Εισαγωγή του ρότορα του κινητήρα υψηλής ταχύτητας

ΕΝΑ Ο κίνδυνος κινητήρα υψηλής ταχύτητας είναι ένα κρίσιμο μέρος ενός κινητήρα υψηλής ταχύτητας, που συνήθως ενσωματώνει έναν περιστρεφόμενο άξονα. Λειτουργεί με την αξιοποίηση της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τον κινητήρα για να μεταδώσει περιστροφική κίνηση σε μηχανικές συσκευές. Ένα καθοριστικό χαρακτηριστικό των δρομέα κινητήρα υψηλής ταχύτητας είναι η υψηλή ταχύτητα περιστροφής τους, που συχνά υπερβαίνουν τις 10.000 περιστροφές ανά λεπτό (RPM).

Στον δομικό σχεδιασμό των ρότορα κινητήρα υψηλής ταχύτητας, πρέπει να δοθεί σημαντική προσοχή σε παράγοντες όπως η φυγοκεντρική δύναμη και η δύναμη κρούσης που προκύπτουν από τη λειτουργία υψηλής ταχύτητας. Αυτό απαιτεί τη βελτιστοποίηση της αξονικής ελαφριάς βαρύτητας, της δυναμικής απόδοσης εξισορρόπησης και της αντοχής στη φθορά. Υπάρχουν αρκετοί κοινοί δομικοί τύποι ρότορα κινητήρα υψηλής ταχύτητας, συμπεριλαμβανομένων τύπου μανικιών, δίσκου, μαγνητικού εναιωρήματος τύπου και τύπου coplanar. Η επιλογή του δομικού τύπου πρέπει να βασίζεται σε πρακτικές ανάγκες.

Οι κινητήρες υψηλής ταχύτητας, που διαθέτουν μικρό μέγεθος, πυκνότητα υψηλής ισχύος, άμεση σύνδεση με φορτία υψηλής ταχύτητας, εξάλειψη παραδοσιακών μηχανικών συσκευών που αυξάνουν την ταχύτητα, μειωμένους θορύβους συστήματος και βελτιωμένη απόδοση μετάδοσης συστήματος, προοπτικές ευρείας εφαρμογής σε διάφορα πεδία, όπως τα καύσιμα υψηλής ταχύτητας. συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιούνται ως εξοπλισμός τροφοδοσίας αεροσκαφών ή πλοίων. Έχουν γίνει ένα από τα ερευνητικά hotspots στον τομέα της διεθνούς ηλεκτρολόγου.

Τα κύρια χαρακτηριστικά των κινητήρων υψηλής ταχύτητας περιλαμβάνουν υψηλή ταχύτητα ρότορα, ρεύμα περιέλιξης υψηλού στάτορα και συχνότητα μαγνητικής ροής στον πυρήνα σιδήρου και πυκνότητα υψηλής ισχύος και πυκνότητα απώλειας. Αυτά τα χαρακτηριστικά απαιτούν βασικές τεχνολογίες και μεθόδους σχεδιασμού μοναδικές για τους κινητήρες υψηλής ταχύτητας, διακρίνοντας τους από τους συμβατικούς κινητήρες. Οι ρότορες κινητήρα υψηλής ταχύτητας περιστρέφονται συνήθως σε ταχύτητες πάνω από 10.000 σ.α.λ. Κατά τη διάρκεια της περιστροφής υψηλής ταχύτητας, οι συμβατικοί λιμνοτροχείς αγωνίζονται να αντέχουν σε τεράστιες φυγοκεντρικές δυνάμεις, απαιτώντας την υιοθέτηση ειδικών δομών πλαστικοποιημένων ή στερεών ρότορα υψηλής αντοχής. Για τους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, τα προβλήματα αντοχής του ρότορα είναι ακόμη πιο εμφανή, αφού τα πυροσυσσωματωμένα υλικά μόνιμων μαγνητών δεν μπορούν να αντέξουν την εφελκυστική τάση που παράγεται από την περιστροφή του ρότορα υψηλής ταχύτητας, απαιτώντας προστατευτικά μέτρα για τους μόνιμους μαγνήτες.

Επιπλέον, η τριβή υψηλής ταχύτητας μεταξύ του ρότορα και του χάσματος αέρα έχει ως αποτέλεσμα απώλειες τριβής στην επιφάνεια του ρότορα που είναι πολύ μεγαλύτερες από εκείνες των συμβατικών κινητήρων ταχύτητας, δημιουργώντας σημαντικές προκλήσεις για την ψύξη του ρότορα. Για να εξασφαλιστεί επαρκής αντοχή στον ρότορα, οι ρότορες κινητήρα υψηλής ταχύτητας είναι συχνά λεπτές, αυξάνοντας την πιθανότητα να προσεγγίσουν τις κρίσιμες ταχύτητες περιστροφής σε σύγκριση με τους συμβατικούς κινητήρες. Για να αποφευχθεί η κάμψη του συντονισμού, είναι ζωτικής σημασίας να προβλεφθεί με ακρίβεια η κρίσιμη ταχύτητα περιστροφής του συστήματος του ρότορα.

