Βασικά στοιχεία στην ανάπτυξη κινητήρων υψηλής ταχύτητας

Με τη δυναμική ανάπτυξη της παγκόσμιας αγοράς νέων ενεργειακών οχημάτων, η ταχύτητα κίνησης των κινητήρων έχει δείξει εκπληκτική ανάπτυξη. Από τις 18.000 σ.α.λ. πριν από αρκετά χρόνια έως τις 20.000 σ.α.λ. Αυτό το άρθρο εξετάζει διάφορες πτυχές του ανάπτυξη κινητήρα υψηλής ταχύτητας.

 

01. Επιλογή των ρότορα Αριθμός ζεύγους πόλων

Στους κινητήρες υψηλής ταχύτητας, η απώλεια σιδήρου έχει γίνει ένας αναπόφευκτος κρίσιμος παράγοντας, ειδικά σε περιοχές υψηλών ταχυτήτων. Υπάρχει στενή σχέση μεταξύ του αριθμού των πόλων του κινητήρα και της απώλειας σιδήρου, επειδή καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του κινητήρα, αυξάνεται επίσης η συχνότητα των αλλαγών της μαγνητικής ροής στον πυρήνα, οδηγώντας σε σημαντική αύξηση της απώλειας σιδήρου.

Για παράδειγμα, σε έναν κινητήρα που λειτουργεί στις 20.000 rpm, ένας κινητήρας 6 πόλων φτάνει σε συχνότητα λειτουργίας 1000 Hz, ενώ ένας κινητήρας 8 πόλων την αυξάνει στα 1333 Hz. Σύμφωνα με τον τύπο υπολογισμού για την απώλεια σιδήρου που αναφέρθηκε παραπάνω, η αύξηση της συχνότητας λειτουργίας οδηγεί άμεσα σε αυξημένη απώλεια σιδήρου.

Στη σχεδιαστική τάση των κινητήρων υψηλής ταχύτητας, μπορούμε να δούμε μια σταδιακή μείωση στη χρήση συνδυασμών 8/48 αυλακώσεων πόλων και αύξηση στη χρήση συνδυασμών 6/54 αυλακώσεων πόλου.

Ο λόγος για αυτή τη μετατόπιση έγκειται στις προαναφερθείσες εκτιμήσεις της απώλειας σιδήρου. Για να μειώσουν την απώλεια σιδήρου κατά τη λειτουργία υψηλής ταχύτητας, οι σχεδιαστές τείνουν να επιλέγουν τον συνδυασμό 6/54 πόλου-σχισμής για να επιτύχουν καλύτερη ηλεκτρομαγνητική απόδοση και υψηλότερη απόδοση.

02. Επιλογή Συστήματος Ψύξης

Για κινητήρες μόνιμου μαγνήτη υψηλής ταχύτητας, η θερμοκρασία επηρεάζει σημαντικά την απόδοσή τους. Δεδομένου ότι το σημείο λειτουργίας των μόνιμων μαγνητών μετατοπίζεται με τη θερμοκρασία, οι υπερβολικά υψηλές θερμοκρασίες ενδέχεται να κινδυνεύσουν ακόμη και να απομαγνητιστούν οι μαγνήτες. Επιπλέον, η υψηλή πυκνότητα ισχύος των ηλεκτροκινητήρων σε οχήματα νέας ενέργειας περιορίζει την επιφάνεια ψύξης, καθιστώντας τον σχεδιασμό του συστήματος ψύξης ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση σταθερής απόδοσης κινητήρα.

Όταν εξετάζετε μεθόδους ψύξης, προτείνω να χρησιμοποιήσετε ένα σύστημα ψύξης λαδιού για κινητήρες με ταχύτητες άνω των 18.000 σ.α.λ. Αυτό συμβαίνει επειδή τα προβλήματα θέρμανσης του ρότορα γίνονται ιδιαίτερα εμφανή όταν οι ταχύτητες υπερβαίνουν τις 16.000 σ.α.λ. Σε έναν υδρόψυκτο κινητήρα, ο στάτορας ψύχεται κυρίως, ενώ σε υψηλές ταχύτητες, η αποτελεσματική διάχυση της θερμότητας του ρότορα μέσω της ψύξης του νερού γίνεται πρόκληση.

