Konstrukce rotoru vysokorychlostního motoru a konstrukční charakteristiky (konstrukce statoru, různé typy konstrukce rotoru)

Vysokorychlostní rotor motoru se vyznačuje malými rozměry, vysokou hustotou výkonu, přímým spojením s vysokorychlostním zatížením, eliminací tradičního mechanického urychlovacího zařízení, snížením hluku systému a zlepšením účinnosti přenosu systému atd. Má široké vyhlídky uplatnění v oblastech vysokorychlostních brusek, chladicích systémů s cirkulací vzduchu, setrvačníků pro skladování energie, palivových článků, vysokorychlostních odstředivých kompresorů pro přenos energie na zemní plyn a distribuovaných zařízení pro výrobu energie z letadel a distribuovaných systémů pro výrobu energie. hotspoty v mezinárodním elektrotechnickém poli.

Hlavní charakteristiky vysokootáčkového motoru jsou vysoká rychlost rotoru, vysoký proud ve vinutí statoru a frekvence magnetického toku v jádru, vysoká hustota výkonu a hustota ztrát. Tyto vlastnosti určují, že klíčová technologie a konstrukční metody vysokorychlostního motoru se liší od těch, které mají motor s konstantní rychlostí.

Otáčky rotoru vysokootáčkového motoru jsou obvykle vyšší než 10 000 ot/min. Při rotaci vysokou rychlostí nemůže konvenční vrstvený rotor odolat obrovské odstředivé síle, takže je třeba použít speciální vysoce pevnou vrstvenou nebo pevnou konstrukci rotoru. U motorů s permanentními magnety je problém pevnosti rotoru výraznější, protože slinutý materiál permanentního magnetu nemůže odolat tahovému namáhání generovanému vysokorychlostním otáčením rotoru a pro permanentní magnet je třeba přijmout ochranná opatření. Vysokorychlostní tření mezi rotorem a vzduchovou mezerou způsobuje mnohem větší ztráty třením na povrchu rotoru než u motoru s konstantní rychlostí, což přináší velké potíže s odvodem tepla rotoru. Aby byla zajištěna dostatečná pevnost rotoru, je rotor rychloběžného motoru většinou štíhlý, takže ve srovnání s motorem s konstantními otáčkami se značně zvyšuje možnost, že se rotorový systém přiblíží kritickým otáčkám rychlomotoru. Běžná ložiska motoru nemohou spolehlivě fungovat při vysokých otáčkách a je třeba použít vysokorychlostní ložiskové systémy.

Vysoká střídavá frekvence proudu vinutí a magnetického toku v jádru vysokorychlostního motoru způsobí velké vysokofrekvenční dodatečné ztráty ve vinutí motoru, jádra statoru a rotoru. Když je frekvence statorového proudu nízká, vliv skinefektu a efektu přiblížení na ztrátu vinutí lze ignorovat, ale při vysoké frekvenci bude vinutí statoru produkovat zjevný skin efekt a efekt blízkosti a zvýšit další ztrátu vinutí. Frekvence magnetického toku v jádru statoru vysokorychlostního motoru je vysoká, vliv skinefektu nelze ignorovat a konvenční metoda výpočtu přinese velké chyby. Aby bylo možné přesně vypočítat ztrátu jádra statoru vysokootáčkového motoru, je nutné prozkoumat výpočtový model ztráty železa za podmínek vysoké frekvence. Prostorové harmonické způsobené štěrbinou statoru a nesinusovým rozložením vinutí, stejně jako proudové a časové harmonické generované PWM napájením, způsobí velké ztráty vířivými proudy v rotoru. Vzhledem k malé velikosti rotoru a špatným podmínkám chlazení to přinese velké potíže s odvodem tepla rotoru. Proto bude diskutován přesný výpočet ztráty vířivými proudy rotoru a zkoumání účinných opatření ke snížení ztrát vířivými proudy rotoru. Má velký význam pro spolehlivý provoz vysokorychlostního motoru. Vysokofrekvenční napětí nebo proud zároveň přináší výzvy pro návrh regulátoru vysokovýkonných vysokootáčkových motorů.

Objem vysokootáčkového motoru je mnohem menší než u motoru s konstantními otáčkami stejného výkonu, nejen hustota výkonu a hustota ztrát je velká, ale také odvod tepla je obtížný, pokud se nepoužijí speciální opatření pro odvod tepla, bude nárůst teploty motoru příliš vysoký, čímž se zkrátí životnost vinutí, zejména u motoru s permanentními magnety, v případě permanentního magnetu je nárůst teploty příliš vysoký, nárůst teploty rotoru je příliš vysoký. Dobře navržený chladicí systém dokáže účinně snížit nárůst teploty pevného rotoru, což je klíčem k dlouhodobému stabilnímu provozu vysokovýkonných vysokootáčkových motorů.

Abychom to shrnuli, existuje mnoho speciálních klíčových problémů v síle rotoru, dynamice rotorového systému, elektromagnetickém návrhu, návrhu chladicího systému a výpočtu nárůstu teploty, vývoji vysokorychlostních ložisek a regulátorů, které nejsou dostupné u běžných motorů. Proto je návrh vysokorychlostního motoru komplexním konstrukčním procesem mnoha iterací fyzikálních polí, jako je elektromagnetické pole, síla rotoru, dynamika rotoru, pole kapalin a teplotní pole. V současnosti jsou hlavními typy motorů používaných ve vysokorychlostních polích indukční motory, motory s permanentními magnety, spínané reluktanční motory a drápové pólové motory, přičemž každý typ motoru má jinou topologii.

Tento článek analyzuje vývojový stav různých typů vysokootáčkových motorů doma i v zahraničí a shrnuje limitní index různých typů vysokootáčkových motorů. Podrobně je analyzována struktura a konstrukční charakteristiky vysokootáčkového motoru, včetně návrhu statoru, konstrukce rotoru, analýzy dynamiky rotorového systému, výběru ložisek a návrhu chladicího systému atd. Nakonec jsou analyzovány hlavní problémy, kterým čelí vývoj vysokorychlostního motoru, a jsou prozkoumány vývojové trendy a perspektivy vysokorychlostního motoru.