L'importanza della progettazione del rotore nei motori brushless ad alta velocità

Il rotore del motore brushless ad alta velocità funziona generalmente a velocità comprese tra 20.000 e 100.000 giri/min. Il design dei motori ad alta velocità differisce notevolmente da quello dei motori convenzionali a bassa velocità e bassa frequenza. Un'analisi dinamica del rotore e dei sistemi di cuscinetti è fondamentale per l'affidabilità operativa dei motori ad alta velocità.

Il design del rotore è fondamentale nella progettazione di motori brushless ad alta velocità, con considerazioni principali tra cui: la selezione del diametro e della lunghezza del rotore, la scelta dei materiali dei magneti permanenti e i metodi di protezione utilizzati (poiché i magneti permanenti non possono resistere alle immense forze centrifughe incontrate alle alte velocità e devono essere schermati con materiali ad alta resistenza). Ciò comporta l'analisi della resistenza e della rigidità del rotore e la progettazione dei cuscinetti (poiché i motori brushless ad alta velocità non possono utilizzare cuscinetti standard e devono invece utilizzare tipi senza contatto come cuscinetti pneumatici o magnetici).

Per i motori brushless ad alta velocità, la progettazione del rotore a magnete permanente deve considerare sia gli aspetti elettromagnetici che quelli meccanici. Ciò significa che il rotore a magnete permanente deve fornire un campo magnetico rotazionale sufficientemente forte per gli avvolgimenti dello statore, pur essendo in grado di resistere alle enormi forze centrifughe generate dalla rotazione ad alta velocità.

Ad alta velocità i motori brushless generalmente hanno meno poli, tipicamente utilizzando 2 o 4 poli. Un motore a 2 poli facilita l'uso di una struttura solida per i magneti permanenti per garantire la simmetria meccanica ed elettromagnetica. Inoltre, il campo magnetico del nucleo dello statore, la corrente e la frequenza dell'avvolgimento di un motore a 2 poli sono solo la metà di quello di un motore a 4 poli, il che aiuta a ridurre le perdite di ferro e rame nello statore del motore. Tuttavia, uno dei principali svantaggi dei motori a 2 poli è che gli avvolgimenti dello statore sono più lunghi e richiedono un'area del nucleo dello statore più ampia.

La scelta di i materiali a magnete permanente nei motori brushless ad alta velocità influenzano in modo significativo le dimensioni e le prestazioni del motore. Quando si selezionano i materiali dei magneti permanenti, le considerazioni includono:

1. Per migliorare la densità di potenza e l'efficienza del motore, è necessario selezionare materiali con elevata densità di flusso residuo, coercività e prodotto di energia magnetica.

2. La curva di smagnetizzazione del materiale del magnete permanente dovrebbe cambiare linearmente entro l'intervallo di temperatura operativa consentita. Per garantire che la temperatura operativa del rotore a magnete permanente non superi la temperatura di smagnetizzazione dei magneti, è necessario utilizzare materiali a magnete permanente resistenti alle alte temperature.

Date le immense forze centrifughe che i rotori a magneti permanenti dei motori brushless ad alta velocità devono sopportare, anche le proprietà meccaniche dei materiali dei magneti sono fondamentali. Considerando i requisiti tecnici e i costi dei materiali, viene comunemente utilizzato il neodimio ferro boro sinterizzato, un tipo di materiale a magnete permanente della metallurgia delle polveri. I metodi di protezione per questi magneti includono l'aggiunta di un involucro protettivo non magnetico ad alta resistenza all'esterno del magnete, fissato saldamente su di esso. Un altro metodo di protezione prevede l'utilizzo di fasce in fibra di carbonio per fissare i magneti.