Éléments clés du développement de moteurs à grande vitesse

Avec le développement vigoureux du marché mondial des véhicules à énergie nouvelle, la vitesse de conduite des moteurs a connu une croissance étonnante. De 18 000 tr/min il y a plusieurs années à plus de 20 000 tr/min aujourd'hui, cela représente non seulement une avancée numérique, mais également des tests rigoureux de conception et de technologies de fabrication du moteur. Cet article aborde plusieurs aspects de développement de moteurs à grande vitesse.

 

01. Sélection de du rotor Numéro de paire de pôles

Dans les moteurs à grande vitesse, la perte de fer est devenue un facteur critique inévitable, en particulier dans les plages de vitesse élevées. Il existe une relation étroite entre le nombre de pôles du moteur et la perte de fer, car à mesure que la vitesse du moteur augmente, la fréquence des changements de flux magnétique dans le noyau augmente également, entraînant une augmentation significative de la perte de fer.

Par exemple, dans un moteur fonctionnant à 20 000 tr/min, un moteur à 6 pôles atteint une fréquence de travail de 1 000 Hz, tandis qu'un moteur à 8 pôles l'augmente à 1 333 Hz. Selon la formule de calcul de la perte en fer mentionnée ci-dessus, l'augmentation de la fréquence de fonctionnement entraîne directement une augmentation de la perte en fer.

Dans la tendance de conception des moteurs à grande vitesse, nous pouvons constater une diminution progressive de l'utilisation de combinaisons 8/48 pôles-emplacements et une augmentation de l'utilisation de combinaisons 6/54 pôles-emplacements.

La raison de ce changement réside dans les considérations susmentionnées concernant la perte de fer. Pour réduire les pertes de fer lors d'un fonctionnement à grande vitesse, les concepteurs ont tendance à choisir la combinaison 6/54 pôles-emplacements pour obtenir de meilleures performances électromagnétiques et un rendement plus élevé.

02. Sélection du système de refroidissement

Pour les moteurs à aimants permanents à grande vitesse, la température affecte considérablement leurs performances. Étant donné que le point de fonctionnement des aimants permanents dérive avec la température, des températures trop élevées peuvent même risquer de démagnétiser les aimants. De plus, la densité de puissance élevée des moteurs électriques des véhicules à énergies nouvelles limite la surface de refroidissement, ce qui rend la conception du système de refroidissement cruciale pour garantir des performances stables du moteur.

Lors de l'examen des méthodes de refroidissement, je suggère d'utiliser un système de refroidissement d'huile pour les moteurs dont la vitesse dépasse 18 000 tr/min. En effet, les problèmes d'échauffement du rotor deviennent particulièrement importants lorsque les vitesses dépassent 16 000 tr/min. Dans un moteur refroidi par eau, le stator est principalement refroidi, alors qu'à des vitesses élevées, dissiper efficacement la chaleur du rotor par refroidissement par eau devient difficile.

Concernant la surveillance de la température, les conceptions de moteurs actuelles intègrent généralement des capteurs de température à l'intérieur du stator. Dans les moteurs refroidis par eau, grâce aux structures de canaux d'écoulement stables, la répartition de la température des enroulements du stator est relativement uniforme et bien contrôlée. Cependant, dans les moteurs refroidis à l'huile, la plus grande flexibilité de conception des canaux d'écoulement entraîne des différences de température plus visibles entre les enroulements que dans les moteurs refroidis à l'eau. Par conséquent, lors de la sélection de l'emplacement du capteur, il est crucial de prendre en compte les zones présentant des augmentations de température d'enroulement plus élevées afin de minimiser la différence de température entre la température surveillée et le point d'enroulement le plus élevé, reflétant ainsi avec précision l'état thermique réel du moteur.

03. Défis technologiques des roulements à grande vitesse

Le système de support du rotor est un composant essentiel dans le développement de moteurs à grande vitesse, le choix de la technologie des roulements étant particulièrement critique. Actuellement, les roulements à billes à gorge profonde sont couramment utilisés dans les roulements de moteurs.

Dans les environnements à grande vitesse, les roulements à billes sont confrontés à de sérieux défis tels que la surchauffe et le risque de fonctionnement. En effet, à mesure que la vitesse augmente, la friction et la génération de chaleur à l'intérieur des roulements augmentent également fortement, entraînant une diminution des performances des roulements, voire une défaillance. La lubrification des roulements à grande vitesse est donc cruciale.

Lorsque la vitesse du moteur dépasse 18 000 tr/min, la lubrification des roulements est une autre raison importante pour recommander le refroidissement par huile. Dans les moteurs refroidis par eau, des roulements à billes autolubrifiants sont généralement utilisés pour les roulements. Cependant, lors d'un fonctionnement à grande vitesse, ces roulements sont confrontés à des problèmes tels que des fuites de graisse et de grandes différences de température entre les bagues intérieure et extérieure.

En revanche, les roulements à billes de type ouvert utilisés dans les systèmes de refroidissement d'huile peuvent refroidir efficacement les bagues intérieure et extérieure des roulements, évitant ainsi les problèmes de fuite de graisse et ayant un coefficient de frottement de roulement plus faible. Cependant, il faut prêter attention à la conception des chemins d'huile de lubrification pour assurer un refroidissement adéquat des roulements. Dans le trou d'épaulement, la structure saillante est intégrée pour garantir que la vitesse d'écoulement de l'huile de refroidissement est relativement uniforme avant et après l'épaulement.