Nøgleelementer i højhastighedsmotorudvikling

Med den kraftige udvikling af det globale marked for nye energikøretøjer har hastigheden af ​​køremotorer vist en forbløffende vækst. Fra 18.000 rpm for flere år siden til komfortabelt at overstige 20.000 rpm i dag, repræsenterer dette ikke kun et numerisk gennembrud, men også strenge test af motordesign og produktionsteknologier. Denne artikel diskuterer flere aspekter af motorisk udvikling i høj hastighed.

 

01. Udvalg af Rotorpolparnummer ​

I højhastighedsmotorer er jerntab blevet en uundgåelig kritisk faktor, især i højhastighedsområder. Der er en tæt sammenhæng mellem antallet af motorpoler og jerntab, fordi når motorhastigheden stiger, stiger frekvensen af ​​magnetiske fluxændringer i kernen også, hvilket fører til en betydelig stigning i jerntab.

For eksempel, i en motor, der kører ved 20.000 rpm, når en 6-polet motor en arbejdsfrekvens på 1000 Hz, mens en 8-polet motor øger denne til 1333 Hz. Ifølge beregningsformlen for jerntab nævnt ovenfor, fører stigningen i driftsfrekvensen direkte til øget jerntab.

I designtrenden af ​​højhastighedsmotorer kan vi se et gradvist fald i brugen af ​​8/48 pole-slot kombinationer og en stigning i brugen af ​​6/54 pole-slot kombinationer.

Årsagen til dette skift ligger i de førnævnte overvejelser om jerntab. For at reducere jerntab under højhastighedsdrift har designere en tendens til at vælge kombinationen af ​​6/54 poler for at opnå bedre elektromagnetisk ydeevne og højere effektivitet.

02. Valg af kølesystem

For højhastigheds permanentmagnetmotorer påvirker temperaturen deres ydeevne betydeligt. Da driftspunktet for permanente magneter driver med temperaturen, kan for høje temperaturer endda risikere afmagnetisering af magneterne. Desuden begrænser den høje effekttæthed af elektriske motorer i nye energikøretøjer køleoverfladearealet, hvilket gør kølesystemets design afgørende for at sikre stabil motorydelse.

Når man overvejer kølemetoder, foreslår jeg at bruge et oliekølesystem til motorer med hastigheder på over 18.000 rpm. Dette skyldes, at rotorens opvarmningsproblemer bliver særligt fremtrædende, når hastigheder overstiger 16.000 rpm. I en vandkølet motor er statoren primært afkølet, hvorimod det ved høje hastigheder bliver en udfordring at aflede rotorvarme effektivt gennem vandkøling.

Med hensyn til temperaturovervågning indlejrer nuværende motordesign typisk temperaturfølere inde i statoren. I vandkølede motorer er temperaturfordelingen af ​​statorviklinger på grund af stabile strømningskanalstrukturer relativt ensartet og velkontrolleret. Men i oliekølede motorer resulterer den større designfleksibilitet af flowkanaler i mere mærkbare temperaturforskelle mellem viklingerne sammenlignet med vandkølede motorer. Derfor, når du vælger sensorplacering, er det afgørende at overveje områder med højere viklingstemperaturstigninger for at minimere temperaturforskellen mellem overvåget temperatur og det højeste viklingspunkt, hvilket nøjagtigt afspejler motorens faktiske termiske tilstand.

03. Teknologiske udfordringer ved højhastighedslejer

Rotorstøttesystemet er en kernekomponent i udviklingen af ​​højhastighedsmotorer, hvor valg af lejeteknologi er særligt kritisk. I øjeblikket anvendes dybe rillekuglelejer almindeligvis i motorlejer.

I højhastighedsmiljøer står kuglelejer over for alvorlige udfordringer såsom overophedning og risiko for at køre. Dette skyldes, at når hastigheden stiger, stiger friktion og varmeudvikling inde i lejerne også kraftigt, hvilket fører til nedsat lejeydelse eller endda fejl. Derfor er smøring af højhastighedslejer afgørende.

Efter motorhastigheder overstiger 18.000 rpm, er en anden vigtig grund til at anbefale oliekøling lejesmøring. I vandkølede motorer anvendes typisk selvsmørende kuglelejer til lejer. Men under højhastighedsdrift står disse lejer over for udfordringer som fedtlækage og store temperaturforskelle mellem indre og ydre ringe.

I modsætning hertil kan åbne kuglelejer, der bruges i oliekølesystemer, effektivt køle de indre og ydre ringe af lejerne, undgå fedtlækageproblemer og have en lavere rullefriktionskoefficient. Man skal dog være opmærksom på udformningen af ​​smøreoliebaner for at sikre tilstrækkelig lejekøling. I skulderhullet er den udragende struktur indlejret for at sikre, at køleoliestrømningshastigheden er relativt ensartet før og efter skulderen.