Nopean moottorin kehityksen keskeiset elementit

Globaalin uusien energiaajoneuvojen markkinoiden voimakkaan kehityksen myötä ajomoottorien nopeus on osoittanut hämmästyttävää kasvua. 18 000 kierrosta minuutista useita vuosia sitten yli 20 000 kierrosta minuutin kuluttua yli 20 000 rpm, tämä ei ole vain numeerista läpimurtoa, vaan myös tiukkoja moottorin suunnittelu- ja valmistustekniikoiden testejä. Tässä artikkelissa käsitellään useita näkökohtia nopea moottorin kehitys.

01. Roottorin napaparin numero

Nopealla moottoreilla raudan menetyksestä on tullut väistämätön kriittinen tekijä, etenkin nopealla alueella. Moottorin pylväiden lukumäärän ja raudan menetyksen välillä on läheinen suhde, koska moottorin nopeuden kasvaessa myös ytimen magneettisten vuon muutosten tiheys kasvaa, mikä johtaa merkittävään rautahäviön lisääntymiseen.

Esimerkiksi moottorilla, joka toimii nopeudella 20 000 rpm, 6-napainen moottori saavuttaa toimintataajuuden 1000 Hz, kun taas 8-napainen moottori nostaa tämän arvoon 1333 Hz. Edellä mainitun rautahäviön laskentakaavan mukaan toimintataajuuden kasvu johtaa suoraan lisääntyneeseen raudan menetykseen.

Nopea moottorien suunnittelutrendissä voimme nähdä asteittaisen vähenemisen 8/48-napa-paksa-yhdistelmien käytöstä ja 6/54-napa-leimayhdistelmien käytön lisääntymisen.

Syynä tähän muutokseen on edellä mainitut raudan menetyksen näkökohdat. Raudan menetyksen vähentämiseksi nopean toiminnan aikana suunnittelijoilla on taipumus valita 6/54-napainen yhdistelmä paremman sähkömagneettisen suorituskyvyn ja suuremman tehokkuuden saavuttamiseksi.

02. Jäähdytysjärjestelmän valinta

Nopeaa pysyviä magneettimoottoreita lämpötila vaikuttaa merkittävästi niiden suorituskykyyn. Koska pysyvien magneettien käyttöpiste siirtyy lämpötilaan, liian korkeat lämpötilat voivat jopa riskiä magneettien demagnetoinnista. Lisäksi uusien energiaajoneuvojen sähkömoottorien suuritehokkuus rajoittaa jäähdytyspinta -alaa, mikä tekee jäähdytysjärjestelmän suunnittelusta tärkeän moottorin vakaan suorituskyvyn varmistamiseksi.

Kun harkitaan jäähdytysmenetelmiä, ehdotan öljyjäähdytysjärjestelmän käyttöä moottoreille, joiden nopeudet ovat yli 18 000 rpm. Tämä johtuu siitä, että roottorin lämmityskysymykset muuttuvat erityisen näkyviksi, kun nopeudet ylittävät 16 000 rpm. Vesijäähdytteisessä moottorissa staattori on pääasiassa jäähdytetty, kun taas suurten nopeuksien aikana roottorin lämmön tehokkaasti vedenjäähdytyksen kautta tulee haastava.

Lämpötilan seurantaan virran moottorimallit upottavat tyypillisesti staattorin sisälle lämpötila -anturit. Vesijäähdytteissä moottoreissa staattorin käämien lämpötilan jakautumisen stabiilien virtauskanavien rakenteiden vuoksi on suhteellisen tasainen ja hyvin hallittu. Öljyjäähdytteissä moottoreissa virtauskanavien suurempi joustavuus johtaa kuitenkin havaittavissa oleviin lämpötilaeroja käämien välillä verrattuna vesijäähdytteisiin moottoreihin. Siksi anturin sijainnin valitessa on ratkaisevan tärkeää ottaa huomioon alueet, joissa käämityslämpötila nousee korkeamman lämpötilan ja suurimman kääminpisteen lämpötilaeron minimoimiseksi, heijastaen moottorin todellista lämpötilaa tarkasti.

03. Nopean laakerin tekniset haasteet

Roottorin tukijärjestelmä on ydinkomponentti nopean moottorien kehittämisessä, ja laakeritekniikan valinta on erityisen kriittinen. Tällä hetkellä syväuran kuulalaakereita käytetään yleisesti moottorilaakereissa.

Nopeassa ympäristössä kuulalaakerit kohtaavat vakavia haasteita, kuten ylikuumeneminen ja juoksemisen riski. Tämä johtuu siitä, että nopeuden lisääntyessä kitka ja lämmöntuotanto laakerien sisällä kasvaa myös voimakkaasti, mikä johtaa laakerin suorituskyvyn tai jopa epäonnistumisen vähentymiseen. Siksi nopean laakerin voitelu on ratkaisevan tärkeää.

Kun moottorin nopeudet ovat ylittäneet 18 000 rpm, toinen tärkeä syy öljynjäähdytyksen suosittelemiseen on voitelu. Vesijäähdytteissä moottoreissa itsevoitelevia kuulalaakereita käytetään tyypillisesti laakereihin. Nopean toiminnan aikana nämä laakerit kohtaavat kuitenkin haasteita, kuten rasvavuoto ja suuret lämpötilaerot sisä- ja ulkorenkaiden välillä.

Sitä vastoin öljyjäähdytysjärjestelmissä käytetyt avoimen tyyppiset kuulalaakerit voivat tehokkaasti jäähdyttää laakereiden sisä- ja ulkorenkaat välttäen rasvavuotoongelmia ja niillä on alhaisempi liikkuva kitkakerroin. Voiteluöljypolkujen suunnitteluun on kuitenkin kiinnitettävä huomiota riittävän laakerin jäähdytyksen varmistamiseksi. Olkapäässä ulkoneva rakenne upotetaan varmistamaan, että jäähdytysöljyn virtausnopeus on suhteellisen tasainen ennen olkapäätä ja sen jälkeen.