Belangrijke elementen in de ontwikkeling van hoge snelheid

Met de krachtige ontwikkeling van de wereldwijde markt voor nieuwe energievoertuigen heeft de snelheid van drijvende motoren een verbazingwekkende groei laten zien. Van 18.000 tpm enkele jaren geleden tot een comfortabel meer dan 20.000 tpm vandaag, dit vertegenwoordigt niet alleen een numerieke doorbraak, maar ook rigoureuze tests van motorontwerp- en productietechnologieën. Dit artikel bespreekt verschillende aspecten van High-speed motorontwikkeling.

01. Selectie van Rotorpaalpaarnummer ​

In high-speed motoren is ijzerverlies een onvermijdelijke kritieke factor geworden, vooral bij hogesnelheidsbereiken. Er is een nauwe relatie tussen het aantal motorpalen en ijzerverlies omdat naarmate de motorsnelheid toeneemt, de frequentie van magnetische fluxveranderingen in de kern ook toeneemt, wat leidt tot een significante toename van het ijzerverlies.

In een motor die bij 20.000 tpm werkt, bereikt een 6-polige motor bijvoorbeeld een werkfrequentie van 1000 Hz, terwijl een 8-polige motor dit verhoogt tot 1333 Hz. Volgens de hierboven genoemde berekeningsformule voor ijzerverlies leidt de toename van de bedrijfsfrequentie direct tot verhoogd ijzerverlies.

In de ontwerptrend van high-speed motoren zien we een geleidelijke afname van het gebruik van 8/48 pool-slotcombinaties en een toename van het gebruik van 6/54 pool-slotcombinaties.

De reden voor deze verschuiving ligt in de bovengenoemde overwegingen van ijzerverlies. Om ijzerverlies te verminderen tijdens de hoge snelheid, hebben ontwerpers de neiging om de 6/54 pool-slotcombinatie te kiezen om betere elektromagnetische prestaties en hogere efficiëntie te bereiken.

02. Selectie van koelsysteem

Voor snelle permanente magneetmotoren beïnvloedt de temperatuur hun prestaties aanzienlijk. Omdat het werkpunt van permanente magneten met temperatuur afdrijft, kunnen overmatig hoge temperaturen zelfs de demagnetisatie van de magneten riskeren. Bovendien beperkt de hoge vermogensdichtheid van elektrische motoren in nieuwe energievoertuigen het koeloppervlak, waardoor het ontwerp van het koelsysteem cruciaal is om stabiele motorprestaties te waarborgen.

Bij het overwegen van koelmethoden, raad ik aan een oliekoelsysteem te gebruiken voor motoren met snelheden van meer dan 18.000 tpm. Dit komt omdat verwarmingsproblemen van de rotor bijzonder prominent worden wanneer snelheden meer dan 16.000 tpm overschrijden. In een watergekoelde motor wordt de stator voornamelijk afgekoeld, terwijl onder hoge snelheden rotorwarmte effectief door waterkoeling dissiperen, uitdagend wordt.

Wat de temperatuurbewaking betreft, sluiten de huidige motorontwerpen typisch temperatuursensoren in de stator in. In watergekoelde motoren, vanwege stabiele stroomkanaalstructuren, is de temperatuurverdeling van statorwikkelingen relatief uniform en goed gecontroleerd. In oliekoolde motoren resulteert echter de grotere ontwerpflexibiliteit van stroomkanalen in meer merkbare temperatuurverschillen tussen wikkelingen in vergelijking met watergekoelde motoren. Daarom is het bij het selecteren van de sensorlocatie cruciaal om te overwegen gebieden met hogere wikkelingstemperatuurstijgingen om het temperatuurverschil tussen de bewaakte temperatuur en het hoogste wikkelpunt te minimaliseren, nauwkeurig weerspiegelen van de werkelijke thermische toestand van de motor.

03. Technologische uitdagingen van high-speed lagers

Het rotor-ondersteuningssysteem is een kerncomponent bij de ontwikkeling van high-speed motoren, waarbij selectie van lagertechnologie bijzonder kritisch is. Momenteel worden diepe groove kogellagers vaak gebruikt in motorlagers.

In high-speed omgevingen worden kogellagers geconfronteerd met ernstige uitdagingen zoals oververhitting en het risico van hardlopen. Dit komt omdat naarmate de snelheid toeneemt, wrijving en warmteopwekking in de lagers ook sterk toenemen, wat leidt tot verminderde lagerprestaties of zelfs falen. Daarom is smering van hogesnelheidlagers cruciaal.

Nadat de motorsnelheden meer dan 18.000 tpm overschrijden, is een andere belangrijke reden voor het aanbevelen van oliekoeling met smering. In watergekoelde motoren worden zelf-bouwe lagers meestal gebruikt voor lagers. Tijdens de hoge snelheid worden deze lagers echter geconfronteerd met uitdagingen zoals vetlekkage en grote temperatuurverschillen tussen binnen- en buitenringen.

Open-type kogellagers die worden gebruikt in oliekoelsystemen kunnen daarentegen de binnen- en buitenringen van de lagers effectief afkoelen, problemen met vetlekkage vermijden en een lagere rollende wrijvingscoëfficiënt hebben. Er moet echter aandacht worden besteed aan het ontwerp van smeeroliepaden om voldoende lagerkoeling te garanderen. In het schoudergat is de uitstekende structuur ingebed om ervoor te zorgen dat de snelheid van de koelolie voor en na de schouder relatief uniform is.