La importancia del diseño del rotor en motores sin escobillas de alta velocidad

El rotor del motor sin escobillas de alta velocidad típicamente funciona a velocidades que van desde 20,000 a 100,000 rpm. El diseño de motores de alta velocidad difiere significativamente del de los motores convencionales de baja velocidad y baja frecuencia. Un análisis dinámico del rotor y los sistemas de rodamiento es crucial para la confiabilidad operativa de los motores de alta velocidad.

El diseño del rotor es clave en el diseño del motor sin escobillas de alta velocidad, con consideraciones principales que incluyen: la selección de diámetro y longitud del rotor, elección de materiales de imán permanentes y métodos de protección empleados (ya que los imanes permanentes no pueden resistir las inmensas fuerzas centrífugas encontradas a altas velocidades y deben estar protegidos con materiales de alta resistencia). Esto implica el análisis de la resistencia y la rigidez del rotor y el diseño de los rodamientos (ya que los motores sin escobillas de alta velocidad no pueden usar cojinetes estándar y, en su lugar, deben usar tipos sin contacto como el aire o los rodamientos magnéticos).

Para motores sin escobillas de alta velocidad, el diseño del rotor de imán permanente debe considerar aspectos electromagnéticos y mecánicos. Esto significa que el rotor de imán permanente debe proporcionar un campo magnético rotacional suficientemente fuerte para los devanados del estator, al tiempo que es capaz de resistir las enormes fuerzas centrífugas generadas por la rotación de alta velocidad.

De alta velocidad Los motores sin escobillas generalmente tienen menos postes, generalmente usando 2 o 4 polos. Un motor de 2 polos facilita el uso de una estructura sólida para los imanes permanentes para garantizar la simetría mecánica y electromagnética. Además, el campo magnético del núcleo del estator y la corriente de devanado y la frecuencia de un motor de 2 polos son solo la mitad que el de un motor de 4 polos, lo que ayuda a reducir las pérdidas de hierro y cobre en el estator del motor. Sin embargo, un inconveniente importante de los motores de 2 polos es que los devanados del estator son más largos y requieren un área de núcleo del estator más grande.

La elección de Los materiales de imán permanentes en motores sin escobillas de alta velocidad influyen significativamente en el tamaño y el rendimiento del motor. Al seleccionar materiales de imán permanente, las consideraciones incluyen:

1. Para mejorar la densidad y eficiencia de potencia del motor, se deben seleccionar materiales con alta densidad de flujo residual, coercitividad y producto de energía magnética.

2. La curva de desmagnetización del material de imán permanente debe cambiar linealmente dentro del rango de temperatura de funcionamiento permitido. Para garantizar que la temperatura de funcionamiento del rotor de imán permanente no exceda la temperatura de desmagnetización de los imanes, se deben utilizar materiales de imán permanentes resistentes a alta temperatura.

Dado las inmensas fuerzas centrífugas que los rotores de imán permanentes del motor sin escobillas de alta velocidad deben soportar, las propiedades mecánicas de los materiales magnéticos también son críticas. Teniendo en cuenta los requisitos técnicos y los costos del material, se usa comúnmente el boro de hierro neodimio sinterizado, un tipo de material de imán permanente de metalurgia en polvo. Los métodos de protección para estos imanes incluyen agregar una carcasa protectora no magnética de alta resistencia fuera del imán, ajustada firmemente sobre él. Otro método de protección implica el uso de bandas de fibra de carbono para asegurar los imanes.