Zavedení rotoru vysokorychlostního motoru

A Vysokorychlostní motorový rotor je kritickou součástí vysokorychlostního motoru, který obvykle ztělesňuje rotující hřídel. Provozuje využitím elektrické energie generované motorem, aby předal rotační pohyb mechanickým zařízením. Definující charakteristikou vysokorychlostních motorových rotorů je jejich vysoká rotační rychlost, často přesahující 10 000 revolucí za minutu (RPM).

Při strukturálním návrhu vysokorychlostních motorových rotorů musí být významné zvážení faktorů, jako je odstředivá síla a nárazová síla, které vznikají z vysokorychlostního provozu. To vyžaduje optimalizaci axiálního lehkého, dynamického vyvažovacího výkonu a odporu opotřebení. Existuje několik běžných strukturálních typů vysokorychlostních motorových rotorů, včetně typu rukávu, typu disk, typu magnetického zavěšení a typu coplanar. Výběr strukturálního typu by měl být založen na praktických potřebách.

High-speed motors, featuring small size, high power density, direct connection with high-speed loads, elimination of traditional mechanical speed-increasing devices, reduced system noise, and improved system transmission efficiency, have broad application prospects in various fields such as high-speed grinding machines, air circulation refrigeration systems, energy storage flywheels, fuel cells, high-speed centrifugal compressors for natural gas transportation, and distributed power generation systems used as zařízení pro napájení letadla nebo lodi. Stali se jedním z výzkumných hotspotů v mezinárodní oblasti elektrotechniky.

Mezi hlavní charakteristiky vysokorychlostních motorů patří vysoká rychlost rotoru, vysoký klikatý proud a magnetický tok v železném jádru a vysoká hustota výkonu a hustota ztráty. Tyto vlastnosti vyžadují klíčové technologie a metody návrhu jedinečné pro vysokorychlostní motory a odlišují je od konvenční rychlostní motory. Vysokorychlostní motorové rotory se obvykle otáčí rychlostí nad 10 000 ot / min. Během vysokorychlostní rotace se konvenční laminované rotory snaží odolávat obrovským odstředivým silám, což vyžaduje přijetí speciálních vysoce pevných laminovaných nebo pevných rototorových struktur. U permanentních magnetických motorů jsou problémy s pevností rotoru ještě výraznější, protože slinné materiály s permanentním magnetem nemohou vydržet napětí v tahu generované vysokorychlostní rotací rotoru, což vyžaduje ochranná opatření pro permanentní magnety.

Kromě toho vysokorychlostní tření mezi rotorem a mezerou vzduchu vede ke ztrátám tření na povrchu rotoru, které jsou mnohem větší než u konvenčních rychlostních motorů, což představuje významné výzvy pro chlazení rotoru. Pro zajištění dostatečné síly rotoru jsou vysokorychlostní motorické rotory často štíhlé, což zvyšuje pravděpodobnost blížící se kritických otáček rotací ve srovnání s konvenční rychlostní motory. Aby se zabránilo ohybové rezonanci, je zásadní přesně předpovídat kritickou otáčku rotorového systému.

Konvenční motorová ložiska navíc nemohou spolehlivě fungovat při vysokých rychlostech, což vyžaduje přijetí vysokorychlostních ložiskových systémů. Vysokofrekvenční střídavý proud ve vinutí a magnetický tok ve statorovém železném jádru vysokorychlostních motorů vytváří významné vysokofrekvenční další ztráty v vinutí motoru, statorové železné jádro a rotoru. Účinek kožního účinku a blízký účinek na ztráty vinutí lze obvykle ignorovat, když je frekvence proudu statoru nízká, ale ve vysokofrekvenčních situacích vykazuje vinutí statoru významný účinek na kůži a blízký účinek, což zvyšuje další ztráty.

Frekvence vysokého magnetického toku ve statorovém železném jádru vysokorychlostních motorů nemůže zanedbávat vliv kožního účinku a konvenční metody výpočtu mohou vést k významným chybám. Pro přesnou výpočet ztráty železného jádra statoru vysokorychlostních motorů je nutné prozkoumat modely výpočtu ztráty železa za vysokofrekvenčních podmínek. Prostorové harmonické způsobené štěrbin statoru a neinusoidálním vinutím, jakož i harmonickými časy generované napájecím zdrojem PWM, všechny vytvářejí významné ztráty vířivých proudů v rotoru. Malý objem rotoru a špatné podmínky chlazení představují velké potíže pro chlazení rotoru. Pro spolehlivý provoz vysokorychlostních motorů je proto zásadní přesný výpočet ztráty vířivých proudů rotoru a zkoumání účinných opatření ke snížení jejich snížení.

Kromě toho vysokofrekvenční napětí nebo proudy představují výzvy pro návrh regulátoru vysokorychlostních vysokorychlostních motorů. Vysokorychlostní motory jsou mnohem menší než konvenční rychlostní motory ekvivalentního výkonu, mají vysokou hustotu výkonu a hustotu ztráty a také obtížné chlazení. Bez zvláštních opatření na chlazení může teplota motoru nadměrně stoupat a zkrátit životnost vinutí. Zejména u permanentních magnetických motorů může nadměrná teplota rotoru vést k nevratné demagnetizaci permanentních magnetů.

Vysokorychlostní motory se obecně vztahují na motory s rychlostí rotace přesahujících 10 000 ot / min nebo hodnotami obtížnosti (produkt rychlosti rotační a druhá odmocnina energie) přesahující 1 × 10^5. Mezi různými typy, které jsou v současné době dostupné, patří k úspěšným dosažením vysokých rychlostí primárně indukční motory, vnitřní permanentní magnetické motory, přepínané reluktance motory a několik vnějších permanentních magnetických motorů a drápové pólové motory. Struktury rotoru vysokorychlostních indukčních motorů jsou relativně jednoduché, s nízkou rotační setrvačností a schopností fungovat po delší dobu za vysokoteplotních a vysokorychlostních podmínek, což je velmi používané ve vysokorychlostních aplikacích.

Stručně řečeno, vysokorychlostní motorické rotory jsou klíčové komponenty, které umožňují vysokorychlostní provoz motorů, charakterizované jejich vysokými rotačními rychlostmi, speciálními strukturálními vzory a výzvami v systémech chlazení a ložisek. Díky technologickým pokrokům a průmyslovým vylepšením se vysokorychlostní motory stále častěji používají v polích, jako jsou elektrická vozidla, letecký průmysl, průmyslové roboty a čistá energie, což vede vývoj vysoce výkonných materiálů a technologií. Například rozšířené použití rotorů z uhlíkových vláken významně zvyšuje účinnost motoru a trvanlivost a označuje novou éru vysokorychlostní motorické technologie.