Elementos clave en el desarrollo motor de alta velocidad

Con el desarrollo vigoroso del mercado global de vehículos de nuevos energía, la velocidad de los motores de conducción ha mostrado un crecimiento sorprendente. Desde 18,000 rpm hace varios años hasta superar cómodamente 20,000 rpm en la actualidad, esto representa no solo un avance numérico sino también pruebas rigurosas de diseño de motor y tecnologías de fabricación. Este artículo analiza varios aspectos de Desarrollo motor de alta velocidad.

01. Selección de del rotor Número de par de postes

En los motores de alta velocidad, la pérdida de hierro se ha convertido en un factor crítico inevitable, especialmente en rangos de alta velocidad. Existe una estrecha relación entre el número de polos motoros y la pérdida de hierro porque a medida que aumenta la velocidad del motor, la frecuencia de los cambios de flujo magnético en el núcleo también aumenta, lo que lleva a un aumento significativo en la pérdida de hierro.

Por ejemplo, en un motor que funciona a 20,000 rpm, un motor de 6 polos alcanza una frecuencia de trabajo de 1000 Hz, mientras que un motor de 8 polos aumenta esto a 1333 Hz. Según la fórmula de cálculo para la pérdida de hierro mencionada anteriormente, el aumento de la frecuencia de funcionamiento conduce directamente a una mayor pérdida de hierro.

En la tendencia de diseño de los motores de alta velocidad, podemos ver una disminución gradual en el uso de combinaciones de 8/48 en la ranura de polos y un aumento en el uso de combinaciones de 6/54 ranuras de polos.

La razón de este cambio radica en las consideraciones antes mencionadas de la pérdida de hierro. Para reducir la pérdida de hierro durante la operación de alta velocidad, los diseñadores tienden a elegir la combinación de 6/54 ranuras con polos para lograr un mejor rendimiento electromagnético y una mayor eficiencia.

02. Selección del sistema de enfriamiento

Para los motores magnéticos permanentes de alta velocidad, la temperatura afecta significativamente su rendimiento. Dado que el punto de operación de los imanes permanentes se desplaza con temperatura, las temperaturas excesivamente altas pueden incluso arriesgar la desmagnetización de los imanes. Además, la alta densidad de potencia de los motores eléctricos en nuevos vehículos de energía limita el área de superficie de enfriamiento, lo que hace que el diseño del sistema de enfriamiento sea crucial para garantizar el rendimiento estable del motor.

Al considerar los métodos de enfriamiento, sugiero usar un sistema de enfriamiento de aceite para motores con velocidades superiores a 18,000 rpm. Esto se debe a que los problemas de calefacción del rotor se vuelven particularmente prominentes cuando las velocidades superan las 16,000 rpm. En un motor refrigerado por agua, el estator se enfría principalmente, mientras que bajo altas velocidades, disipar el calor del rotor de manera efectiva a través del enfriamiento de agua se vuelve desafiante.

Con respecto al monitoreo de la temperatura, los diseños de motor actuales generalmente incrustan los sensores de temperatura dentro del estator. En los motores refrigerados por agua, debido a las estructuras de canales de flujo estables, la distribución de temperatura de los devanados del estator es relativamente uniforme y bien controlada. Sin embargo, en los motores refrigerados por aceite, la mayor flexibilidad de diseño de los canales de flujo da como resultado diferencias de temperatura más notables entre los devanados en comparación con los motores refrigerados por agua. Por lo tanto, al seleccionar la ubicación del sensor, es crucial considerar áreas con mayores aumentos de temperatura de devanado para minimizar la diferencia de temperatura entre la temperatura monitoreada y el punto de devanado más alto, lo que refleja con precisión el estado térmico real del motor.

03. Desafíos tecnológicos de los rodamientos de alta velocidad

El sistema de soporte del rotor es un componente central en el desarrollo de motores de alta velocidad, con una selección de tecnología de rodamiento particularmente crítica. Actualmente, los rodamientos de bolas de ranura profunda se usan comúnmente en los cojinetes del motor.

En entornos de alta velocidad, los rodamientos de bolas enfrentan serios desafíos, como el sobrecalentamiento y el riesgo de correr. Esto se debe a que a medida que aumenta la velocidad, la generación de fricción y calor dentro de los rodamientos también aumenta bruscamente, lo que lleva a una disminución del rendimiento del rodamiento o incluso una falla. Por lo tanto, la lubricación de los rodamientos de alta velocidad es crucial.

Después de que las velocidades del motor superan las 18,000 rpm, otra razón importante para recomendar el enfriamiento de aceite es la lubricación. En los motores refrigerados por el agua, los rodamientos de bolas autocrídicos se usan típicamente para los rodamientos. Sin embargo, durante la operación de alta velocidad, estos rodamientos enfrentan desafíos como la fuga de grasa y las grandes diferencias de temperatura entre los anillos internos y externos.

En contraste, los rodamientos de bolas de tipo abierto utilizados en los sistemas de enfriamiento de aceite pueden enfriar efectivamente los anillos internos y externos de los rodamientos, evitando problemas de fuga de grasa y tener un coeficiente de fricción de rodadura más bajo. Sin embargo, se debe prestar atención al diseño de rutas de aceite de lubricación para garantizar un enfriamiento de cojinete adecuado. En el orificio del hombro, la estructura sobresaliente está incrustada para garantizar que la velocidad de flujo de aceite de enfriamiento sea relativamente uniforme antes y después del hombro.