Βασικά στοιχεία στην ανάπτυξη κινητήρα υψηλής ταχύτητας

Με την έντονη ανάπτυξη της παγκόσμιας αγοράς νέων ενεργειακών οχημάτων, η ταχύτητα των κινητήρων οδήγησης έχει δείξει εκπληκτική ανάπτυξη. Από τις 18.000 σ.α.λ. πριν από αρκετά χρόνια για να υπερβεί άνετα τις 20.000 σ.α.λ., αυτό αντιπροσωπεύει όχι μόνο μια αριθμητική ανακάλυψη αλλά και αυστηρές δοκιμές τεχνολογιών σχεδιασμού και παραγωγής κινητήρα. Αυτό το άρθρο εξετάζει διάφορες πτυχές του Ανάπτυξη κινητήρα υψηλής ταχύτητας.

01. Επιλογή του ρότορα Αριθμός ζεύγους πόλων

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

Για παράδειγμα, σε έναν κινητήρα που λειτουργεί στις 20.000 σ.α.λ., ένας κινητήρας 6-πόλο φθάνει μια συχνότητα εργασίας 1000 Hz, ενώ ένας κινητήρας 8-πόλων αυξάνει αυτό σε 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.

Στην τάση σχεδιασμού των κινητήρων υψηλής ταχύτητας, μπορούμε να δούμε μια σταδιακή μείωση της χρήσης συνδυασμών 8/48 pole-slot και αύξηση της χρήσης συνδυασμών 6/54 pole-slot.

Ο λόγος για αυτή τη μετατόπιση έγκειται στις προαναφερθείσες εκτιμήσεις της απώλειας σιδήρου. Για να μειωθεί η απώλεια σιδήρου κατά τη διάρκεια της λειτουργίας υψηλής ταχύτητας, οι σχεδιαστές τείνουν να επιλέγουν τον συνδυασμό 6/54 πόλων για να επιτύχουν καλύτερη ηλεκτρομαγνητική απόδοση και υψηλότερη απόδοση.

02. Επιλογή συστήματος ψύξης

Για τους κινητήρες μόνιμων μαγνητών υψηλής ταχύτητας, η θερμοκρασία επηρεάζει σημαντικά την απόδοσή τους. Δεδομένου ότι το σημείο λειτουργίας των μόνιμων μαγνητών παρασύρεται με θερμοκρασία, οι υπερβολικά υψηλές θερμοκρασίες μπορεί ακόμη και να διακινδυνεύσουν τον απομαγνητισμό των μαγνητών. Επιπλέον, η πυκνότητα υψηλής ισχύος των ηλεκτρικών κινητήρων σε νέα ενεργειακά οχήματα περιορίζει την επιφάνεια ψύξης, καθιστώντας τον σχεδιασμό του συστήματος ψύξης ζωτικής σημασίας για την εξασφάλιση σταθερής απόδοσης κινητήρα.

Κατά την εξέταση των μεθόδων ψύξης, προτείνω να χρησιμοποιήσετε ένα σύστημα ψύξης λαδιού για κινητήρες με ταχύτητες που υπερβαίνουν τις 18.000 σ.α.λ. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα θέματα θέρμανσης του ρότορα γίνονται ιδιαίτερα εμφανή όταν οι ταχύτητες υπερβαίνουν τις 16.000 σ.α.λ. Σε έναν κινητήρα με νερό, ο στάτορας ψύχεται κυρίως, ενώ κάτω από υψηλές ταχύτητες, η διάλυση της θερμότητας του ρότορα αποτελεσματικά μέσω της ψύξης του νερού γίνεται προκλητική.

Όσον αφορά την παρακολούθηση της θερμοκρασίας, τα τρέχοντα σχέδια κινητήρα συνήθως ενσωματώνονται αισθητήρες θερμοκρασίας μέσα στον στάτορα. Στους κινητήρες ψύξης με νερό, λόγω των σταθερών δομών καναλιών ροής, η κατανομή θερμοκρασίας των περιελίξεων του στάτη είναι σχετικά ομοιόμορφη και καλά ελεγχόμενη. Ωστόσο, στους κινητήρες με ψύξη πετρελαίου, η ευρύτερη ευελιξία σχεδιασμού των καναλιών ροής έχει ως αποτέλεσμα πιο αξιοσημείωτες διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ των περιελίξεων σε σύγκριση με τους υδάτιους ψυκτικούς κινητήρες. Επομένως, κατά την επιλογή της θέσης του αισθητήρα, είναι ζωτικής σημασίας να εξεταστούν οι περιοχές με υψηλότερες αυξήσεις θερμοκρασίας περιέλιξης για να ελαχιστοποιηθεί η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της θερμοκρασίας που παρακολουθείται και του υψηλότερου σημείου περιέλιξης, αντανακλώντας με ακρίβεια την πραγματική θερμική κατάσταση του κινητήρα.

03. Τεχνολογικές προκλήσεις των ρουλεμάν υψηλής ταχύτητας

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

Σε περιβάλλοντα υψηλής ταχύτητας, τα ρουλεμάν μπάλα αντιμετωπίζουν σοβαρές προκλήσεις όπως η υπερθέρμανση και ο κίνδυνος λειτουργίας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι καθώς η ταχύτητα αυξάνεται, η τριβή και η παραγωγή θερμότητας μέσα στα έδρανα αυξάνονται επίσης έντονα, οδηγώντας σε μειωμένη απόδοση των εδράνων ή ακόμα και αποτυχία. Επομένως, η λίπανση των ρουλεμάν υψηλής ταχύτητας είναι ζωτικής σημασίας.

Αφού οι ταχύτητες του κινητήρα υπερβαίνουν τις 18.000 σ.α.λ., ένας άλλος σημαντικός λόγος για τη σύσταση ψύξης λαδιού είναι η λίπανση του λαδιού. Σε κινητήρες με ψύξη του νερού, τα ρουλεμάν με αυτο-λανθάνουσες σφαίρες χρησιμοποιούνται συνήθως για ρουλεμάν. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της λειτουργίας υψηλής ταχύτητας, αυτά τα έδρανα αντιμετωπίζουν προκλήσεις όπως διαρροή λίπους και μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ εσωτερικών και εξωτερικών δακτυλίων.

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