عناصر کلیدی در توسعه موتور با سرعت بالا

با توسعه شدید بازار جهانی خودروهای انرژی جدید، سرعت موتورهای رانندگی رشد شگفت انگیزی را نشان داده است. از 18000 دور در دقیقه چندین سال پیش تا بیش از 20000 دور در دقیقه امروز، این نشان دهنده نه تنها یک پیشرفت عددی است، بلکه آزمایش‌های دقیق فناوری‌های طراحی و ساخت موتور را نیز نشان می‌دهد. این مقاله چندین جنبه را مورد بحث قرار می دهد توسعه موتور با سرعت بالا.

 

01. انتخاب روتور شماره جفت قطب

در موتورهای پرسرعت، اتلاف آهن به یک عامل حیاتی اجتناب ناپذیر، به ویژه در محدوده سرعت بالا تبدیل شده است. ارتباط نزدیکی بین تعداد قطب های موتور و تلفات آهن وجود دارد زیرا با افزایش سرعت موتور، فرکانس تغییرات شار مغناطیسی در هسته نیز افزایش می یابد و منجر به افزایش قابل توجه اتلاف آهن می شود.

به عنوان مثال، در موتوری که در 20000 دور در دقیقه کار می کند، یک موتور 6 قطبی به فرکانس کاری 1000 هرتز می رسد، در حالی که موتور 8 قطبی این فرکانس را به 1333 هرتز افزایش می دهد. با توجه به فرمول محاسبه تلفات آهن که در بالا ذکر شد، افزایش فرکانس کاری مستقیماً منجر به افزایش تلفات آهن می شود.

در روند طراحی موتورهای پرسرعت می توان شاهد کاهش تدریجی استفاده از ترکیبات شیار قطب 8/48 و افزایش استفاده از ترکیبات شیار قطب 6/54 بود.

دلیل این تغییر در ملاحظات فوق الذکر در مورد از دست دادن آهن نهفته است. برای کاهش تلفات آهن در حین کار با سرعت بالا، طراحان تمایل دارند ترکیب 6/54 قطب شکاف را برای دستیابی به عملکرد الکترومغناطیسی بهتر و راندمان بالاتر انتخاب کنند.

02. انتخاب سیستم خنک کننده

برای موتورهای آهنربای دائمی با سرعت بالا، دما به طور قابل توجهی بر عملکرد آنها تأثیر می گذارد. از آنجایی که نقطه کار آهنرباهای دائمی با دما تغییر می کند، دمای بیش از حد بالا حتی ممکن است خطر مغناطیس زدایی آهنرباها را به همراه داشته باشد. علاوه بر این، چگالی توان بالای موتورهای الکتریکی در وسایل نقلیه با انرژی جدید، سطح خنک‌کننده را محدود می‌کند و طراحی سیستم خنک‌کننده را برای اطمینان از عملکرد پایدار موتور بسیار مهم می‌کند.

هنگام بررسی روش های خنک کننده، پیشنهاد می کنم از سیستم خنک کننده روغن برای موتورهایی با سرعت بیش از 18000 دور در دقیقه استفاده کنید. این به این دلیل است که مشکلات گرمایش روتور به ویژه زمانی برجسته می شود که سرعت ها از 16000 دور در دقیقه بیشتر شود. در موتورهای آب خنک، استاتور در درجه اول خنک می شود، در حالی که در سرعت های بالا، اتلاف گرمای روتور به طور موثر از طریق خنک کننده آب چالش برانگیز می شود.

با توجه به پایش دما، طراحی موتورهای فعلی معمولاً حسگرهای دما را در داخل استاتور تعبیه می کنند. در موتورهای آب خنک، به دلیل ساختار کانال جریان پایدار، توزیع دمای سیم پیچ استاتور نسبتاً یکنواخت و به خوبی کنترل می شود. با این حال، در موتورهای روغن خنک، انعطاف‌پذیری طراحی بیشتر کانال‌های جریان منجر به تفاوت‌های دمایی بیشتر بین سیم‌پیچ‌ها در مقایسه با موتورهای آب خنک می‌شود. بنابراین، هنگام انتخاب محل سنسور، بسیار مهم است که مناطقی با افزایش دمای سیم پیچ بالاتر در نظر گرفته شود تا اختلاف دما بین دمای نظارت شده و بالاترین نقطه سیم پیچی به حداقل برسد و وضعیت حرارتی واقعی موتور را به طور دقیق منعکس کند.

03. چالش های تکنولوژیکی بلبرینگ های پرسرعت

سیستم پشتیبانی روتور یک جزء اصلی در توسعه موتورهای پرسرعت است که انتخاب فناوری بلبرینگ بسیار مهم است. در حال حاضر، بلبرینگ های شیار عمیق معمولاً در یاتاقان های موتور استفاده می شوند.

در محیط های پر سرعت، بلبرینگ ها با چالش های جدی مانند گرم شدن بیش از حد و خطر دویدن مواجه می شوند. زیرا با افزایش سرعت، اصطکاک و تولید گرما در داخل یاتاقان ها نیز به شدت افزایش می یابد که منجر به کاهش عملکرد یاتاقان یا حتی خرابی می شود. بنابراین، روغن کاری یاتاقان های با سرعت بالا بسیار مهم است.

بعد از اینکه سرعت موتور از 18000 دور در دقیقه بیشتر شد، دلیل مهم دیگری برای توصیه خنک کننده روغن، روانکاری یاتاقان است. در موتورهای آب خنک معمولاً از بلبرینگ های خود روان کننده برای یاتاقان ها استفاده می شود. با این حال، در حین کار با سرعت بالا، این بلبرینگ ها با چالش هایی مانند نشت گریس و اختلاف دمای زیاد بین حلقه های داخلی و خارجی مواجه می شوند.

در مقابل، بلبرینگ‌های نوع باز که در سیستم‌های خنک‌کننده روغن استفاده می‌شوند، می‌توانند به طور موثر رینگ‌های داخلی و خارجی یاتاقان‌ها را خنک کنند و از مسائل نشتی گریس جلوگیری کنند و ضریب اصطکاک غلتشی کمتری دارند. با این حال، باید به طراحی مسیرهای روغن روانکاری توجه شود تا از خنک شدن کافی بلبرینگ اطمینان حاصل شود. در سوراخ شانه، ساختار بیرون زده تعبیه شده است تا اطمینان حاصل شود که سرعت جریان روغن خنک کننده قبل و بعد از شانه نسبتاً یکنواخت است.