L'importance de la conception du rotor dans les moteurs sans balais à grande vitesse

Le rotor du moteur sans balais à grande vitesse fonctionne généralement à des vitesses allant de 20 000 à 100 000 tr/min. La conception des moteurs à grande vitesse diffère considérablement de celle des moteurs conventionnels à basse vitesse et basse fréquence. Une analyse dynamique des systèmes de rotor et de roulements est cruciale pour la fiabilité opérationnelle des moteurs à grande vitesse.

La conception du rotor est essentielle dans la conception d'un moteur sans balais à grande vitesse, avec des considérations principales telles que : la sélection du diamètre et de la longueur du rotor, le choix des matériaux d'aimant permanent et les méthodes de protection utilisées (car les aimants permanents ne peuvent pas résister aux immenses forces centrifuges rencontrées à des vitesses élevées et doivent être protégés par des matériaux à haute résistance). Cela implique une analyse de la résistance et de la rigidité du rotor ainsi que la conception des roulements (puisque les moteurs sans balais à grande vitesse ne peuvent pas utiliser de roulements standard et doivent plutôt utiliser des types sans contact comme des roulements à air ou magnétiques).

Pour les moteurs sans balais à grande vitesse, la conception du rotor à aimant permanent doit prendre en compte à la fois les aspects électromagnétiques et mécaniques. Cela signifie que le rotor à aimant permanent doit fournir un champ magnétique de rotation suffisamment puissant pour les enroulements du stator, tout en étant capable de résister aux énormes forces centrifuges générées par une rotation à grande vitesse.

Grande vitesse les moteurs sans balais ont généralement moins de pôles, utilisant généralement 2 ou 4 pôles. Un moteur bipolaire facilite l'utilisation d'une structure solide pour les aimants permanents afin d'assurer la symétrie mécanique et électromagnétique. De plus, le champ magnétique du noyau du stator ainsi que le courant et la fréquence des enroulements d'un moteur à 2 pôles ne représentent que la moitié de ceux d'un moteur à 4 pôles, ce qui contribue à réduire les pertes de fer et de cuivre dans le stator du moteur. Cependant, un inconvénient majeur des moteurs bipolaires est que les enroulements du stator sont plus longs et nécessitent une plus grande surface du noyau du stator.

Le choix de Les matériaux à aimants permanents dans les moteurs sans balais à grande vitesse influencent considérablement la taille et les performances du moteur. Lors de la sélection de matériaux à aimants permanents, les considérations incluent :

1. Pour améliorer la densité de puissance et l'efficacité du moteur, des matériaux avec une densité de flux résiduel, une coercivité et un produit d'énergie magnétique élevés doivent être sélectionnés.

2. La courbe de démagnétisation du matériau à aimant permanent doit changer linéairement dans la plage de température de fonctionnement autorisée. Pour garantir que la température de fonctionnement du rotor à aimant permanent ne dépasse pas la température de démagnétisation des aimants, des matériaux à aimant permanent résistant aux hautes températures doivent être utilisés.

Compte tenu des immenses forces centrifuges auxquelles doivent résister les rotors à aimants permanents des moteurs sans balais à grande vitesse, les propriétés mécaniques des matériaux magnétiques sont également essentielles. Compte tenu des exigences techniques et des coûts des matériaux, le néodyme fer bore fritté, un type de matériau à aimant permanent de la métallurgie des poudres, est couramment utilisé. Les méthodes de protection de ces aimants comprennent l'ajout d'un boîtier de protection non magnétique à haute résistance à l'extérieur de l'aimant, bien ajusté sur celui-ci. Une autre méthode de protection consiste à utiliser des bandes en fibre de carbone pour fixer les aimants.