Kiirete mootorite arendamise põhielemendid

Ülemaailmse uute energiasõidukite turu jõulise arenguga on mootorite kiirus näidanud hämmastavat kasvu. Alates 18 000 p/min mitu aastat tagasi kuni tänaseni mugavalt üle 20 000 p/min ei tähista see mitte ainult arvulist läbimurret, vaid ka mootoridisaini ja tootmistehnoloogiate rangeid katseid. Selles artiklis käsitletakse mitmeid aspekte kiire motoorne areng.

 

01. Valik Rootori pooluse paari number

Kiirete mootorite puhul on rauakadu muutunud vältimatuks kriitiliseks teguriks, eriti suure kiirusega vahemikes. Mootori pooluste arvu ja rauakao vahel on tihe seos, sest mootori kiiruse kasvades suureneb ka magnetvoo muutuste sagedus südamikus, mis toob kaasa rauakao olulise suurenemise.

Näiteks mootoris, mis töötab kiirusel 20 000 p/min, saavutab 6-pooluseline mootor töösageduse 1000 Hz, 8-pooluseline mootor tõstab selle 1333 Hz-ni. Ülalmainitud rauakao arvutusvalemi kohaselt põhjustab töösageduse suurenemine otseselt rauakao suurenemist.

Kiirmootorite disainitrendis näeme 8/48 pooluspesa kombinatsioonide kasutamise järkjärgulist vähenemist ja 6/54 pooluspesa kombinatsioonide kasutamise kasvu.

Selle nihke põhjus peitub eelnimetatud rauakao kaalutlustes. Rauakao vähendamiseks suurel kiirusel töötades eelistavad disainerid parema elektromagnetilise jõudluse ja suurema efektiivsuse saavutamiseks valima 6/54 pooluste kombinatsiooni.

02. Jahutussüsteemi valik

Kiirete püsimagnetmootorite puhul mõjutab temperatuur oluliselt nende jõudlust. Kuna püsimagnetite tööpunkt triivib koos temperatuuriga, võivad liiga kõrged temperatuurid isegi magnetite demagnetiseerumise ohtu. Lisaks piirab uute energiasõidukite elektrimootorite suur võimsustihedus jahutuspinda, muutes jahutussüsteemi konstruktsiooni mootori stabiilse jõudluse tagamiseks ülioluliseks.

Jahutusmeetodite kaalumisel soovitan kasutada õlijahutussüsteemi mootoritele, mille pöörete arv ületab 18 000 pööret minutis. Selle põhjuseks on asjaolu, et rootori kuumutamisprobleemid muutuvad eriti oluliseks, kui kiirused ületavad 16 000 pööret minutis. Vesijahutusega mootoris jahutatakse peamiselt staatorit, samas kui suurel kiirusel muutub rootori soojuse tõhus hajutamine vesijahutuse kaudu keeruliseks.

Temperatuuri jälgimise osas on praegused mootorikonstruktsioonid tavaliselt staatori sees temperatuuriandurid. Vesijahutusega mootorites on stabiilsete voolukanalite struktuuride tõttu staatori mähiste temperatuurijaotus suhteliselt ühtlane ja hästi juhitav. Kuid õlijahutusega mootorites põhjustab voolukanalite suurem konstruktsiooni paindlikkus mähiste vahel märgatavamaid temperatuurierinevusi võrreldes vesijahutusega mootoritega. Seetõttu on anduri asukoha valimisel ülioluline arvestada kõrgema mähise temperatuuri tõusuga piirkondi, et minimeerida temperatuuri erinevust jälgitava temperatuuri ja kõrgeima mähispunkti vahel, peegeldades täpselt mootori tegelikku soojuslikku olekut.

03. Kiirete laagrite tehnoloogilised väljakutsed

Rootori tugisüsteem on kiirete mootorite väljatöötamise põhikomponent, kusjuures laagritehnoloogia valik on eriti oluline. Praegu kasutatakse mootori laagrites tavaliselt sügava soonega kuullaagreid.

Suure kiirusega keskkondades seisavad kuullaagrid silmitsi tõsiste väljakutsetega, nagu ülekuumenemine ja jooksmise oht. Selle põhjuseks on asjaolu, et kiiruse kasvades suureneb järsult ka hõõrdumine ja soojuse teke laagrite sees, mis põhjustab laagrite jõudluse vähenemist või isegi rikke. Seetõttu on kiirlaagrite määrimine ülioluline.

Kui mootori pöörlemiskiirus ületab 18 000 p/min, on veel üks oluline põhjus õlijahutuse soovitamiseks laagrite määrimine. Vesijahutusega mootorites kasutatakse tavaliselt laagrite jaoks isemäärivaid kuullaagreid. Kuid suurel kiirusel töötades seisavad need laagrid silmitsi probleemidega, nagu määrde lekkimine ja suured temperatuuride erinevused sisemiste ja välimiste rõngaste vahel.

Seevastu õlijahutussüsteemides kasutatavad avatud tüüpi kuullaagrid suudavad tõhusalt jahutada laagrite sise- ja välisrõngaid, vältides rasva lekkeprobleeme ja omades madalamat veerehõõrdetegurit. Tähelepanu tuleb aga pöörata määrdeõli radade konstruktsioonile, et tagada laagrite piisav jahutus. Õlaaugus on väljaulatuv struktuur, et tagada jahutusõli voolukiirus suhteliselt ühtlane enne ja pärast õla.