Roottorisuunnittelun merkitys nopeissa harjattomissa moottoreissa

Suurinopeuksinen harjaton moottoriroottori toimii tyypillisesti nopeuksilla, jotka vaihtelevat välillä 20 000 - 100 000 RPM. Suurinopeuksisten moottoreiden rakenne eroaa merkittävästi perinteisistä hidaskäyntisistä matalataajuisista moottoreista. Roottori- ja laakerijärjestelmien dynaaminen analyysi on ratkaisevan tärkeää nopeiden moottoreiden toimintavarmuuden kannalta.

Roottorin suunnittelu on avain nopeiden harjattomien moottorien suunnittelussa, ja tärkeimpiä näkökohtia ovat: roottorin halkaisijan ja pituuden valinta, kestomagneettimateriaalien valinta ja käytetyt suojausmenetelmät (koska kestomagneetit eivät kestä suurilla nopeuksilla kohdattuja valtavia keskipakovoimia ja ne on suojattava erittäin lujilla materiaaleilla). Tämä sisältää roottorin lujuuden ja jäykkyyden analysoinnin sekä laakereiden suunnittelun (koska nopeat harjattomat moottorit eivät voi käyttää vakiolaakereita, vaan niiden sijaan on käytettävä kosketuksettomia tyyppejä, kuten ilma- tai magneettilaakereita).

Nopeiden harjattomien moottoreiden kestomagneettiroottorin suunnittelussa on otettava huomioon sekä sähkömagneettiset että mekaaniset näkökohdat. Tämä tarkoittaa, että kestomagneettiroottorin on tarjottava riittävän voimakas pyörivä magneettikenttä staattorin käämeille ja samalla kyettävä kestämään suuren pyörimisen synnyttämät valtavat keskipakovoimat.

Suuri nopeus Harjattomissa moottoreissa on yleensä vähemmän napoja, tyypillisesti 2 tai 4 napaa. 2-napainen moottori mahdollistaa kiinteän rakenteen käytön kestomagneeteille mekaanisen ja sähkömagneettisen symmetrian varmistamiseksi. Lisäksi staattorin sydämen magneettikenttä ja käämivirta ja taajuus 2-napaisessa moottorissa ovat vain puolet 4-napaisen moottorin magneettikentästä, mikä auttaa vähentämään rauta- ja kuparihäviöitä moottorin staattorissa. 2-napaisten moottoreiden suurin haittapuoli on kuitenkin se, että staattorin käämit ovat pidemmät ja vaativat suuremman staattorin sydänalueen.

Valinta Kestomagneettimateriaalit nopeissa harjattomissa moottoreissa vaikuttavat merkittävästi moottorin kokoon ja suorituskykyyn. Kun valitset kestomagneettimateriaaleja, ota huomioon:

1. Moottorin tehotiheyden ja hyötysuhteen parantamiseksi tulee valita materiaaleja, joilla on korkea jäännösvuon tiheys, koersitiivisuus ja magneettinen energiatuote.

2. Kestomagneettimateriaalin demagnetointikäyrän tulee muuttua lineaarisesti sallitulla käyttölämpötila-alueella. Jotta kestomagneettiroottorin käyttölämpötila ei ylitä magneettien demagnetointilämpötilaa, tulee käyttää korkeita lämpötiloja kestäviä kestomagneettimateriaaleja.

Ottaen huomioon valtavat keskipakovoimat, jotka nopeiden harjattomien moottoreiden kestomagneettiroottoreiden on kestettävä, magneettimateriaalien mekaaniset ominaisuudet ovat myös kriittisiä. Tekniset vaatimukset ja materiaalikustannukset huomioon ottaen käytetään yleisesti sintrattua neodyymirautabooria, eräänlaista jauhemetallurgian kestomagneettimateriaalia. Näiden magneettien suojausmenetelmiin kuuluu erittäin vahvan, ei-magneettisen suojakotelon lisääminen magneetin ulkopuolelle, joka on kiinnitetty tiukasti sen päälle. Toinen suojausmenetelmä sisältää hiilikuitunauhan käyttämisen magneettien kiinnittämiseen.