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. התכנון של מנועים במהירות גבוהה שונה באופן משמעותי מזה של מנועים קונבנציונליים במהירות נמוכה בתדר נמוך. ניתוח דינאמי של מערכות הרוטור והנושא הוא קריטי לאמינות התפעולית של מנועים במהירות גבוהה.

תכנון הרוטור הוא המפתח בעיצוב מנוע ללא מברשות במהירות גבוהה, עם שיקולים עיקריים הכוללים: בחירת קוטר הרוטור ואורך, בחירת חומרי מגנט קבועים ושיטות הגנה המופעלות (מכיוון שהמגנטים הקבועים אינם יכולים לעמוד בכוחות הצנטריפוגלים העצומים שנתקלו במהירויות גבוהות ויש למנוע אותם עם חומרים בעלי חוזק גבוה). זה כרוך בניתוח של חוזק הרוטור והקשיחות ועיצוב המסבים (מכיוון שמנועים ללא מברשות במהירות גבוהה אינם יכולים להשתמש במיסבים סטנדרטיים ועליהם במקום זאת להשתמש בסוגים שאינם מגעים כמו אוויר או מיסבים מגנטיים).

עבור מנועים ללא מברשות במהירות גבוהה, תכנון רוטור המגנט הקבוע חייב לשקול היבטים אלקטרומגנטיים וגם מכניים. המשמעות היא שרוטור המגנט הקבוע חייב לספק שדה מגנטי סיבוב חזק מספיק עבור פיתולי הסטטור, ובמקביל להיות מסוגל לעמוד בכוחות הצנטריפוגלים העצומים הנוצרים על ידי סיבוב במהירות גבוהה.

מהירות גבוהה בדרך כלל מנועים ללא מברשות יש פחות פולנים, בדרך כלל באמצעות 2 או 4 קטבים. מנוע דו-קיר מאפשר את השימוש במבנה מוצק למגנטים הקבועים כדי להבטיח סימטריה מכנית ואלקטרומגנטית. יתר על כן, השדה המגנטי של ליבת הסטטור והזרם המתפתל והתדירות של מנוע דו-קוטבי הם רק מחצית מזה של מנוע 4 מוט, המסייע בהפחתת הפסדי הברזל והנחושת בסטטור המנוע. עם זאת, החיסרון העיקרי של מנועי דו-קיר הוא כי פיתולי הסטטור ארוכים יותר ודורשים אזור ליבה סטטור גדול יותר.

הבחירה של חומרי מגנט קבועים במנועים ללא מברשות במהירות גבוהה משפיעים באופן משמעותי על גודל המנוע וביצועיו. בבחירת חומרי מגנט קבועים, השיקולים כוללים:

1. כדי לשפר את צפיפות הכוח ויעילותו של המנוע, יש לבחור חומרים עם צפיפות שטף גבוהה, כפיות ומוצר אנרגיה מגנטית.

2. עקומת הדמגנטיזציה של חומר המגנט הקבוע צריכה להשתנות באופן לינארי בטווח טמפרטורת ההפעלה המותר. כדי להבטיח שטמפרטורת ההפעלה של רוטור המגנט הקבוע אינו עולה על טמפרטורת הדמגנטציה של המגנטים, יש להשתמש בחומרי מגנט קבועים עמידים לטמפרטורה גבוהה.

בהתחשב בכוחות הצנטריפוגלים העצומים, שעליהם לעמוד גם ברוטורי המגנט הקבועים של מנוע מהיר ללא מברשת, התכונות המכניות של חומרי המגנט הם קריטיים. בהתחשב בדרישות הטכניות ועלויות החומר, משתמשים בדרך כלל בבורון ברזל סינודימיום ברזל, סוג של חומר מגנט קבוע של מתכות אבקה. שיטות ההגנה למגנטים אלה כוללות הוספת מעטפת מגן בעלת חוזק גבוה ולא מגנטי מחוץ למגנט, המותאמת בחוזקה עליו. שיטת הגנה נוספת כוללת שימוש בביצוע סיבי פחמן כדי לאבטח את המגנטים.