neno “35SW1500” linaonekana; katika utafiti wote, nyenzo imefafanuliwa kama 30SW1500 na jedwali husika pia zinatumia 30SW1500. Aidha, katika sentensi moja grafu ya sifa za kimitambo inaitwa Kielelezo 13, huku namba ya grafu inayoonekana ikiwa Kielelezo 14. Tofauti hizi zimehifadhiwa kama hitilafu za uandishi/uhesabu ndani ya chanzo.

Dokezo la wigo wa modeli: Modeli kuu iliyotumiwa kwa uchanganuzi wa hasara ya chuma na msongamano wa sumaku ina kipenyo cha nje cha stator cha 210 mm na urefu wa kifurushi wa 100 mm. Katika sehemu ya rotor yenye uimara wa juu sana, modeli nyingine ya IPMSM yenye umbo la V na kipenyo cha nje cha stator cha 128 mm inatumiwa. Thamani kamili za sehemu tofauti hazipaswi kuunganishwa kana kwamba zinatoka katika usanidi mmoja wa mota.

Kikomo cha wigo wa kisayansi: Matokeo yanatumika kwa madaraja ya NOSS yaliyochunguzwa, jiometri za rotor zenye umbo la V, modeli za vipengele vyenye ukomo na pointi za uendeshaji za prototipu. Uchaguzi wa nyenzo unapaswa kuthibitishwa upya kwa topolojia nyingine za IPMSM, wazalishaji wengine wa karatasi, michakato ya uzalishaji wa mfululizo au hali nyingine za joto na mzunguko wa kazi.

Mbinu ya kuandaa maudhui: Sehemu ya kisayansi ya maudhui haya ya Verianla imetegemea tu maandishi, milinganyo, vipimo vya B-H na hasara ya chuma, uchanganuzi wa FEM, jedwali, matokeo ya mkazo/ulemavu wa rotor na majaribio ya prototipu ya utafiti wa chanzo. Hakuna matokeo mapya ya majaribio au thamani ya utendaji wa nyenzo iliyoongezwa kutoka vyanzo vya nje. Uthibitishaji wa nje umewekewa kikomo kwenye utambulisho wa bibliografia na hali ya mapitio ya rika ya jarida. Inline SVG zimechorwa upya kutokana na data sahihi za jedwali zilizoripotiwa katika chanzo au zimeundwa kama michoro asilia ya Kiswahili ya Verianla kwa kuzingatia mbinu na matokeo ya utafiti.