Einführung des Rotors des Hochgeschwindigkeitsmotors

A Hochgeschwindigkeitsmotor-Rotor ist ein kritischer Bestandteil eines Hochgeschwindigkeitsmotors, der typischerweise eine rotierende Welle verkörpert. Es arbeitet, indem es den vom Motor erzeugten elektrischen Strom nutzt, um mechanischen Geräten eine Rotationsbewegung zu verleihen. Ein definierendes Merkmal von Hochgeschwindigkeitsmotor-Rotoren ist ihre hohe Drehzahl, die häufig 10.000 Umdrehungen pro Minute (U / min) übersteigt.

Bei der strukturellen Gestaltung von Hochgeschwindigkeitsmotor-Rotoren muss Faktoren wie Zentrifugalkraft und Schlagkraft, die sich aus dem Hochgeschwindigkeitsbetrieb ergeben, erheblich berücksichtigt werden. Dies erfordert die Optimierung der axialen leichten, dynamischen Ausgleichsleistung und Verschleißfestigkeit. Es gibt mehrere häufige strukturelle Arten von Hochgeschwindigkeitsmotorrotoren, einschließlich Hülsenart, Scheibenentyp, magnetischer Suspensionstyp und Coplanar-Typ. Die Wahl des Strukturarts sollte auf den praktischen Bedürfnissen beruhen.

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 Flugzeuge oder Stromversorgungsausrüstung. Sie sind zu einer der Forschungs -Hotspots im Bereich International Electrical Engineering geworden.

Die Haupteigenschaften von Hochgeschwindigkeitsmotoren sind hohe Rotorgeschwindigkeit, Hochstatoren-Wickelstrom und magnetische Flussfrequenz im Eisenkern sowie hohe Leistungsdichte und Verlustdichte. Diese Eigenschaften erfordern Schlüsseltechnologien und Designmethoden, die für Hochgeschwindigkeitsmotoren einzigartig sind und sie von herkömmlichen Geschwindigkeitsmotoren unterscheiden. Hochgeschwindigkeitsmotor-Rotoren drehen normalerweise bei Geschwindigkeiten über 10.000 U / min. Während der Hochgeschwindigkeitsrotation haben konventionelle laminierte Rotoren Schwierigkeiten, immensen Zentrifugalkräften standzuhalten, was die Einführung spezieller hochfestem laminierter oder fester Rotorstrukturen erfordert. Bei permanenten Magnetmotoren sind die Probleme mit der Rotorstärke noch deutlicher, da gesinterte dauerhafte Magnetmaterialien der durch Hochgeschwindigkeitsrotorrotation erzeugten Zugspannung nicht standhalten, was Schutzmaßnahmen für die dauerhaften Magnete erfordert.

Darüber hinaus führt die Hochgeschwindigkeits-Reibung zwischen Rotor und Luftspalt zu Reibungsverlusten auf der Rotoroberfläche, die viel größer sind als die in herkömmlichen Geschwindigkeitsmotoren, was erhebliche Herausforderungen für die Rotorkühlung darstellt. Um eine ausreichende Rotorfestigkeit zu gewährleisten, sind Hochgeschwindigkeitsmotorrotoren häufig schlank, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sich kritische Drehzahl im Vergleich zu herkömmlichen Geschwindigkeitsmotoren nähert. Um eine Biegeresonanz zu vermeiden, ist es entscheidend, die kritische Drehzahl des Rotorsystems genau vorherzusagen.

Zusätzlich können herkömmliche Motorlager bei hohen Geschwindigkeiten nicht zuverlässig funktionieren, was die Einführung von Hochgeschwindigkeitssystemen erfordert. Der Hochfrequenzwechselstrom in der Wicklung und der magnetische Fluss im Stator-Eisenkern von Hochgeschwindigkeitsmotoren erzeugen signifikante Hochfrequenz-zusätzliche Verluste in der Motorwicklung, des Stators-Eisenkerns und des Rotors. Der Hautffekt und die Nähe von Wickelverlusten können normalerweise ignoriert werden, wenn die Statorstromfrequenz niedrig ist. In hoher Frequenzsituationen weist die Statorwicklung jedoch einen signifikanten Hauteffekt und die Proximity-Effekt auf, wodurch die Wicklung zusätzliche Verluste erhöht.