Όσον αφορά την παρακολούθηση της θερμοκρασίας, τα τρέχοντα σχέδια κινητήρα συνήθως ενσωματώνουν αισθητήρες θερμοκρασίας μέσα στον στάτορα. Στους υδρόψυκτους κινητήρες, λόγω των σταθερών δομών των καναλιών ροής, η κατανομή θερμοκρασίας των περιελίξεων του στάτη είναι σχετικά ομοιόμορφη και καλά ελεγχόμενη. Ωστόσο, στους πετρελαιοψυκτικούς κινητήρες, η μεγαλύτερη σχεδιαστική ευελιξία των καναλιών ροής έχει ως αποτέλεσμα πιο αισθητές διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ των περιελίξεων σε σύγκριση με τους υδρόψυκτους κινητήρες. Επομένως, κατά την επιλογή της θέσης του αισθητήρα, είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη περιοχές με υψηλότερες αυξήσεις θερμοκρασίας περιέλιξης για να ελαχιστοποιηθεί η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της παρακολουθούμενης θερμοκρασίας και του υψηλότερου σημείου περιέλιξης, αντικατοπτρίζοντας με ακρίβεια την πραγματική θερμική κατάσταση του κινητήρα.

03. Τεχνολογικές Προκλήσεις Ρουλεμάν υψηλής ταχύτητας

Το σύστημα υποστήριξης του ρότορα είναι ένα βασικό στοιχείο στην ανάπτυξη κινητήρων υψηλής ταχύτητας, με την επιλογή τεχνολογίας ρουλεμάν να είναι ιδιαίτερα κρίσιμη. Επί του παρόντος, τα ρουλεμάν με βαθιά αυλάκωση χρησιμοποιούνται συνήθως σε ρουλεμάν κινητήρα.

Σε περιβάλλοντα υψηλής ταχύτητας, τα ρουλεμάν αντιμετωπίζουν σοβαρές προκλήσεις όπως η υπερθέρμανση και ο κίνδυνος λειτουργίας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι καθώς αυξάνεται η ταχύτητα, η τριβή και η παραγωγή θερμότητας στο εσωτερικό των ρουλεμάν αυξάνονται επίσης απότομα, οδηγώντας σε μειωμένη απόδοση του ρουλεμάν ή ακόμα και σε αστοχία. Επομένως, η λίπανση των ρουλεμάν υψηλής ταχύτητας είναι ζωτικής σημασίας.

Αφού οι ταχύτητες του κινητήρα υπερβούν τις 18.000 σ.α.λ., ένας άλλος σημαντικός λόγος για να προτείνουμε ψύξη λαδιού είναι η λίπανση των ρουλεμάν. Στους υδρόψυκτους κινητήρες, τα αυτολιπαινόμενα ρουλεμάν χρησιμοποιούνται συνήθως για ρουλεμάν. Ωστόσο, κατά τη λειτουργία υψηλής ταχύτητας, αυτά τα ρουλεμάν αντιμετωπίζουν προκλήσεις όπως διαρροή γράσου και μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ των εσωτερικών και εξωτερικών δακτυλίων.

Αντίθετα, τα ρουλεμάν ανοιχτού τύπου που χρησιμοποιούνται σε συστήματα ψύξης λαδιού μπορούν να ψύχουν αποτελεσματικά τους εσωτερικούς και εξωτερικούς δακτυλίους των ρουλεμάν, αποφεύγοντας προβλήματα διαρροής γράσου και έχοντας χαμηλότερο συντελεστή τριβής κύλισης. Ωστόσο, πρέπει να δοθεί προσοχή στο σχεδιασμό των διαδρομών λαδιού λίπανσης για να εξασφαλιστεί επαρκής ψύξη των ρουλεμάν. Στην οπή ώμου, η προεξέχουσα δομή είναι ενσωματωμένη για να διασφαλιστεί ότι η ταχύτητα ροής του λαδιού ψύξης είναι σχετικά ομοιόμορφη πριν και μετά τον ώμο.