Δομή και σχεδιαστικά χαρακτηριστικά του ρότορα κινητήρα υψηλής ταχύτητας (σχεδιασμός στάτορα, διαφορετικοί τύποι σχεδίασης δομής ρότορα)

Ο ρότορας κινητήρα υψηλής ταχύτητας έχει τα χαρακτηριστικά μικρού μεγέθους, υψηλής πυκνότητας ισχύος, άμεσης σύνδεσης με φορτίο υψηλής ταχύτητας, εξάλειψη της παραδοσιακής μηχανικής συσκευής επιτάχυνσης, μείωση του θορύβου του συστήματος και βελτίωση της απόδοσης μετάδοσης του συστήματος κ.λπ. συμπιεστές για τη μεταφορά φυσικού αερίου και τα κατανεμημένα συστήματα παραγωγής ενέργειας ως εξοπλισμός τροφοδοσίας για αεροσκάφη ή πλοία, και έχει γίνει ένα από τα ερευνητικά hotspot στο διεθνές ηλεκτρικό πεδίο.

Τα κύρια χαρακτηριστικά του κινητήρα υψηλής ταχύτητας είναι η υψηλή ταχύτητα του ρότορα, το υψηλό ρεύμα περιέλιξης του στάτη και η συχνότητα μαγνητικής ροής στον πυρήνα, η υψηλή πυκνότητα ισχύος και η πυκνότητα απώλειας. Αυτά τα χαρακτηριστικά καθορίζουν ότι η βασική τεχνολογία και οι μέθοδοι σχεδιασμού του κινητήρα υψηλής ταχύτητας διαφέρουν από εκείνες του κινητήρα σταθερής ταχύτητας.

Η ταχύτητα του ρότορα του κινητήρα υψηλής ταχύτητας είναι συνήθως μεγαλύτερη από 10 000 r/min. Όταν περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα, ο συμβατικός πολυστρωματικός ρότορας δεν μπορεί να αντέξει την τεράστια φυγόκεντρη δύναμη, επομένως πρέπει να χρησιμοποιηθεί ειδική δομή ρότορα υψηλής αντοχής με ελασματοποίηση ή συμπαγή. Για τους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, το πρόβλημα της αντοχής του ρότορα είναι πιο εμφανές, επειδή το υλικό συντηγμένου μόνιμου μαγνήτη δεν μπορεί να αντέξει την τάση εφελκυσμού που δημιουργείται από την περιστροφή υψηλής ταχύτητας του ρότορα και πρέπει να ληφθούν μέτρα προστασίας για τον μόνιμο μαγνήτη. Η τριβή υψηλής ταχύτητας μεταξύ του ρότορα και του διακένου αέρα προκαλεί πολύ μεγαλύτερη απώλεια τριβής στην επιφάνεια του ρότορα από αυτή του κινητήρα σταθερής ταχύτητας, γεγονός που δημιουργεί μεγάλη δυσκολία στη διάχυση της θερμότητας του ρότορα. Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι ο ρότορας έχει επαρκή αντοχή, ο ρότορας του κινητήρα υψηλής ταχύτητας είναι ως επί το πλείστον λεπτός, επομένως σε σύγκριση με τον κινητήρα σταθερής ταχύτητας, η πιθανότητα το σύστημα του ρότορα να πλησιάζει την κρίσιμη ταχύτητα του κινητήρα υψηλής ταχύτητας αυξάνεται σημαντικά. Τα συνηθισμένα ρουλεμάν κινητήρα δεν μπορούν να λειτουργήσουν αξιόπιστα σε υψηλή ταχύτητα και πρέπει να χρησιμοποιούνται συστήματα ρουλεμάν υψηλής ταχύτητας.

