Význam konstrukce rotoru u vysokorychlostních bezkomutátorových motorů

Vysokorychlostní rotor bezkomutátorového motoru obvykle pracuje při rychlostech v rozmezí od 20 000 do 100 000 ot./min. Konstrukce rychloběžných motorů se výrazně liší od konvenčních pomaloběžných, nízkofrekvenčních motorů. Dynamická analýza rotorových a ložiskových systémů je zásadní pro provozní spolehlivost vysokootáčkových motorů.

Konstrukce rotoru je klíčová pro konstrukci vysokorychlostních bezkomutátorových motorů, přičemž hlavní úvahy zahrnují: výběr průměru a délky rotoru, výběr materiálů permanentních magnetů a použitých ochranných metod (protože permanentní magnety nemohou odolat nesmírným odstředivým silám, které se vyskytují při vysokých rychlostech a musí být odstíněny vysoce pevnými materiály). To zahrnuje analýzu síly a tuhosti rotoru a návrh ložisek (protože vysokorychlostní bezkomutátorové motory nemohou používat standardní ložiska a musí místo toho používat bezkontaktní typy, jako jsou vzduchová nebo magnetická ložiska).

U vysokorychlostních bezkomutátorových motorů musí konstrukce rotoru s permanentním magnetem zohledňovat jak elektromagnetické, tak mechanické aspekty. To znamená, že rotor s permanentními magnety musí poskytovat dostatečně silné rotační magnetické pole pro vinutí statoru a zároveň musí být schopen odolat obrovským odstředivým silám generovaným vysokorychlostní rotací.

Vysokorychlostní bezkomutátorové motory mají obecně méně pólů, obvykle používají 2 nebo 4 póly. 2-pólový motor usnadňuje použití pevné konstrukce pro permanentní magnety pro zajištění mechanické a elektromagnetické symetrie. Kromě toho magnetické pole jádra statoru a proud a frekvence vinutí 2-pólového motoru jsou pouze poloviční než u 4-pólového motoru, což pomáhá snižovat ztráty železa a mědi ve statoru motoru. Hlavní nevýhodou 2-pólových motorů je však to, že vinutí statoru jsou delší a vyžadují větší plochu jádra statoru.

Výběr z materiály s permanentními magnety ve vysokorychlostních bezkomutátorových motorech významně ovlivňují velikost a výkon motoru. Při výběru materiálů s permanentními magnety je třeba vzít v úvahu:

1. Pro zvýšení hustoty výkonu a účinnosti motoru by měly být vybrány materiály s vysokou zbytkovou hustotou toku, koercitivitou a produktem magnetické energie.

2. Křivka demagnetizace materiálu permanentního magnetu by se měla lineárně měnit v rámci povoleného rozsahu provozních teplot. Aby provozní teplota rotoru s permanentními magnety nepřekročila demagnetizační teplotu magnetů, měly by být použity materiály s permanentními magnety odolné vůči vysokým teplotám.

Vzhledem k nesmírným odstředivým silám, kterým musí rotory s permanentními magnety vysokorychlostních bezkomutátorových motorů odolávat, jsou mechanické vlastnosti materiálů magnetů rovněž rozhodující. S ohledem na technické požadavky a materiálové náklady se běžně používá slinutý neodymový železitý bór, typ materiálu s permanentními magnety práškové metalurgie. Ochranné metody pro tyto magnety zahrnují přidání vysoce pevného, ​​nemagnetického ochranného pouzdra vně magnetu, které je těsně namontováno. Další metoda ochrany zahrnuje použití pásků z uhlíkových vláken k zajištění magnetů.