Suurinopeuksisen moottorin roottorin rakenne ja suunnitteluominaisuudet (staattorirakenne, erityyppiset roottorirakenteen suunnittelut)

Suurinopeuksisen moottorin roottorin ominaisuudet ovat pieni koko, suuri tehotiheys, suora yhteys nopeaan kuormaan, eliminoi perinteisen mekaanisen kiihdytyslaitteen, vähentää järjestelmän melua ja parantaa järjestelmän siirtotehokkuutta jne. Sillä on laajat sovellusmahdollisuudet nopeiden hiomakoneiden, ilmakiertoisten jäähdytysjärjestelmien, energian varastoinnin vauhtipyörien, polttokennojen, voimansiirto-alusten voimansiirtolaitteiden ja jakelulaitteiden sentrifugien syöttölaitteiden aloilla. tai laivoille, ja siitä on tullut yksi kansainvälisen sähköalan tutkimuskeskuksista.

Suurinopeuksisen moottorin pääominaisuudet ovat suuri roottorin nopeus, korkea staattorin käämitysvirta ja magneettivuon taajuus sydämessä, suuri tehotiheys ja häviötiheys. Nämä ominaisuudet määräävät, että nopean moottorin avaintekniikka ja suunnittelumenetelmät eroavat vakionopeuksisen moottorin vastaavista.

Suurinopeuksisen moottorin roottorin nopeus on yleensä yli 10 000 r/min. Suurella nopeudella pyöritettäessä tavanomainen laminoitu roottori ei kestä valtavaa keskipakovoimaa, joten on käytettävä erityistä lujaa laminoitua tai kiinteää roottorirakennetta. Kestomagneettimoottoreissa roottorin lujuuden ongelma on näkyvämpi, koska sintrattu kestomagneettimateriaali ei kestä roottorin nopean pyörimisen aiheuttamaa vetojännitystä, ja kestomagneettia varten on ryhdyttävä suojatoimenpiteisiin. Suurinopeuksinen kitka roottorin ja ilmaraon välillä aiheuttaa paljon suuremman kitkahäviön roottorin pinnalle kuin vakionopeusmoottorin, mikä vaikeuttaa suuresti roottorin lämmönpoistoa. Roottorin riittävän lujuuden varmistamiseksi nopean moottorin roottori on enimmäkseen hoikka, joten vakionopeuksiseen moottoriin verrattuna mahdollisuus, että roottorijärjestelmä lähestyy nopean moottorin kriittistä nopeutta, kasvaa huomattavasti. Tavalliset moottorin laakerit eivät voi toimia luotettavasti suurella nopeudella, ja nopeita laakerijärjestelmiä on käytettävä.

Käämivirran ja magneettivuon suuri vaihtotaajuus nopean moottorin ytimessä tuottaa suuren suurtaajuisen lisähäviön moottorin, staattorin sydämen ja roottorin käämeissä. Kun staattorin virran taajuus on alhainen, ihovaikutuksen ja läheisyysvaikutuksen vaikutus käämin häviöön voidaan jättää huomiotta, mutta korkealla taajuudella staattorin käämitys tuottaa ilmeisen ihovaikutuksen ja läheisyysvaikutuksen ja lisää käämin lisähäviötä. Magneettivuon taajuus nopean moottorin staattoriytimessä on korkea, ihovaikutuksen vaikutusta ei voida jättää huomiotta, ja tavanomainen laskentamenetelmä tuo suuria virheitä. Suurnopeuksisen moottorin staattorin sydänhäviön laskemiseksi tarkasti on tarpeen tutkia rautahäviön laskentamallia suurtaajuusolosuhteissa. Staattoriraon ja käämin epäsinimuotoisen jakauman aiheuttamat tilaharmoniset sekä PWM-teholähteen tuottamat virta- ja aikaharmoniset aiheuttavat suuren pyörrevirtahäviön roottoriin. Roottorin pienestä koosta ja huonoista jäähdytysolosuhteista johtuen se aiheuttaa suuria vaikeuksia roottorin lämmönpoistoon. Siksi käsitellään roottorin pyörrevirtahäviön tarkkaa laskemista ja tehokkaiden toimenpiteiden tutkimista roottorin pyörrevirtahäviön vähentämiseksi. Sillä on suuri merkitys nopean moottorin luotettavan toiminnan kannalta. Samalla suurtaajuinen jännite tai virta tuo haasteita myös suuritehoisten suurnopeiden moottoreiden säädinsuunnitteluun.

Suurinopeuksisen moottorin tilavuus on paljon pienempi kuin saman tehon vakionopeusmoottori, tehotiheys ja häviötiheys ei ole suuri, vaan myös lämmönpoisto on vaikeaa, jos erityisiä lämmönpoistotoimenpiteitä ei käytetä, moottorin lämpötilan nousu on liian korkea, mikä lyhentää käämin käyttöikää, erityisesti kestomagneettimoottorille, tai lämpötilan nousu on liian korkea, jos kyseessä on kestomagneettimoottori. demagnetointi. Hyvin suunniteltu jäähdytysjärjestelmä voi tehokkaasti vähentää kiinteän roottorin lämpötilan nousua, mikä on avain suuritehoisten ja nopeiden moottoreiden vakaaseen toimintaan pitkällä aikavälillä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että roottorin lujuuteen, roottorijärjestelmän dynamiikkaan, sähkömagneettiseen suunnitteluun, jäähdytysjärjestelmän suunnitteluun ja lämpötilan nousun laskemiseen, nopeaan laakerointiin ja säätimen kehittämiseen liittyy monia erityisiä avainongelmia, joita ei ole saatavilla perinteisissä moottoreissa. Siksi nopean moottorin suunnittelu on kattava suunnitteluprosessi, jossa on useita fyysisten kenttien iteraatioita, kuten sähkömagneettinen kenttä, roottorin voimakkuus, roottorin dynamiikka, nestekenttä ja lämpötilakenttä. Tällä hetkellä tärkeimmät suurnopeuskentillä käytettävät moottorityypit ovat oikosulkumoottorit, kestomagneettimoottorit, kytketyt reluktanssimoottorit ja kynsinapamoottorit, ja jokaisella moottorityypillä on erilainen topologia.

Tässä artikkelissa analysoidaan erityyppisten nopeiden moottoreiden kehitystilannetta kotimaassa ja ulkomailla ja esitetään yhteenveto erityyppisten nopeiden moottoreiden raja-indeksistä. Suurinopeuksisen moottorin rakennetta ja suunnitteluominaisuuksia analysoidaan yksityiskohtaisesti, mukaan lukien staattorin suunnittelu, roottorirakenteen suunnittelu, roottorijärjestelmän dynamiikan analyysi, laakerien valinta ja jäähdytysjärjestelmän suunnittelu jne. Lopuksi analysoidaan nopeiden moottorien kehityksen tärkeimmät ongelmat ja tarkastellaan nopean moottorin kehityssuuntaa ja tulevaisuudennäkymiä.