Die hohe magnetische Flussfrequenz im Statoreisenkern von Hochgeschwindigkeitsmotoren kann den Einfluss des Hauteffekts nicht vernachlässigen, und herkömmliche Berechnungsmethoden können zu erheblichen Fehlern führen. Um den Stator-Eisenkernverlust von Hochgeschwindigkeitsmotoren genau zu berechnen, müssen die Berechnungsmodelle für Eisenverlust unter Hochfrequenzbedingungen untersucht werden. Räumliche Harmonische, die durch Statorschlitz und nicht-sinusoide Wickelverteilung sowie die durch die PWM-Stromversorgung erzeugten aktuellen Zeitharmonischen verursacht werden, erzeugen im Rotor signifikante Wirbelstromverluste. Das kleine Rotorvolumen und die schlechten Kühlbedingungen haben große Schwierigkeiten bei der Rotorkühlung. Daher ist eine genaue Berechnung der Rotorwirbelstromverluste und die Untersuchung wirksamer Maßnahmen zur Reduzierung von entscheidender Bedeutung für den zuverlässigen Betrieb von Hochgeschwindigkeitsmotoren.

Darüber hinaus stellen Hochfrequenzspannungen oder Ströme Herausforderungen für das Controller-Design von Hochgeschwindigkeitsmotoren mit hoher Leistung dar. Hochgeschwindigkeitsmotoren sind viel kleiner als herkömmliche Geschwindigkeitsmotoren mit gleichwertiger Leistung, die eine hohe Leistungsdichte und die Verlustdichte sowie eine schwierige Abkühlung aufweisen. Ohne spezielle Abkühlungsmaßnahmen kann die motorische Temperatur übermäßig ansteigen und die Wicklungsdauer verkürzen. Insbesondere bei dauerhaften Magnetmotoren kann eine übermäßige Rotortemperatur zu einer irreversiblen Entmagnetisierung von permanenten Magneten führen.

Hochgeschwindigkeitsmotoren verweisen im Allgemeinen auf Motoren mit Rotationsgeschwindigkeiten von mehr als 10.000 U / min oder Schwierigkeitswerten (das Produkt der Rotationsgeschwindigkeit und die quadratische Leistungswurzel) von 1 × 10^5. Zu den verschiedenen derzeit verfügbaren Motoren sind diejenigen, die erfolgreich hohe Geschwindigkeiten erzielen, hauptsächlich Induktionsmotoren, Permanentmagnetmotoren in den Innenräumen, die geschalteten Zurückhaltungsmotoren und einige permanente Magnetmotoren der Außenmotoren und Klauenstangenmotoren. Die Rotorstrukturen von Hochgeschwindigkeitsinduktionsmotoren sind relativ einfach, mit niedriger Rotationsträge und der Fähigkeit, längere Zeiträume unter hohen Temperatur- und Hochgeschwindigkeitsbedingungen zu betreiben, wodurch sie in Hochgeschwindigkeitsanwendungen weit verbreitet sind.

Zusammenfassend sind Hochgeschwindigkeitsmotor-Rotoren zentrale Komponenten, die den Hochgeschwindigkeitsbetrieb von Motoren ermöglichen, der durch ihre hohen Drehgeschwindigkeiten, spezielle strukturelle Konstruktionen und Herausforderungen bei Kühl- und Lagersystemen gekennzeichnet ist. Mit technologischen Fortschritten und industriellen Upgrades werden Hochgeschwindigkeitsmotoren zunehmend in Bereichen wie Elektrofahrzeugen, Luft- und Raumfahrt, Industrierobotern und sauberer Energie angewendet, wodurch die Entwicklung von leistungsstarken Materialien und Technologien vorangetrieben wird. Die weit verbreitete Verwendung von Kohlefaserrotoren erhöht beispielsweise die motorische Effizienz und Haltbarkeit erheblich und markiert eine neue Ära der Hochgeschwindigkeitstechnologie.