Die Bedeutung des Rotordesigns in bürstenlosen Hochgeschwindigkeitsmotoren

Bürstenlose Hochgeschwindigkeitsmotorrotoren arbeiten normalerweise mit Drehzahlen zwischen 20.000 und 100.000 U/min. Der Aufbau schnelllaufender Motoren unterscheidet sich deutlich von dem herkömmlicher langsamlaufender Niederfrequenzmotoren. Eine dynamische Analyse der Rotor- und Lagersysteme ist entscheidend für die Betriebssicherheit von Hochgeschwindigkeitsmotoren.

Das Design des Rotors ist bei der Konstruktion von bürstenlosen Hochgeschwindigkeitsmotoren von entscheidender Bedeutung. Zu den wichtigsten Überlegungen gehören: die Auswahl des Rotordurchmessers und der Rotorlänge, die Wahl der Permanentmagnetmaterialien und die verwendeten Schutzmethoden (da die Permanentmagnete den immensen Zentrifugalkräften bei hohen Geschwindigkeiten nicht standhalten können und mit hochfesten Materialien abgeschirmt werden müssen). Dazu gehört die Analyse der Rotorfestigkeit und -steifigkeit sowie das Design der Lager (da bürstenlose Hochgeschwindigkeitsmotoren keine Standardlager verwenden können und stattdessen berührungslose Typen wie Luft- oder Magnetlager verwenden müssen).

Bei bürstenlosen Hochgeschwindigkeitsmotoren muss die Konstruktion des Permanentmagnetrotors sowohl elektromagnetische als auch mechanische Aspekte berücksichtigen. Das bedeutet, dass der Permanentmagnetrotor ein ausreichend starkes Rotationsmagnetfeld für die Statorwicklungen bereitstellen und gleichzeitig den enormen Zentrifugalkräften standhalten muss, die durch die Hochgeschwindigkeitsrotation entstehen.

Hohe Geschwindigkeit Bürstenlose Motoren haben im Allgemeinen weniger Pole und verwenden typischerweise 2 oder 4 Pole. Ein 2-poliger Motor ermöglicht die Verwendung einer soliden Struktur für die Permanentmagnete, um mechanische und elektromagnetische Symmetrie sicherzustellen. Darüber hinaus sind das Magnetfeld des Statorkerns sowie der Wicklungsstrom und die Wicklungsfrequenz eines 2-poligen Motors nur halb so groß wie die eines 4-poligen Motors, was dazu beiträgt, die Eisen- und Kupferverluste im Motorstator zu reduzieren. Ein großer Nachteil von 2-poligen Motoren besteht jedoch darin, dass die Statorwicklungen länger sind und eine größere Statorkernfläche erfordern.

Die Wahl von Permanentmagnetmaterialien in bürstenlosen Hochgeschwindigkeitsmotoren haben einen erheblichen Einfluss auf die Größe und Leistung des Motors. Bei der Auswahl von Permanentmagnetmaterialien sind unter anderem folgende Überlegungen zu berücksichtigen:

1. Um die Leistungsdichte und Effizienz des Motors zu verbessern, sollten Materialien mit hoher Restflussdichte, Koerzitivfeldstärke und magnetischem Energieprodukt ausgewählt werden.

2. Die Entmagnetisierungskurve des Permanentmagnetmaterials sollte sich innerhalb des zulässigen Betriebstemperaturbereichs linear ändern. Um sicherzustellen, dass die Betriebstemperatur des Permanentmagnetrotors die Entmagnetisierungstemperatur der Magnete nicht überschreitet, sollten hochtemperaturbeständige Permanentmagnetmaterialien verwendet werden.

Angesichts der enormen Zentrifugalkräfte, denen Permanentmagnetrotoren von bürstenlosen Hochgeschwindigkeitsmotoren standhalten müssen, sind auch die mechanischen Eigenschaften der Magnetmaterialien von entscheidender Bedeutung. Unter Berücksichtigung der technischen Anforderungen und Materialkosten wird üblicherweise gesintertes Neodym-Eisen-Bor, eine Art pulvermetallurgisches Permanentmagnetmaterial, verwendet. Zu den Schutzmethoden für diese Magnete gehört das Anbringen eines hochfesten, nicht magnetischen Schutzgehäuses außerhalb des Magneten, das fest darüber angebracht wird. Eine weitere Schutzmethode besteht in der Verwendung von Kohlefaserbändern zur Befestigung der Magnete.