א רוטור מנוע מהיר הוא חלק קריטי במנוע במהירות גבוהה, המגלם בדרך כלל פיר מסתובב. היא פועלת על ידי רתימת הכוח החשמלי הנוצר על ידי המנוע להקניית תנועה סיבובית למכשירים מכניים. מאפיין מכונן של רוטורי מנוע במהירות גבוהה הוא מהירות הסיבוב הגבוהה שלהם, ולעתים קרובות עולה על 10,000 מהפכות לדקה (סל'ד).
בתכנון מבני של רוטורים מוטוריים במהירות גבוהה, יש לקחת בחשבון משמעותי לגורמים כמו כוח צנטריפוגלי וכוח השפעה הנובעים מפעולה מהירה. זה מחייב אופטימיזציה של משקל קל צירי, ביצועי איזון דינאמי והתנגדות ללבוש. קיימים מספר סוגים מבניים נפוצים של רוטורים מוטוריים במהירות גבוהה, כולל סוג שרוול, סוג דיסק, סוג מתלים מגנטי וסוג קופלנרי. הבחירה בסוג המבני צריכה להיות מבוססת על צרכים מעשיים.
מנועים במהירות גבוהה, הכוללים גודל קטן, צפיפות הספק גבוהה, חיבור ישיר עם עומסים במהירות גבוהה, חיסול מכשירים הגדלת מהירות מכנית מסורתית, הפחתת רעשי מערכת ושיפור יעילות העברת המערכת, יש סיכויי יישום רחבים בתחומים שונים של שדות שונים, כגון מכונות טחנות גבוהות, מערכות חניכה של חניון נטורן, מערכות חניון נטורן, עבור מעצבי דלקת, מקרקעין נטורן. משמש כציוד אספקת חשמל של מטוסים או ספינות. הם הפכו לאחד מנקודות החמות המחקרות בתחום הנדסת החשמל הבינלאומית.
המאפיינים העיקריים של מנועים במהירות גבוהה כוללים מהירות רוטור גבוהה, זרם מפותל סטטור גבוה ותדר שטף מגנטי בליבת הברזל, וצפיפות כוח גבוהה וצפיפות אובדן. מאפיינים אלה מחייבים טכנולוגיות מפתח ושיטות תכנון ייחודיות למנועים במהירות גבוהה, ומבדילים אותם ממנועים במהירות קונבנציונאלית. רוטורי מנוע במהירות גבוהה מסתובבים בדרך כלל במהירויות מעל 10,000 סל'ד. במהלך סיבוב מהיר, רוטורים למינציה קונבנציונליים נאבקים לעמוד בכוחות צנטריפוגלים עצומים, המחייבים אימוץ מבני רוטור למינציה או מוצקה מיוחדת. עבור מנועי מגנט קבועים, בעיות חוזק הרוטור בולטות עוד יותר מכיוון שחומרי מגנט קבועים סינון אינם יכולים לעמוד בלחץ מתיחה הנוצר על ידי סיבוב רוטור במהירות גבוהה, מה המחייב אמצעי הגנה למגנטים הקבועים.
יתר על כן, החיכוך המהיר בין הרוטור לפער האוויר מביא להפסדי חיכוך על פני הרוטור שהם גדולים בהרבה מאלו במנועים במהירות קונבנציונאלית, מהווים אתגרים משמעותיים לקירור הרוטור. כדי להבטיח חוזק רוטור מספיק, רוטורי מנוע במהירות גבוהה לרוב דקים, מה שמגדיל את הסבירות להתקרב למהירויות סיבוב קריטיות בהשוואה למנועים במהירות קונבנציונאלית. כדי למנוע תהודה כיפוף, חשוב לחזות במדויק את מהירות הסיבוב הקריטית של מערכת הרוטור.
