מרכיבי מפתח בפיתוח מוטורי במהירות גבוהה

עם התפתחות נמרצת של שוק רכב האנרגיה החדש הגלובלי, המהירות של נהיגה מנועים הראתה צמיחה מדהימה. החל מ- 18,000 סל'ד לפני מספר שנים ועד עולה על 20,000 סל'ד כיום, זה מייצג לא רק פריצת דרך מספרית אלא גם בדיקות קפדניות של טכנולוגיות תכנון וייצור מוטורי. מאמר זה דן בכמה היבטים של פיתוח מוטורי במהירות גבוהה.

01. בחירה של הרוטור מספר זוג מוט

במנועים במהירות גבוהה, אובדן ברזל הפך לגורם קריטי בלתי נמנע, במיוחד בטווחים במהירות גבוהה. יש קשר הדוק בין מספר הקטבים המוטוריים לאובדן ברזל מכיוון שככל שעולה מהירות המנוע, גם תדירות השינויים בשטף המגנטי בליבה עולה, מה שמוביל לעלייה משמעותית באובדן הברזל.

לדוגמה, במנוע הפועל ב 20,000 סל'ד, מנוע בן 6 מוט מגיע לתדר עבודה של 1000 הרץ, ואילו מנוע בן 8 קוטות מגדיל את זה ל 1333 הרץ. על פי נוסחת החישוב לאובדן ברזל שהוזכרו לעיל, העלייה בתדירות התפעול מביאה ישירות לאובדן ברזל מוגבר.

במגמה העיצובית של מנועים במהירות גבוהה, אנו יכולים לראות ירידה הדרגתית בשימוש בשילובי חריצי מוט 8/48 ועלייה בשימוש בשילובי חריץ מוט 6/54.

הסיבה לשינוי זה נעוצה בשיקולים האמורים של אובדן ברזל. כדי להפחית את אובדן הברזל במהלך פעולה במהירות גבוהה, מעצבים נוטים לבחור את שילוב חריצת המוט 6/54 כדי להשיג ביצועים אלקטרומגנטיים טובים יותר ויעילות גבוהה יותר.

02. בחירת מערכת הקירור

עבור מנועי מגנט קבועים במהירות גבוהה, הטמפרטורה משפיעה באופן משמעותי על ביצועיהם. מכיוון שנקודת ההפעלה של מגנטים קבועים נסחפים עם טמפרטורה, טמפרטורות גבוהות מדי עשויה אף להסתכן במדגנטיזציה של המגנטים. יתר על כן, צפיפות ההספק הגבוהה של מנועים חשמליים ברכבי אנרגיה חדשים מגבילה את שטח הפנים הקירור, מה שהופך את תכנון מערכת הקירור לחיוני להבטיח ביצועים מוטוריים יציבים.

כאשר שוקלים שיטות קירור, אני מציע להשתמש במערכת קירור שמן למנועים עם מהירויות העולות על 18,000 סל'ד. הסיבה לכך היא שבעיות החימום של הרוטור הופכות לבולטות במיוחד כאשר המהירויות עולות על 16,000 סל'ד. במנוע מקורר מים, הסטטור מקורר בעיקר, ואילו תחת מהירויות גבוהות, מפזר חום הרוטור ביעילות דרך קירור המים הופך למאתגר.

לגבי ניטור טמפרטורה, עיצובים מנועיים נוכחיים בדרך כלל מטמיעים חיישני טמפרטורה בתוך הסטטור. במנועים מקוררים במים, בגלל מבני תעלות זרימה יציבים, חלוקת הטמפרטורה של פיתולי סטטור אחידה יחסית ומבוקרת היטב. עם זאת, במנועים מקוררים בשמן, הגמישות העיצובית הגדולה יותר של תעלות זרימה גורמת להבדלי טמפרטורה בולטים יותר בין פיתולים בהשוואה למנועים מקוררים במים. לכן, בבחירת מיקום החיישן, חשוב לקחת בחשבון אזורים עם עליית טמפרטורה מתפתלת גבוהה יותר כדי למזער את הפרש הטמפרטורה בין הטמפרטורה המנוטרת לנקודת המתפתלת הגבוהה ביותר, מה שמשקף במדויק את המצב התרמי בפועל של המנוע.

03. אתגרים טכנולוגיים של מיסבים במהירות גבוהה

מערכת התמיכה ברוטור היא מרכיב ליבה בפיתוח מנועים במהירות גבוהה, כאשר בחירת הטכנולוגיה הנושאת היא קריטית במיוחד. נכון לעכשיו, בדרך כלל משתמשים במיסבי כדור חריץ עמוקים במסבי מנוע.

בסביבות מהירות, מסבי כדור מתמודדים עם אתגרים רציניים כמו התחממות יתר והסיכון לריצה. הסיבה לכך היא שככל שהמהירות גדלה, גם חיכוך וייצור חום בתוך המסבים גדלים בצורה חדה, מה שמוביל לירידה בביצועים הנושאים או אפילו לכישלון. לפיכך, שימון של מיסבים במהירות גבוהה הוא קריטי.

לאחר מהירויות המנוע עולות על 18,000 סל'ד, סיבה חשובה נוספת להמלצת קירור שמן נושאת שימון. במנועים מקוררים במים, בדרך כלל משמשים מסבי כדור סיכה עצמיים למסבים. עם זאת, במהלך פעולה במהירות גבוהה, מיסבים אלה עומדים בפני אתגרים כמו דליפת גריז והבדלי טמפרטורה גדולים בין טבעות פנימיות וחיצוניות.

לעומת זאת, מיסבי כדור פתוחים המשמשים במערכות קירור שמן יכולים לקרר ביעילות את הטבעות הפנימיות והחיצוניות של המסבים, להימנע מבעיות דליפת גריז ולקבל מקדם חיכוך מתגלגל נמוך יותר. עם זאת, יש להקדיש תשומת לב לעיצוב שבילי שמן שימון כדי להבטיח קירור נושאי נאות. בחור הכתף, המבנה הבולט מוטבע כדי להבטיח שמהירות זרימת השמן הקירור אחידה יחסית לפני ואחרי הכתף.