معرفی روتور موتور با سرعت بالا

بوها روتور موتور با سرعت بالا بخش مهمی از یک موتور پر سرعت است که به طور معمول یک شافت چرخان را مجسم می کند. این کار با استفاده از انرژی الکتریکی تولید شده توسط موتور برای انتقال حرکت چرخشی به دستگاه های مکانیکی کار می کند. یک ویژگی مشخص کننده روتورهای موتور با سرعت بالا سرعت چرخش آنها است که اغلب بیش از 10،000 چرخش در دقیقه (RPM) است.

در طراحی ساختاری روتورهای حرکتی با سرعت بالا ، باید به عواملی مانند نیروی گریز از مرکز و نیروی ضربه که از عملکرد پر سرعت ناشی می شود ، توجه قابل توجهی داشته باشد. این امر به بهینه سازی سبک وزن محوری ، عملکرد متعادل کننده پویا و مقاومت در برابر سایش نیاز دارد. چندین نوع ساختاری متداول از روتورهای موتور با سرعت بالا ، از جمله نوع آستین ، نوع دیسک ، از نوع تعلیق مغناطیسی و نوع کوپلانار وجود دارد. انتخاب نوع ساختاری باید بر اساس نیازهای عملی باشد.

موتورهای پر سرعت ، دارای اندازه کوچک ، چگالی قدرت بالا ، اتصال مستقیم با بارهای پر سرعت ، از بین بردن دستگاههای سنتی سرعت بخشیدن به سرعت مکانیکی ، کاهش سر و صدای سیستم و بازده انتقال سیستم بهبود یافته ، دارای چشم انداز کاربرد گسترده ای در زمینه های مختلف با استفاده از دستگاه های مختلف با سرعت بالا ، سیستم های یخبندان با سرعت زیاد ، سیستم های ذخیره سازی انرژی ، مروج های ذخیره سازی انرژی ، سلولهای سوخت ، سلول های سوخت ، سلولهای سوخت ، با سرعت بالا تجهیزات منبع تغذیه کشتی. آنها به یکی از نقاط مهم تحقیق در زمینه بین المللی مهندسی برق تبدیل شده اند.

ویژگی های اصلی موتورهای پر سرعت شامل سرعت روتور بالا ، جریان سیم پیچ استاتور بالا و فرکانس شار مغناطیسی در هسته آهن و چگالی قدرت بالا و چگالی از دست دادن است. این ویژگی ها به فناوری های کلیدی و روش های طراحی منحصر به فرد برای موتورهای پر سرعت نیاز دارند و آنها را از موتورهای با سرعت معمولی متمایز می کنند. روتورهای موتور با سرعت بالا به طور معمول با سرعت بالاتر از 10،000 دور در دقیقه می چرخند. در طول چرخش با سرعت بالا ، روتورهای لمینت شده معمولی برای مقاومت در برابر نیروهای بی نظیر گریز از مرکز ، نیاز به اتخاذ ساختارهای روتور با استحکام ویژه با استحکام بالا یا جامد دارند. برای موتورهای آهنربای دائمی ، مسائل مقاومت روتور حتی برجسته تر هستند زیرا مواد آهنربای دائمی سینتر نمی توانند در برابر استرس کششی ایجاد شده توسط چرخش روتور با سرعت بالا مقاومت کنند ، و نیاز به اقدامات محافظتی برای آهنرباهای دائمی دارند.

علاوه بر این ، اصطکاک پر سرعت بین روتور و شکاف هوا منجر به تلفات اصطکاک در سطح روتور می شود که بسیار بیشتر از موتورهای با سرعت معمولی است و چالش های قابل توجهی برای خنک کننده روتور ایجاد می کند. برای اطمینان از استحکام روتور کافی ، روتورهای حرکتی با سرعت بالا اغلب باریک هستند و احتمال نزدیک شدن به سرعت های مهم چرخشی را در مقایسه با موتورهای با سرعت معمولی افزایش می دهند. برای جلوگیری از خم شدن تشدید ، پیش بینی دقیق سرعت چرخش بحرانی سیستم روتور بسیار مهم است.

