Estructura del rotor del motor de alta velocidad y características de diseño (diseño del estator, diferentes tipos de diseño de estructura del rotor)

High speed motor rotor has the characteristics of small size, high power density, direct connection with high speed load, eliminating the traditional mechanical acceleration device, reducing system noise and improving system transmission efficiency, etc. It has broad application prospects in the fields of high-speed grinding machines, air circulation refrigeration systems, energy storage flywheels, fuel cells, high-speed centrifugal compressors for natural gas transmission and distributed power generation systems as power supply equipment para aviones o barcos, y se ha convertido en uno de los puntos críticos de investigación en el campo eléctrico internacional.

Las características principales del motor de alta velocidad son la alta velocidad del rotor, la corriente de devanado de estator alta y la frecuencia de flujo magnético en el núcleo, la alta densidad de potencia y la densidad de pérdida. Estas características determinan que la tecnología clave y los métodos de diseño del motor de alta velocidad son diferentes de los del motor de velocidad constante.

La velocidad del rotor del motor de alta velocidad suele ser superior a 10 000 r/min. Al girar a alta velocidad, el rotor laminado convencional no puede soportar la enorme fuerza centrífuga, por lo que se debe utilizar una estructura de rotor laminada o sólida de alta resistencia especial. Para los motores de imán permanente, el problema de la resistencia al rotor es más prominente, porque el material del imán permanente sinterizado no puede resistir la tensión de tracción generada por la rotación de alta velocidad del rotor, y las medidas de protección deben tomarse para el imán permanente. La fricción de alta velocidad entre el rotor y el espacio de aire provoca una pérdida de fricción mucho mayor en la superficie del rotor que la del motor de velocidad constante, lo que trae grandes dificultades a la disipación de calor del rotor. Para garantizar que el rotor tenga suficiente resistencia, el rotor del motor de alta velocidad es mayormente delgado, por lo que en comparación con el motor de velocidad constante, la posibilidad de que el sistema del rotor se acerque a la velocidad crítica del motor de alta velocidad aumenta considerablemente. Los cojinetes de motor ordinarios no pueden funcionar de manera confiable a alta velocidad, y se deben usar sistemas de rodamiento de alta velocidad.

La alta frecuencia alterna de la corriente de devanado y el flujo magnético en el núcleo del motor de alta velocidad producirá una gran pérdida adicional de alta frecuencia en el devanado del motor, el núcleo del estator y el rotor. Cuando la frecuencia de corriente del estator es baja, se puede ignorar el efecto del efecto de la piel y el efecto de proximidad en la pérdida de devanado, pero a alta frecuencia, el devanado del estator producirá un efecto de piel obvio y un efecto de proximidad, y aumentará la pérdida adicional del devanado. La frecuencia de flujo magnético en el núcleo del estator del motor de alta velocidad es alta, la influencia del efecto de la piel no se puede ignorar y el método de cálculo convencional traerá grandes errores. Para calcular con precisión la pérdida del núcleo del estator del motor de alta velocidad, es necesario explorar el modelo de cálculo de la pérdida de hierro en condiciones de alta frecuencia. Los armónicos espaciales causados ​​por la ranura del estator y la distribución no sinusoidal de devanado, así como los armónicos de corriente y tiempo generados por la fuente de alimentación PWM, producirán grandes pérdidas de corriente remolinos en el rotor. Debido al pequeño tamaño del rotor y las malas condiciones de enfriamiento, traerá grandes dificultades a la disipación de calor del rotor. Por lo tanto, se discutirá el cálculo preciso de la pérdida de corriente de Rotor Eddy y la exploración de medidas efectivas para reducir la pérdida de corriente de Eddy del rotor. Es de gran importancia para la operación confiable del motor de alta velocidad. Al mismo tiempo, el voltaje o la corriente de alta frecuencia también trae desafíos al diseño del controlador de motores de alta velocidad de alta potencia.

El volumen del motor de alta velocidad es mucho más pequeño que el motor de velocidad constante de la misma potencia, no solo la densidad de potencia y la densidad de pérdida es grande, sino que también la disipación de calor es difícil, si las medidas especiales de disipación de calor no se usan, el aumento de la temperatura del motor será demasiado alto, acortando así la vida útil de la bobina, especialmente para el motor del magnet, en el caso de la temperatura del rotor, la temperatura del rotor es demasiado alto, el magnetador permanente a la alquiler a las primas por el magnetación de la permanencia de la permanencia de la permanencia de la permanencia de la permanencia de la permanencia de la permanencia de la permanencia. Desmagnetización. Un sistema de enfriamiento bien diseñado puede reducir efectivamente el aumento de la temperatura del rotor fijo, que es la clave para la operación estable a largo plazo de los motores de alta velocidad de alta potencia.

En resumen, hay muchos problemas clave especiales en la resistencia al rotor, la dinámica del sistema del rotor, el diseño electromagnético, el diseño del sistema de enfriamiento y el cálculo del aumento de la temperatura, el rodamiento de alta velocidad y el desarrollo del controlador que no están disponibles en los motores convencionales. Por lo tanto, el diseño del motor de alta velocidad es un proceso de diseño integral de múltiples iteraciones de campos físicos, como el campo electromagnético, la resistencia al rotor, la dinámica del rotor, el campo de fluido y el campo de temperatura. En la actualidad, los principales tipos de motores utilizados en los campos de alta velocidad son los motores de inducción, los motores magnéticos permanentes, los motores de reticencia conmutados y los motores de poste de la garra, y cada tipo de motor tiene una topología diferente.

Este documento analiza el estado de desarrollo de diferentes tipos de motores de alta velocidad en el hogar y en el extranjero, y resume el índice límite de diferentes tipos de motores de alta velocidad. Las características de estructura y diseño del motor de alta velocidad se analizan en detalle, incluido el diseño del estator, el diseño de la estructura del rotor, el análisis de la dinámica del sistema del rotor, la selección del rodamiento y el diseño del sistema de enfriamiento, etc. Por fin, se analizan los principales problemas que enfrentan el desarrollo del motor de alta velocidad, y se prospeccionan la tendencia de desarrollo y la perspectiva de un motor de alta velocidad.