Επιπλέον, τα συμβατικά ρουλεμάν με κινητήρα δεν μπορούν να λειτουργούν αξιόπιστα με υψηλές ταχύτητες, απαιτώντας την υιοθέτηση συστημάτων εδράνου υψηλής ταχύτητας. Το εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής συχνότητας στην περιέλιξη και τη μαγνητική ροή στον πυρήνα σιδήρου του στάτορα των κινητήρων υψηλής ταχύτητας δημιουργούν σημαντικές πρόσθετες απώλειες υψηλής συχνότητας στην περιέλιξη του κινητήρα, τον πυρήνα σιδήρου του στάτορα και τον ρότορα. Η επίδραση του δέρματος και η επίδραση της εγγύτητας στις απώλειες περιέλιξης μπορούν συνήθως να αγνοηθούν όταν η συχνότητα του ρεύματος του στάτορα είναι χαμηλή, αλλά σε καταστάσεις υψηλής συχνότητας, η περιέλιξη του στάτορα παρουσιάζει σημαντική επίδραση του δέρματος και την επίδραση της εγγύτητας, αυξάνοντας τις πρόσθετες απώλειες.

Η υψηλή συχνότητα μαγνητικής ροής στον πυρήνα σιδήρου του στάτη των κινητήρων υψηλής ταχύτητας δεν μπορεί να παραμελήσει την επίδραση της επίδρασης του δέρματος και οι συμβατικές μέθοδοι υπολογισμού μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικά σφάλματα. Για να υπολογιστεί με ακρίβεια η απώλεια πυρήνα σιδήρου στάτορα των κινητήρων υψηλής ταχύτητας, είναι απαραίτητο να διερευνηθούν μοντέλα υπολογισμού απώλειας σιδήρου υπό συνθήκες υψηλής συχνότητας. Οι χωρικές αρμονικές που προκαλούνται από την τοποθέτηση του στάτη και τη μη φινλανική κατανομή περιέλιξης, καθώς και από τις τρέχουσες χρονικές αρμονικές που παράγονται από την τροφοδοσία PWM, όλες παράγουν σημαντικές απώλειες ρεύματος στο ρότορα. Ο μικρός όγκος του ρότορα και οι κακές συνθήκες ψύξης δημιουργούν μεγάλες δυσκολίες στην ψύξη του ρότορα. Επομένως, ο ακριβής υπολογισμός των απωλειών ρεύματος του ρότορα και η εξερεύνηση των αποτελεσματικών μέτρων για τη μείωση τους είναι ζωτικής σημασίας για την αξιόπιστη λειτουργία των κινητήρων υψηλής ταχύτητας.

Επιπλέον, οι τάσεις υψηλής συχνότητας ή τα ρεύματα δημιουργούν προκλήσεις στον σχεδιασμό του ελεγκτή των κινητήρων υψηλής ταχύτητας υψηλής ταχύτητας. Οι κινητήρες υψηλής ταχύτητας είναι πολύ μικρότεροι από τους συμβατικούς κινητήρες της ισοδύναμης ισχύος, με πυκνότητα υψηλής ισχύος και πυκνότητα απώλειας, καθώς και δύσκολη ψύξη. Χωρίς ειδικά μέτρα ψύξης, η θερμοκρασία του κινητήρα μπορεί να αυξηθεί υπερβολικά, μειώνοντας τη διάρκεια της περιείλας ζωής. Ειδικά για τους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, η υπερβολική θερμοκρασία του ρότορα μπορεί να οδηγήσει σε μη αναστρέψιμο απομαγνητισμό μόνιμων μαγνητών.

Οι κινητήρες υψηλής ταχύτητας γενικά αναφέρονται σε κινητήρες με ταχύτητες περιστροφής που υπερβαίνουν τις τιμές των 10.000 σ.α.λ. Μεταξύ των διαφόρων τύπων κινητήρων που είναι επί του παρόντος διαθέσιμοι, αυτοί που επιτυγχάνουν επιτυχώς υψηλές ταχύτητες περιλαμβάνουν κυρίως κινητήρες επαγωγής, κινητήρες εσωτερικού μόνιμου μαγνήτη, κινητήρες μεταγωγής και μερικούς εξωτερικούς κινητήρες μόνιμων μαγνητών και κινητήρες πόλων. Οι δομές του ρότορα των κινητήρων επαγωγής υψηλής ταχύτητας είναι σχετικά απλές, με χαμηλή αδράνεια της περιστροφής και την ικανότητα λειτουργίας για παρατεταμένες περιόδους υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής ταχύτητας, καθιστώντας τους ευρέως χρησιμοποιούμενες σε εφαρμογές υψηλής ταχύτητας.

Συνοπτικά, οι ρότορες κινητήρα υψηλής ταχύτητας αποτελούν βασικά εξαρτήματα που επιτρέπουν τη λειτουργία υψηλής ταχύτητας των κινητήρων, που χαρακτηρίζονται από τις υψηλές ταχύτητες περιστροφής, τα ειδικά δομικά σχέδια και τις προκλήσεις στα συστήματα ψύξης και εδράνου. Με τεχνολογικές εξελίξεις και βιομηχανικές αναβαθμίσεις, οι κινητήρες υψηλής ταχύτητας εφαρμόζονται όλο και περισσότερο σε τομείς όπως ηλεκτρικά οχήματα, αεροδιαστημική, βιομηχανικά ρομπότ και καθαρή ενέργεια, οδηγώντας την ανάπτυξη υλικών και τεχνολογιών υψηλής απόδοσης. Η ευρεία χρήση των ρότονων από ίνες άνθρακα, για παράδειγμα, ενισχύει σημαντικά την απόδοση και την ανθεκτικότητα του κινητήρα, σηματοδοτώντας μια νέα εποχή τεχνολογίας κινητήρα υψηλής ταχύτητας.