Ključni elementi u razvoju motora velikih brzina

Sa snažnim razvojem globalnog tržišta novih energetskih vozila, brzina pogonskih motora pokazala je zapanjujući rast. Od 18.000 okretaja u minuti prije nekoliko godina do udobno prekoračenih 20.000 okretaja u minuti danas, ovo ne predstavlja samo brojčani proboj, već i rigorozne testove dizajna motora i proizvodnih tehnologija. Ovaj članak govori o nekoliko aspekata razvoj motorike velike brzine.

 

01. Odabir od rotora Broj para polova

U motorima velikih brzina gubitak željeza je postao neizbježan kritičan čimbenik, posebno u područjima velikih brzina. Postoji tijesan odnos između broja polova motora i gubitka željeza jer kako se brzina motora povećava, učestalost promjena magnetskog toka u jezgri također raste, što dovodi do značajnog povećanja gubitka željeza.

Na primjer, u motoru koji radi na 20 000 o/min, 6-polni motor postiže radnu frekvenciju od 1000 Hz, dok 8-polni motor to povećava na 1333 Hz. Prema gore navedenoj formuli za izračun gubitka željeza, povećanje radne frekvencije izravno dovodi do povećanog gubitka željeza.

U trendu dizajna motora velike brzine možemo vidjeti postupno smanjenje upotrebe kombinacija 8/48 polova i utora i povećanje upotrebe kombinacija 6/54 polova i utora.

Razlog za ovaj pomak leži u prethodno navedenim razmatranjima gubitka željeza. Kako bi se smanjio gubitak željeza tijekom rada pri velikim brzinama, dizajneri imaju tendenciju odabrati kombinaciju polova i utora 6/54 kako bi se postigla bolja elektromagnetska izvedba i veća učinkovitost.

02. Odabir rashladnog sustava

Za motore s trajnim magnetima velike brzine, temperatura značajno utječe na njihovu izvedbu. Budući da se radna točka trajnih magneta mijenja s temperaturom, pretjerano visoke temperature mogu čak dovesti do rizika demagnetizacije magneta. Štoviše, velika gustoća snage elektromotora u novim energetskim vozilima ograničava površinu rashladne površine, zbog čega je dizajn rashladnog sustava ključan za osiguranje stabilnih performansi motora.

Kada razmatramo metode hlađenja, predlažem korištenje sustava za hlađenje uljem za motore s brzinama većim od 18 000 o/min. To je zato što problemi s zagrijavanjem rotora postaju posebno izraženi kada brzine prelaze 16 000 o/min. U motoru s vodenim hlađenjem stator se primarno hladi, dok pri velikim brzinama učinkovito odvođenje topline rotora vodenim hlađenjem postaje izazovno.

Što se tiče nadzora temperature, trenutni dizajni motora obično ugrađuju senzore temperature unutar statora. U vodom hlađenim motorima, zbog stabilnih struktura kanala protoka, raspodjela temperature namota statora je relativno jednolika i dobro kontrolirana. Međutim, u motorima hlađenim uljem, veća fleksibilnost dizajna kanala protoka rezultira uočljivijim temperaturnim razlikama između namota u usporedbi s motorima hlađenim vodom. Stoga je pri odabiru lokacije senzora ključno uzeti u obzir područja s većim porastom temperature namota kako bi se smanjila temperaturna razlika između nadzirane temperature i najviše točke namota, točno odražavajući stvarno toplinsko stanje motora.

03. Tehnološki izazovi ležajeva velikih brzina

Sustav potpore rotora ključna je komponenta u razvoju motora velike brzine, pri čemu je odabir tehnologije ležaja posebno kritičan. Trenutno se kuglični ležajevi s dubokim utorima obično koriste u ležajevima motora.

U okruženjima velikih brzina, kuglični ležajevi suočavaju se s ozbiljnim izazovima kao što su pregrijavanje i rizik od trčanja. To je zato što se s povećanjem brzine trenje i stvaranje topline unutar ležajeva također naglo povećavaju, što dovodi do smanjene učinkovitosti ležaja ili čak kvara. Stoga je podmazivanje ležajeva za velike brzine ključno.

Nakon što brzina motora prijeđe 18.000 o/min, još jedan važan razlog za preporuku hlađenja uljem je podmazivanje ležajeva. U motorima s vodenim hlađenjem, samopodmazujući kuglični ležajevi obično se koriste za ležajeve. Međutim, tijekom rada pri velikim brzinama, ti se ležajevi suočavaju s izazovima kao što su curenje masti i velike temperaturne razlike između unutarnjih i vanjskih prstenova.

Nasuprot tome, kuglični ležajevi otvorenog tipa koji se koriste u sustavima za hlađenje ulja mogu učinkovito hladiti unutarnje i vanjske prstenove ležajeva, izbjegavajući probleme s curenjem masti i imaju niži koeficijent trenja kotrljanja. Međutim, pozornost se mora obratiti na dizajn puteva ulja za podmazivanje kako bi se osiguralo odgovarajuće hlađenje ležaja. Izbočena struktura je ugrađena u rupu ramena kako bi se osiguralo da je brzina protoka ulja za hlađenje relativno jednolika prije i iza ramena.