בנוסף, מיסבי מנוע קונבנציונליים אינם יכולים לפעול באופן אמין במהירויות גבוהות, מה המחייב אימוץ מערכות מיסב במהירות גבוהה. הזרם המתחלף בתדר גבוה בתפתלה והשטף המגנטי בליבת הברזל הסטטורית של מנועים במהירות גבוהה מייצרים הפסדים משמעותיים נוספים בתדר גבוה במנוע המתפתל, ליבת הברזל הסטטורית ורוטור. בדרך כלל ניתן להתעלם מהשפעת העור והקרבה על הפסדי פיתול כאשר התדר של זרם הסטטור נמוך, אך במצבים בתדירות גבוהה, פיתול הסטטור מציג השפעה משמעותית של עור ואפקט הקרבה, מה שמגדיל את ההפסדים הנוספים.
תדר השטף המגנטי הגבוה בליבת הברזל הסטטורית של מנועים במהירות גבוהה אינו יכול להזניח את השפעת אפקט העור, ושיטות חישוב קונבנציונאליות יכולות להוביל לטעויות משמעותיות. כדי לחשב במדויק את אובדן ליבת הברזל של מנועים במהירות גבוהה, יש לחקור מודלים לחישוב אובדן ברזל בתנאים בתדר גבוה. הרמוניות מרחביות הנגרמות על ידי חריץ סטטור והתפלגות מתפתלת לא סינוסואידית, כמו גם הרמוניות בזמן הנוכחי שנוצרו על ידי אספקת חשמל של PWM, כולם מייצרים הפסדים זרם משמעותי ברוטור. נפח הרוטור הקטן ותנאי הקירור הגרועים מהווים קשיים גדולים לקירור הרוטור. לפיכך, חישוב מדויק של הפסדי זרם רוטור רוטור וחקר אמצעים אפקטיביים להפחתתם הם מכריעים להפעלה אמינה של מנועים במהירות גבוהה.
יתר על כן, מתחי או זרמים בתדירות גבוהה מציבים אתגרים לתכנון הבקר של מנועים במהירות גבוהה. מנועים במהירות גבוהה קטנים בהרבה ממנועים במהירות קונבנציונאלית של כוח שווה ערך, הכוללים צפיפות כוח גבוהה וצפיפות אובדן, כמו גם קירור קשה. ללא אמצעי קירור מיוחדים, הטמפרטורה המוטורית יכולה לעלות בצורה מוגזמת, ולקצר את החיים המתפתלים. במיוחד עבור מנועי מגנט קבועים, טמפרטורת הרוטור המופרזת יכולה להוביל לדמגנטיזציה בלתי הפיכה של מגנטים קבועים.
מנועים במהירות גבוהה מתייחסים בדרך כלל למנועים עם מהירויות סיבוב העולות על 10,000 סל'ד או ערכי קושי (תוצר של מהירות סיבוב ושורש הכוח המרובע) העולה על 1 × 10^5. בין סוגי המנועים השונים הקיימים כיום, אלה שמשיגים בהצלחה מהירויות גבוהות כוללים בעיקר מנועי אינדוקציה, מנועי מגנט קבועים פנים, מנועי חוסר רצון מנותקים, וכמה מנועי מגנט קבועים חיצוניים ומנועי מוט טופר. מבני הרוטור של מנועי אינדוקציה במהירות גבוהה הם פשוטים יחסית, עם אינרציה סיבובית נמוכה ויכולת לפעול לתקופות ממושכות בתנאים גבוהים ותנאים במהירות גבוהה, מה שהופך אותם לשימוש נרחב ביישומים במהירות גבוהה.
לסיכום, רוטורים מוטוריים במהירות גבוהה הם רכיבים מרכזיים המאפשרים פעולה במהירות גבוהה של מנועים, המאופיינת במהירויות הסיבוב הגבוהות שלהם, עיצובים מבניים מיוחדים ואתגרים במערכות קירור ונושאות. עם התקדמות טכנולוגית ושדרוגים תעשייתיים, מנועים במהירות גבוהה מיושמים יותר ויותר בתחומים כמו כלי רכב חשמליים, תעופה וחלל, רובוטים תעשייתיים ואנרגיה נקייה, מה שמניע פיתוח חומרים וטכנולוגיות בעלות ביצועים גבוהים. השימוש הנרחב ברוטורים של סיבי פחמן, למשל, משפר משמעותית את היעילות והעמידות המוטורית, ומסמן עידן חדש של טכנולוגיה מוטורית במהירות גבוהה.