علاوه بر این ، یاتاقان های حرکتی معمولی نمی توانند با سرعت بالایی با سرعت بالا کار کنند ، و این امر مستلزم اتخاذ سیستم های تحمل پر سرعت است. جریان متناوب با فرکانس بالا در سیم پیچ و شار مغناطیسی در هسته آهن استاتور موتورهای پر سرعت باعث ایجاد تلفات اضافی با فرکانس بالا قابل توجه در سیم پیچ موتور ، هسته آهن استاتور و روتور می شود. اثر پوستی و اثر نزدیکی بر تلفات سیم پیچ معمولاً می تواند نادیده گرفته شود که فرکانس جریان استاتور کم باشد ، اما در شرایط با فرکانس بالا ، سیم پیچ استاتور اثر پوست و اثر نزدیکی را نشان می دهد و باعث افزایش ضررهای اضافی می شود.

فرکانس شار مغناطیسی بالا در هسته آهن استاتور موتورهای پر سرعت نمی تواند از تأثیر اثر پوست غفلت کند و روشهای محاسبه معمولی می تواند منجر به خطاهای قابل توجهی شود. برای محاسبه دقیق از بین رفتن هسته آهن استاتور موتورهای پر سرعت ، لازم است مدل های محاسبه از دست دادن آهن در شرایط فرکانس بالا کشف شود. هارمونیک های مکانی ناشی از شکاف استاتور و توزیع سیم پیچ غیر سینوسی و همچنین هارمونیک های زمان فعلی تولید شده توسط منبع تغذیه PWM ، همه ضایعات جریان قابل توجهی در روتور ایجاد می کنند. حجم روتور کوچک و شرایط خنک کننده ضعیف مشکلات بزرگی برای خنک کننده روتور ایجاد می کند. بنابراین ، محاسبه دقیق تلفات جریان روتور و اکتشاف اقدامات مؤثر برای کاهش آنها برای عملکرد قابل اعتماد موتورهای پر سرعت بسیار مهم است.

علاوه بر این ، ولتاژ یا جریان با فرکانس بالا چالش هایی را برای طراحی کنترلر موتورهای پر سرعت با قدرت بالا ایجاد می کند. موتورهای پر سرعت بسیار کوچکتر از موتورهای با سرعت معمولی با قدرت معادل هستند که دارای چگالی قدرت بالا و چگالی از دست دادن و همچنین خنک کننده دشوار هستند. بدون اقدامات خنک کننده ویژه ، دمای موتور می تواند بیش از حد افزایش یابد و عمر سیم پیچ را کوتاه کند. به خصوص برای موتورهای آهنربای دائمی ، دمای بیش از حد روتور می تواند منجر به عواملی برگشت ناپذیر آهنرباهای دائمی شود.

موتورهای پر سرعت به طور کلی به موتورهایی با سرعت چرخشی بیش از 10،000 دور در دقیقه یا مقادیر دشواری (محصول سرعت چرخش و ریشه مربع قدرت) بیش از 1 × 10^5 اشاره دارند. در میان انواع مختلف موتورهایی که در حال حاضر در دسترس هستند ، کسانی که با موفقیت با سرعت بالا به دست می آیند ، در درجه اول شامل موتورهای القایی ، موتورهای آهنربای دائمی داخلی ، موتورهای بی میلی تغییر شده و چند موتور مگنت دائمی و موتورهای قطب پنجه هستند. ساختارهای روتور موتورهای القایی با سرعت بالا نسبتاً ساده است ، با اینرسی چرخشی کم و امکان کار برای دوره های طولانی در شرایط با دمای بالا و با سرعت بالا ، و آنها را به طور گسترده ای در برنامه های پر سرعت استفاده می کند.

به طور خلاصه ، روتورهای حرکتی با سرعت بالا اجزای محوری هستند که عملکرد سریع موتورها را امکان پذیر می کنند ، که با سرعت چرخش بالا ، طرح های ساختاری ویژه و چالش های موجود در سیستم های خنک کننده و تحمل مشخص می شوند. با پیشرفت های تکنولوژیکی و به روزرسانی های صنعتی ، موتورهای پر سرعت به طور فزاینده ای در مزارع مانند وسایل نقلیه برقی ، هوافضا ، روبات های صنعتی و انرژی پاک استفاده می شوند و باعث توسعه مواد و فن آوری های با کارایی بالا می شوند. به عنوان مثال ، استفاده گسترده از روتورهای فیبر کربن ، به طور قابل توجهی راندمان و دوام حرکتی را افزایش می دهد و دوران جدیدی از فناوری موتور با سرعت بالا را نشان می دهد.