Introduzione del rotore del motore ad alta velocità

UN Il rotore del motore ad alta velocità è una parte critica di un motore ad alta velocità, che in genere incarna un albero rotante. Funziona sfruttando l'energia elettrica generata dal motore per impartire un movimento di rotazione ai dispositivi meccanici. Una caratteristica distintiva dei rotori motori ad alta velocità è la loro alta velocità di rotazione, spesso superiori a 10.000 rivoluzioni al minuto (RPM).

Nella progettazione strutturale dei rotori motori ad alta velocità, è necessario tenere una considerazione significativa a fattori come la forza centrifuga e la forza di impatto che derivano da un funzionamento ad alta velocità. Ciò richiede l'ottimizzazione del leggero pesca assiale, delle prestazioni di bilanciamento dinamico e della resistenza all'usura. Esistono diversi tipi strutturali comuni di rotori motori ad alta velocità, tra cui tipo manicotto, tipo di disco, tipo di sospensione magnetica e tipo Coplanar. La scelta del tipo strutturale dovrebbe essere basata su esigenze pratiche.

I motori ad alta velocità, con dimensioni ridotte, alta densità di potenza, connessione diretta con carichi ad alta velocità, eliminazione dei tradizionali dispositivi meccanici di aumento della velocità, ridotto rumore del sistema e una migliore efficienza di trasmissione del sistema, hanno ampie prospettive di applicazione in vari campi di trasporto di gas di trasporto ad alta velocità, trasporto a gas di trasporto a livello naturale, a livello di trasporto di gas di trasporto ad alta velocità per la trasporto a gas. Sistemi utilizzati come attrezzature per l'aeromobile aeronautica o a bordo. Sono diventati uno degli hotspot di ricerca nel campo di ingegneria elettrica internazionale.

Le caratteristiche principali dei motori ad alta velocità includono un'elevata velocità del rotore, la corrente di avvolgimento dello statore elevato e la frequenza del flusso magnetico nel nucleo di ferro e la densità di potenza elevata e la densità di perdita. Queste caratteristiche richiedono tecnologie chiave e metodi di progettazione unici per i motori ad alta velocità, distinguendole dai motori a velocità convenzionale. I rotori del motore ad alta velocità ruotano in genere a velocità superiori a 10.000 giri / min. Durante la rotazione ad alta velocità, i rotori laminati convenzionali lottano per resistere a immense forze centrifughe, richiedendo l'adozione di speciali strutture rotorini laminate o solide ad alta resistenza. Per i motori a magneti permanenti, i problemi di resistenza al rotore sono ancora più importanti poiché i materiali a magneti permanenti sinterizzati non possono resistere alla sollecitazione di trazione generata dalla rotazione del rotore ad alta velocità, che richiede misure protettive per i magneti permanenti.

Inoltre, l'attrito ad alta velocità tra il rotore e il gap d'aria provoca perdite di attrito sulla superficie del rotore che sono molto maggiori di quelle nei motori a velocità convenzionale, ponendo sfide significative per il raffreddamento del rotore. Per garantire una resistenza al rotore sufficiente, i rotori del motore ad alta velocità sono spesso snelli, aumentando la probabilità di avvicinarsi alle velocità di rotazione critiche rispetto ai motori a velocità convenzionale. Per evitare di piegare la risonanza, è fondamentale prevedere accuratamente la velocità di rotazione critica del sistema del rotore.

Inoltre, i cuscinetti motori convenzionali non possono operare in modo affidabile ad alta velocità, richiedendo l'adozione di sistemi di cuscinetti ad alta velocità. La corrente alternata ad alta frequenza nell'avvolgimento e nel flusso magnetico nel nucleo di ferro statore dei motori ad alta velocità generano significative perdite aggiuntive ad alta frequenza nell'avvolgimento del motore, nel nucleo di ferro dello statore e nel rotore. L'effetto cutaneo e l'effetto di prossimità sulle perdite di avvolgimento possono di solito essere ignorati quando la frequenza di corrente dello statore è bassa, ma in situazioni ad alta frequenza, l'avvolgimento dello statore mostra un effetto cutaneo significativo e l'effetto di prossimità, aumentando le perdite aggiuntive di avvolgimento.

L'elevata frequenza di flusso magnetico nel nucleo di ferro dello statore dei motori ad alta velocità non può trascurare l'influenza dell'effetto cutaneo e i metodi di calcolo convenzionali possono portare a errori significativi. Per calcolare accuratamente la perdita del nucleo di ferro dello statore dei motori ad alta velocità, è necessario esplorare i modelli di calcolo della perdita di ferro in condizioni ad alta frequenza. Le armoniche spaziali causate dalla fessura dello statore e dalla distribuzione dell'avvolgimento non-sinusoidale, nonché le armoniche di tempo corrente generate dall'alimentazione PWM, producono tutte significative perdite di corrente vorticosa nel rotore. Il piccolo volume del rotore e le cattive condizioni di raffreddamento rappresentano grandi difficoltà per il raffreddamento del rotore. Pertanto, il calcolo accurato delle perdite di corrente parassita del rotore e l'esplorazione di misure efficaci per ridurle sono cruciali per il funzionamento affidabile dei motori ad alta velocità.

Inoltre, le tensioni o le correnti ad alta frequenza pongono sfide alla progettazione del controller di motori ad alta velocità ad alta velocità. I motori ad alta velocità sono molto più piccoli dei motori convenzionali di potenza equivalente, con alta densità di potenza e densità di perdita, nonché un raffreddamento difficile. Senza misure di raffreddamento speciali, la temperatura del motore può aumentare eccessivamente, accorciando la vita tortuosa. Soprattutto per i motori a magneti permanenti, l'eccessiva temperatura del rotore può portare a una demagnetizzazione irreversibile di magneti permanenti.

I motori ad alta velocità si riferiscono generalmente a motori con velocità di rotazione superiori a 10.000 giri / min o valori di difficoltà (il prodotto della velocità di rotazione e la radice quadrata di potenza) superiore a 1 × 10^5. Tra i vari tipi di motori attualmente disponibili, quelli che raggiungono con successo le alte velocità includono principalmente motori a induzione, motori a magneti permanenti interni, motori a riluttanza commutati e alcuni motori a magneti permanenti esterni e motori a palo di artigli. Le strutture del rotore dei motori a induzione ad alta velocità sono relativamente semplici, con bassa inerzia rotazionale e la capacità di operare per periodi prolungati a condizioni di alta temperatura e ad alta velocità, rendendoli ampiamente utilizzati in applicazioni ad alta velocità.

In sintesi, i rotori dei motori ad alta velocità sono componenti chiave che consentono il funzionamento ad alta velocità dei motori, caratterizzati dalle loro alte velocità di rotazione, progetti strutturali speciali e sfide nei sistemi di raffreddamento e cuscinetti. Con i progressi tecnologici e gli aggiornamenti industriali, i motori ad alta velocità vengono sempre più applicati in campi come veicoli elettrici, aerospaziale, robot industriali e energia pulita, guidando lo sviluppo di materiali e tecnologie ad alte prestazioni. L'uso diffuso di rotori in fibra di carbonio, ad esempio, migliora significativamente l'efficienza motoria e la durata, segnando una nuova era di tecnologia motoria ad alta velocità.