أهمية تصميم الدوار في المحركات عالية السرعة بدون فرش

يعمل الدوار ذو المحرك عالي السرعة بدون فرش عادةً بسرعات تتراوح من 20.000 إلى 100.000 دورة في الدقيقة. يختلف تصميم المحركات عالية السرعة بشكل كبير عن تصميم المحركات التقليدية منخفضة السرعة ومنخفضة التردد. يعد التحليل الديناميكي لأنظمة الدوار والمحمل أمرًا بالغ الأهمية للموثوقية التشغيلية للمحركات عالية السرعة.

يعد تصميم الدوار أمرًا أساسيًا في تصميم المحرك عالي السرعة بدون فرش، مع الاعتبارات الرئيسية بما في ذلك: اختيار قطر الدوار وطوله، واختيار مواد المغناطيس الدائم، وطرق الحماية المستخدمة (حيث أن المغناطيس الدائم لا يمكنه تحمل قوى الطرد المركزي الهائلة التي تواجهها السرعات العالية ويجب حمايته بمواد عالية القوة). يتضمن ذلك تحليل قوة الدوار وصلابته وتصميم المحامل (نظرًا لأن المحركات عالية السرعة بدون فرش لا يمكنها استخدام المحامل القياسية ويجب بدلاً من ذلك استخدام أنواع غير متصلة مثل المحامل الهوائية أو المغناطيسية).

بالنسبة للمحركات عالية السرعة بدون فرش، يجب أن يأخذ تصميم الجزء الدوار ذو المغناطيس الدائم في الاعتبار الجوانب الكهرومغناطيسية والميكانيكية. وهذا يعني أن الجزء المتحرك ذو المغناطيس الدائم يجب أن يوفر مجالًا مغناطيسيًا دورانيًا قويًا بما فيه الكفاية لملفات الجزء الثابت، بينما يكون أيضًا قادرًا على تحمل قوى الطرد المركزي الهائلة الناتجة عن الدوران عالي السرعة.

عالية السرعة تحتوي المحركات بدون فرش عمومًا على عدد أقل من الأقطاب، وعادةً ما تستخدم 2 أو 4 أقطاب. يسهل المحرك ثنائي القطب استخدام الهيكل الصلب للمغناطيس الدائم لضمان التماثل الميكانيكي والكهرومغناطيسي. علاوة على ذلك، فإن المجال المغناطيسي لنواة الجزء الثابت وتيار اللف وتردد المحرك ثنائي القطب يمثل فقط نصف المجال المغناطيسي لمحرك رباعي الأقطاب، مما يساعد على تقليل فقد الحديد والنحاس في الجزء الثابت للمحرك. ومع ذلك، فإن العيب الرئيسي للمحركات ثنائية القطب هو أن ملفات الجزء الثابت تكون أطول وتتطلب مساحة أكبر في قلب الجزء الثابت.

اختيار تؤثر المواد المغناطيسية الدائمة الموجودة في المحركات عالية السرعة بدون فرش بشكل كبير على حجم المحرك وأدائه. عند اختيار مواد المغناطيس الدائم، تشمل الاعتبارات ما يلي:

1. لتعزيز كثافة طاقة المحرك وكفاءته، يجب اختيار المواد ذات كثافة التدفق المتبقية العالية، والإكراه، ومنتج الطاقة المغناطيسية.

2. يجب أن يتغير منحنى إزالة المغناطيسية لمادة المغناطيس الدائم خطيًا ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل المسموح بها. لضمان أن درجة حرارة تشغيل دوار المغناطيس الدائم لا تتجاوز درجة حرارة إزالة مغنطة المغناطيس، يجب استخدام مواد مغناطيسية دائمة مقاومة لدرجات الحرارة العالية.

نظرًا لقوى الطرد المركزي الهائلة التي يجب أن تتحملها دوارات المغناطيس الدائم ذات المحرك عالي السرعة بدون فرش، فإن الخواص الميكانيكية للمواد المغناطيسية مهمة أيضًا. بالنظر إلى المتطلبات الفنية وتكاليف المواد، يتم استخدام بورون حديد النيوديميوم الملبد، وهو نوع من مواد المغناطيس الدائم المستخدمة في تعدين المساحيق، بشكل شائع. تتضمن طرق الحماية لهذه المغناطيسات إضافة غلاف واقٍ عالي القوة وغير مغناطيسي خارج المغناطيس، يتم تركيبه بإحكام فوقه. تتضمن طريقة الحماية الأخرى استخدام أشرطة ألياف الكربون لتأمين المغناطيس.