고속 모터 로터는 작은 크기, 높은 출력 밀도, 고속 부하와의 직접 연결, 전통적인 기계적 가속 장치 제거, 시스템 소음 감소 및 시스템 전송 효율 향상 등의 특성을 가지고 있습니다. 고속 연삭기, 공기 순환 냉동 시스템, 에너지 저장 플라이휠, 연료 전지, 천연 가스 전송용 고속 원심 압축기 및 항공기 또는 선박용 전원 공급 장치인 분산 발전 시스템 분야에서 광범위한 응용 전망을 갖고 있으며 국제 전기 분야의 연구 핫스팟 중 하나가 되었습니다.
고속 모터의 주요 특징은 높은 회전자 속도, 높은 고정자 권선 전류 및 코어의 자속 주파수, 높은 전력 밀도 및 손실 밀도입니다. 이러한 특성은 고속 모터의 핵심 기술과 설계 방법이 정속 모터의 핵심 기술과 다르다는 것을 결정합니다.
고속 모터의 회전자 속도는 일반적으로 10,000r/min보다 높습니다. 고속 회전 시 기존의 적층 로터는 엄청난 원심력을 견딜 수 없으므로 특수한 고강도 적층 또는 솔리드 로터 구조를 사용해야 합니다. 영구자석 전동기의 경우, 영구자석 소결재료는 회전자의 고속회전에 의해 발생하는 인장응력을 견딜 수 없기 때문에 회전자 강도의 문제가 더욱 두드러지고, 영구자석에 대한 보호조치를 취해야 한다. 로터와 에어 갭 사이의 고속 마찰은 정속 모터보다 로터 표면에서 훨씬 더 큰 마찰 손실을 유발하여 로터 열 방출에 큰 어려움을 초래합니다. 회전자의 충분한 강도를 보장하기 위해 고속 모터의 회전자는 대부분 가늘기 때문에 정속 모터에 비해 회전자 시스템이 고속 모터의 임계 속도에 접근할 가능성이 크게 높아집니다. 일반 모터 베어링은 고속에서 안정적으로 작동할 수 없으므로 고속 베어링 시스템을 사용해야 합니다.
고속 모터 코어의 권선 전류 및 자속의 높은 교류 주파수는 모터 권선, 고정자 코어 및 회전자에 큰 고주파 추가 손실을 발생시킵니다. 고정자 전류 주파수가 낮을 때 권선 손실에 대한 표피 효과 및 근접 효과의 영향은 무시할 수 있지만 고주파에서는 고정자 권선이 명백한 표피 효과 및 근접 효과를 생성하고 권선의 추가 손실을 증가시킵니다. 고속 모터의 고정자 코어의 자속 주파수는 높고 표피 효과의 영향을 무시할 수 없으며 기존 계산 방법에는 큰 오류가 발생합니다. 고속 전동기의 고정자 철손을 정확하게 계산하기 위해서는 고주파수 조건에서의 철손 계산 모델에 대한 탐색이 필요합니다. 고정자 슬롯과 권선의 비정현 분포로 인해 발생하는 공간 고조파와 PWM 전원 공급 장치에서 생성된 전류 및 시간 고조파는 회전자에 큰 와전류 손실을 발생시킵니다. 로터의 크기가 작고 냉각 조건이 좋지 않아 로터의 열 방출에 큰 어려움을 겪습니다. 따라서 회전자 와전류 손실의 정확한 계산과 회전자 와전류 손실을 줄이기 위한 효과적인 방안의 모색이 논의될 것이다. 고속 모터의 안정적인 작동은 매우 중요합니다. 동시에 고주파 전압이나 전류는 고전력 고속 모터의 컨트롤러 설계에 어려움을 가져옵니다.
고속 모터의 부피는 동일한 전력의 정속 모터보다 훨씬 작으며 전력 밀도 및 손실 밀도가 클 뿐만 아니라 열 방출도 어렵습니다. 특수한 방열 조치를 사용하지 않으면 모터의 온도 상승이 너무 높아 권선의 수명이 단축됩니다. 특히 영구 자석 모터의 경우 회전자 온도 상승이 너무 높으면 영구 자석이 되돌릴 수 없는 감자가 되기 쉽습니다. 잘 설계된 냉각 시스템은 고정 로터의 온도 상승을 효과적으로 줄일 수 있으며, 이는 고출력 고속 모터의 장기적 안정적인 작동의 핵심입니다.
요약하자면, 로터 강도, 로터 시스템 동역학, 전자기 설계, 냉각 시스템 설계 및 온도 상승 계산, 고속 베어링 및 컨트롤러 개발에는 기존 모터에서는 사용할 수 없는 많은 특별한 핵심 문제가 있습니다. 따라서 고속 모터의 설계는 전자기장, 회전자 강도, 회전자 역학, 유체장 및 온도장과 같은 물리적 장을 여러 번 반복하는 포괄적인 설계 프로세스입니다. 현재 고속 분야에 사용되는 모터의 주요 유형은 유도 모터, 영구 자석 모터, 스위치드 릴럭턴스 모터 및 클로 폴 모터이며 각 모터 유형은 서로 다른 토폴로지를 가지고 있습니다.
본 논문에서는 국내외 다양한 종류의 고속모터의 개발 현황을 분석하고, 다양한 종류의 고속모터의 한계지수를 요약한다. 고정자 설계, 회전자 구조 설계, 회전자 시스템 동역학 해석, 베어링 선정 및 냉각 시스템 설계 등 고속 전동기의 구조 및 설계 특성을 상세히 분석한다. 마지막으로 고속 전동기 개발이 직면한 주요 문제점을 분석하고, 고속 전동기의 발전 동향 및 전망을 전망한다.
