החשיבות של עיצוב הרוטור במנועים ללא מברשות במהירות גבוהה

רוטור מנוע ללא מברשות במהירות גבוהה פועל בדרך כלל במהירויות הנעות בין 20,000 ל-100,000 סל'ד. העיצוב של מנועים מהירים שונה באופן משמעותי מזה של מנועים קונבנציונליים במהירות נמוכה ובתדר נמוך. ניתוח דינמי של מערכות הרוטור והמיסבים חיוני לאמינות התפעולית של מנועים מהירים.

עיצוב הרוטור הוא המפתח בתכנון מנוע ללא מברשות במהירות גבוהה, עם שיקולים עיקריים הכוללים: בחירת קוטר ואורך הרוטור, בחירת חומרי מגנט קבוע ושיטות הגנה המופעלות (מכיוון שהמגנטים הקבועים אינם יכולים לעמוד בכוחות הצנטריפוגליים העצומים המתרחשים במהירויות גבוהות וחייבים להיות מסוככים בחומרים בעלי חוזק גבוה). זה כרוך בניתוח חוזק וקשיחות הרוטור ועיצוב מיסבים (מכיוון שמנועים ללא מברשות במהירות גבוהה אינם יכולים להשתמש במיסבים סטנדרטיים ובמקום זאת חייבים להשתמש בסוגים ללא מגע כמו אוויר או מיסבים מגנטיים).

עבור מנועים ללא מברשות במהירות גבוהה, העיצוב של רוטור המגנט הקבוע חייב להתחשב בהיבטים אלקטרומגנטיים ומכאניים כאחד. המשמעות היא שרוטור המגנט הקבוע חייב לספק שדה מגנטי סיבובי חזק מספיק עבור פיתולי הסטטור, תוך שהוא מסוגל לעמוד בכוחות הצנטריפוגליים העצומים הנוצרים מסיבוב מהיר.

מהירות גבוהה למנועים ללא מברשות יש בדרך כלל פחות מוטות, בדרך כלל משתמשים ב-2 או 4 מוטות. מנוע דו-קוטבי מקל על השימוש במבנה מוצק עבור המגנטים הקבועים כדי להבטיח סימטריה מכנית ואלקטרומגנטית. יתר על כן, השדה המגנטי של ליבת הסטטור וזרם המתפתל והתדירות של מנוע 2 קוטבי הם רק חצי מזה של מנוע 4 קוטבי, מה שעוזר להפחית את הפסדי הברזל והנחושת בסטאטור המנוע. עם זאת, החיסרון העיקרי של מנועים דו-קוטביים הוא שפיתולי הסטטור ארוכים יותר ודורשים שטח ליבת סטטור גדול יותר.

הבחירה של חומרים מגנטים קבועים במנועים ללא מברשות במהירות גבוהה משפיעים באופן משמעותי על גודל המנוע וביצועיו. בעת בחירת חומרים למגנט קבוע, השיקולים כוללים:

1. כדי לשפר את צפיפות ההספק והיעילות של המנוע, יש לבחור חומרים בעלי צפיפות שטף שיורית גבוהה, כפייה ותוצר אנרגיה מגנטית.

2. עקומת הדה-מגנטיזציה של חומר המגנט הקבוע צריכה להשתנות ליניארית בטווח טמפרטורת הפעולה המותר. כדי להבטיח שטמפרטורת הפעולה של רוטור המגנט הקבוע לא תעלה על טמפרטורת הדה-מגנטיזציה של המגנטים, יש להשתמש בחומרי מגנט קבוע עמידים לטמפרטורה גבוהה.

בהתחשב בכוחות הצנטריפוגליים האדירים שרוטור מגנט קבוע של מנוע ללא מברשות במהירות גבוהה חייבים לעמוד בהם, התכונות המכניות של חומרי המגנט הן גם קריטיות. בהתחשב בדרישות הטכניות ועלויות החומר, נעשה שימוש נפוץ בבורון מברזל ניאודימיום מחוטא, סוג של חומר מגנט קבוע באבקת מתכות. שיטות ההגנה למגנטים אלו כוללות הוספת מעטפת מגן חזקה ואינה מגנטית מחוץ למגנט, המוצמדת היטב מעליו. שיטת הגנה נוספת כוללת שימוש ברצועות סיבי פחמן לאבטחת המגנטים.