Introduction du rotor du moteur à grande vitesse

UN Le rotor de moteur à grande vitesse est un élément essentiel d'un moteur à grande vitesse, incarnant généralement un arbre rotatif. Il fonctionne en exploitant la puissance électrique générée par le moteur pour transmettre le mouvement de rotation en dispositifs mécaniques. Une caractéristique déterminante des rotors de moteurs à grande vitesse est leur vitesse de rotation élevée, dépassant souvent 10 000 révolutions par minute (tr / min).

Dans la conception structurelle des rotors moteurs à grande vitesse, une considération significative doit être accordée à des facteurs tels que la force centrifuge et la force d'impact qui résultent d'un fonctionnement à grande vitesse. Cela nécessite l'optimisation de la légèreté axiale, des performances d'équilibrage dynamique et de la résistance à l'usure. Il existe plusieurs types structurels communs de rotors de moteur à grande vitesse, notamment le type de manche, le type de disque, le type de suspension magnétique et le type coplanaire. Le choix du type structurel doit être basé sur des besoins pratiques.

Les moteurs à grande vitesse, avec une petite taille, une densité élevée à haute puissance, une connexion directe avec des charges à haut débit, l'élimination des dispositifs traditionnels d'inclinaison de vitesse mécanique, une réduction du bruit du système et une amélioration de l'efficacité de transmission du système, ont de larges prospects d'application dans divers domaines tels que les machines de broyage à grande vitesse, les systèmes de réfrigération de la circulation de la circulation de l'énergie et les piles à combustion de la production de produits à vide Utilisé comme équipement d'alimentation des avions ou des navires. Ils sont devenus l'un des points chauds de recherche dans le domaine international du génie électrique.

Les principales caractéristiques des moteurs à grande vitesse comprennent une vitesse de rotor élevée, un courant d'enroulement stator élevé et une fréquence de flux magnétique dans le noyau de fer, et une densité élevée de puissance et une densité de perte. Ces caractéristiques nécessitent des technologies clés et des méthodes de conception uniques aux moteurs à grande vitesse, les distinguant des moteurs à vitesse conventionnelle. Les rotors de moteur à grande vitesse tournent généralement à des vitesses supérieures à 10 000 tr / min. Pendant la rotation à grande vitesse, les rotors laminés conventionnels ont du mal à résister à d'immenses forces centrifuges, nécessitant l'adoption de structures de rotor laminées ou solides spéciales à haute résistance. Pour les moteurs à aimant permanent, les problèmes de résistance au rotor sont encore plus importants car les matériaux d'aimant permanent fritté ne peuvent pas résister à la contrainte de traction générée par la rotation du rotor à grande vitesse, nécessitant des mesures de protection pour les aimants permanents.

De plus, le frottement à grande vitesse entre le rotor et l'espace d'air entraîne des pertes de friction sur la surface du rotor qui sont beaucoup plus grandes que celles des moteurs à vitesse conventionnelle, posant des défis importants pour le refroidissement du rotor. Pour assurer une résistance suffisante au rotor, les rotors de moteur à grande vitesse sont souvent minces, augmentant la probabilité d'approcher les vitesses de rotation critiques par rapport aux moteurs à vitesse conventionnelle. Pour éviter de plier la résonance, il est crucial de prédire avec précision la vitesse de rotation critique du système de rotor.

De plus, les roulements moteurs conventionnels ne peuvent pas fonctionner de manière fiable à grande vitesse, nécessitant l'adoption de systèmes de roulements à grande vitesse. Le courant alternatif à haute fréquence dans l'enroulement et le flux magnétique dans le noyau en fer du stator des moteurs à grande vitesse génèrent des pertes supplémentaires à haute fréquence significatives dans l'enroulement du moteur, le noyau de fer du stator et le rotor. L'effet cutané et l'effet de proximité sur les pertes d'enroulement peuvent généralement être ignorés lorsque la fréquence du courant du stator est faible, mais dans des situations à haute fréquence, l'enroulement du stator présente un effet cutané et un effet de proximité significatifs, augmentant les pertes supplémentaires de l'enroulement.

La fréquence de flux magnétique élevée dans le noyau de fer du stator des moteurs à grande vitesse ne peut pas négliger l'influence de l'effet cutané, et les méthodes de calcul conventionnelles peuvent entraîner des erreurs importantes. Pour calculer avec précision la perte de noyau de fer du stator de moteurs à grande vitesse, il est nécessaire d'explorer les modèles de calcul de la perte de fer dans des conditions à haute fréquence. Les harmoniques spatiales causées par la fente du stator et la distribution de l'enroulement non sinusoïdal, ainsi que les harmoniques de temps actuelles générées par l'alimentation PWM, toutes produisent des pertes de courant de Foucault significatives dans le rotor. Le petit volume de rotor et les mauvaises conditions de refroidissement posent de grandes difficultés pour le refroidissement du rotor. Par conséquent, le calcul précis des pertes de courant de tourbillon du rotor et l'exploration des mesures efficaces pour les réduire sont cruciaux pour le fonctionnement fiable des moteurs à grande vitesse.

De plus, les tensions ou les courants à haute fréquence posent des défis à la conception du contrôleur de moteurs à grande vitesse à haute puissance. Les moteurs à grande vitesse sont beaucoup plus petits que les moteurs à vitesse conventionnelle d'une puissance équivalente, avec une densité de puissance élevée et une densité de perte, ainsi qu'un refroidissement difficile. Sans mesures de refroidissement spéciales, la température du moteur peut augmenter excessivement, raccourcissant la durée de vie. En particulier pour les moteurs aimants permanents, la température excessive du rotor peut entraîner une démagnétisation irréversible d'aimants permanents.

Les moteurs à grande vitesse se réfèrent généralement aux moteurs avec des vitesses de rotation dépassant 10 000 tr / min ou des valeurs de difficulté (le produit de la vitesse de rotation et la racine carrée de la puissance) dépassant 1 × 10 ^ 5. Parmi les différents types de moteurs actuellement disponibles, ceux qui ont réussi à atteindre des vitesses élevées comprennent principalement les moteurs à induction, les moteurs à aimant permanent intérieur, les moteurs de réticence commutés et quelques moteurs aimant permanents extérieurs et moteurs à poteaux à griffe. Les structures du rotor des moteurs à induction à grande vitesse sont relativement simples, avec une faible inertie rotationnelle et la capacité de fonctionner pendant de longues périodes dans des conditions à haute température et à grande vitesse, ce qui les rend largement utilisées dans des applications à grande vitesse.

En résumé, les rotors de moteurs à grande vitesse sont des composants pivots qui permettent le fonctionnement à grande vitesse des moteurs, caractérisés par leurs vitesses de rotation élevées, leurs conceptions structurelles spéciales et leurs défis dans les systèmes de refroidissement et de roulement. Avec les progrès technologiques et les améliorations industrielles, les moteurs à grande vitesse sont de plus en plus appliqués dans des domaines tels que les véhicules électriques, l'aérospatiale, les robots industriels et l'énergie propre, ce qui stimule le développement de matériaux et de technologies à haute performance. L'utilisation généralisée de rotors en fibre de carbone, par exemple, améliore considérablement l'efficacité du moteur et la durabilité, marquant une nouvelle ère de technologie motrice à grande vitesse.