高速モーター開発の重要な要素

世界の新エネルギー車市場の活発な発展に伴い、駆動モーターの速度は驚くべき成長を示しています。数年前の 18,000 rpm から、今日では 20,000 rpm をゆうに超えるまで、これは数値上の画期的な進歩を意味するだけでなく、モーターの設計と製造技術の厳格なテストを意味します。この記事では、次のいくつかの側面について説明します。 高速モーター開発.

 

01. の選択 ローター ポールペア番号

高速モーターでは、特に高速域において鉄損が避けられない重要な要素となっています。モーターの極数と鉄損の間には密接な関係があります。これは、モーターの速度が増加すると、コア内の磁束変化の周波数も増加し、鉄損が大幅に増加するためです。

たとえば、20,000 rpm で動作するモーターでは、6 極モーターの動作周波数は 1000 Hz に達しますが、8 極モーターではこれが 1333 Hz に増加します。前述の鉄損の計算式によれば、動作周波数の上昇は鉄損の増加に直結します。

高速モーターの設計トレンドでは、8/48 極とスロットの組み合わせの使用が徐々に減少し、6/54 極とスロットの組み合わせの使用が増加していることがわかります。

この変化の理由は、前述の鉄損の考慮にあります。高速動作時の鉄損を低減するために、設計者は 6/54 極とスロットの組み合わせを選択して、より優れた電磁性能とより高い効率を実現する傾向があります。

02. 冷却システムの選択

高速永久磁石モーターの場合、温度はその性能に大きく影響します。永久磁石の動作点は温度によって変動するため、温度が高すぎると磁石が減磁する危険性さえあります。さらに、新エネルギー車の電気モーターは出力密度が高いため、冷却表面積が制限されるため、モーターの安定した性能を確保するには冷却システムの設計が重要になります。

冷却方法を検討する場合、18,000rpmを超える回転数のモーターには油冷システムを使用することをお勧めします。これは、回転数が 16,000 rpm を超えると、ローターの発熱の問題が特に顕著になるためです。水冷モーターでは主にステーターが冷却されますが、高速下では水冷によってローターの熱を効果的に放散することが困難になります。

温度監視に関しては、現在のモーター設計では通常、ステーター内部に温度センサーが埋​​め込まれています。水冷モーターでは、安定した流路構造により、固定子巻線の温度分布は比較的均一で、適切に制御されます。ただし、油冷モータでは流路設計の自由度が高いため、水冷モータに比べて巻線間の温度差が顕著になります。したがって、センサーの位置を選択するときは、巻線温度の上昇がより高い領域を考慮して、監視温度と巻線の最高点との温度差を最小限に抑え、モーターの実際の熱状態を正確に反映することが重要です。

03. 高速軸受の技術的挑戦

ローターサポートシステムは高速モーター開発の中核コンポーネントであり、ベアリング技術の選択は特に重要です。現在、モーターの軸受には深溝玉軸受が一般的に使用されています。

高速環境では、ボールベアリングは過熱や走行の危険などの深刻な課題に直面します。これは、速度が増加すると、ベアリング内部の摩擦と発熱も急激に増加し、ベアリングの性能が低下したり、場合によっては故障につながるためです。したがって、高速ベアリングの潤滑は非常に重要です。

モーター速度が 18,000 rpm を超えると、オイル冷却を推奨するもう 1 つの重要な理由は、ベアリングの潤滑です。水冷モータの軸受には、一般的に自己潤滑性のボールベアリングが使用されます。しかし、これらの軸受は高速運転中、グリースの漏れや内輪と外輪間の大きな温度差などの課題に直面します。

対照的に、油冷却システムに使用されるオープンタイプのボールベアリングは、ベアリングの内輪と外輪を効果的に冷却できるため、グリース漏れの問題が回避され、転がり摩擦係数が低くなります。ただし、適切な軸受冷却を確保するには、潤滑油経路の設計に注意を払う必要があります。ショルダー穴には突起構造が埋め込まれており、ショルダーの前後で冷却油の流速が比較的均一になります。