Η υψηλή εναλλασσόμενη συχνότητα του ρεύματος περιέλιξης και της μαγνητικής ροής στον πυρήνα του κινητήρα υψηλής ταχύτητας θα προκαλέσει μεγάλη πρόσθετη απώλεια υψηλής συχνότητας στην περιέλιξη του κινητήρα, του πυρήνα του στάτη και του ρότορα. Όταν η συχνότητα του ρεύματος του στάτορα είναι χαμηλή, η επίδραση του δερματικού φαινομένου και της επίδρασης εγγύτητας στην απώλεια περιέλιξης μπορεί να αγνοηθεί, αλλά σε υψηλή συχνότητα, η περιέλιξη του στάτορα θα παράγει εμφανές αποτέλεσμα δέρματος και εφέ εγγύτητας και θα αυξήσει την πρόσθετη απώλεια της περιέλιξης. Η συχνότητα μαγνητικής ροής στον πυρήνα του στάτορα του κινητήρα υψηλής ταχύτητας είναι υψηλή, η επίδραση του φαινομένου του δέρματος δεν μπορεί να αγνοηθεί και η συμβατική μέθοδος υπολογισμού θα φέρει μεγάλα σφάλματα. Προκειμένου να υπολογιστεί με ακρίβεια η απώλεια πυρήνα στάτη του κινητήρα υψηλής ταχύτητας, είναι απαραίτητο να διερευνηθεί το μοντέλο υπολογισμού της απώλειας σιδήρου υπό συνθήκες υψηλής συχνότητας. Οι αρμονικές του χώρου που προκαλούνται από τη μη ημιτονοειδή κατανομή του στάτορα και της περιέλιξης, καθώς και οι αρμονικές ρεύματος και χρόνου που παράγονται από την παροχή ρεύματος PWM, θα προκαλέσουν μεγάλες απώλειες δινορευμάτων στον ρότορα. Λόγω του μικρού μεγέθους του ρότορα και των κακών συνθηκών ψύξης, θα φέρει μεγάλες δυσκολίες στην απαγωγή της θερμότητας του ρότορα. Επομένως, θα συζητηθεί ο ακριβής υπολογισμός της απώλειας δινορευμάτων του δρομέα και η διερεύνηση αποτελεσματικών μέτρων για τη μείωση της απώλειας δινορευμάτων του δρομέα. Έχει μεγάλη σημασία για την αξιόπιστη λειτουργία του κινητήρα υψηλής ταχύτητας. Ταυτόχρονα, η τάση ή το ρεύμα υψηλής συχνότητας φέρνει επίσης προκλήσεις στον σχεδιασμό ελεγκτών κινητήρων υψηλής ταχύτητας υψηλής ισχύος.

Ο όγκος του κινητήρα υψηλής ταχύτητας είναι πολύ μικρότερος από τον κινητήρα σταθερής ταχύτητας ίδιας ισχύος, όχι μόνο η πυκνότητα ισχύος και η πυκνότητα απώλειας είναι μεγάλη, αλλά και η απαγωγή θερμότητας είναι δύσκολη. απομαγνητισμός. Ένα καλά σχεδιασμένο σύστημα ψύξης μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την αύξηση της θερμοκρασίας του σταθερού ρότορα, η οποία είναι το κλειδί για τη μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία των κινητήρων υψηλής ισχύος υψηλής ισχύος.

Συνοψίζοντας, υπάρχουν πολλά ειδικά βασικά προβλήματα στην αντοχή του ρότορα, τη δυναμική του συστήματος του ρότορα, τον ηλεκτρομαγνητικό σχεδιασμό, το σχεδιασμό του συστήματος ψύξης και τον υπολογισμό της αύξησης της θερμοκρασίας, το ρουλεμάν υψηλής ταχύτητας και την ανάπτυξη ελεγκτή που δεν είναι διαθέσιμα στους συμβατικούς κινητήρες. Επομένως, ο σχεδιασμός του κινητήρα υψηλής ταχύτητας είναι μια ολοκληρωμένη διαδικασία σχεδιασμού πολλαπλών επαναλήψεων φυσικών πεδίων όπως ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, ισχύς ρότορα, δυναμική ρότορα, πεδίο ρευστού και πεδίο θερμοκρασίας. Προς το παρόν, οι κύριοι τύποι κινητήρων που χρησιμοποιούνται σε πεδία υψηλής ταχύτητας είναι κινητήρες επαγωγής, κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, κινητήρες μεταγωγής απροθυμίας και κινητήρες πόλων νυχιών και κάθε τύπος κινητήρα έχει διαφορετική τοπολογία.

Αυτή η εργασία αναλύει την κατάσταση ανάπτυξης διαφορετικών τύπων κινητήρων υψηλής ταχύτητας στο εσωτερικό και στο εξωτερικό και συνοψίζει τον οριακό δείκτη διαφορετικών τύπων κινητήρων υψηλής ταχύτητας. Η δομή και τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού του κινητήρα υψηλής ταχύτητας αναλύονται λεπτομερώς, συμπεριλαμβανομένου του σχεδιασμού του στάτορα, του σχεδιασμού της δομής του ρότορα, της δυναμικής ανάλυσης του συστήματος ρότορα, της επιλογής ρουλεμάν και του σχεδιασμού του συστήματος ψύξης, κ.λπ.