Het belang van rotorontwerp in snelle borstelloze motoren

De snelle borstelloze motorrotor werkt doorgaans met snelheden variërend van 20.000 tot 100.000 tpm. Het ontwerp van hogesnelheidsmotoren verschilt aanzienlijk van dat van conventionele lagesnelheidsmotoren met lage frequentie. Een dynamische analyse van de rotor- en lagersystemen is cruciaal voor de operationele betrouwbaarheid van hogesnelheidsmotoren.

Het ontwerp van de rotor is van cruciaal belang bij het ontwerpen van borstelloze hogesnelheidsmotoren, met als belangrijkste overwegingen: de keuze van de rotordiameter en -lengte, de keuze van permanente magneetmaterialen en de gebruikte beschermingsmethoden (aangezien de permanente magneten niet bestand zijn tegen de immense centrifugaalkrachten die optreden bij hoge snelheden en moeten worden afgeschermd met materialen met een hoge sterkte). Dit omvat een analyse van de sterkte en stijfheid van de rotor en het ontwerp van lagers (aangezien snelle borstelloze motoren geen standaardlagers kunnen gebruiken en in plaats daarvan contactloze typen zoals lucht- of magnetische lagers moeten gebruiken).

Voor borstelloze hogesnelheidsmotoren moet bij het ontwerp van de permanentmagneetrotor rekening worden gehouden met zowel elektromagnetische als mechanische aspecten. Dit betekent dat de permanentmagneetrotor een voldoende sterk magnetisch rotatieveld voor de statorwikkelingen moet leveren, terwijl hij ook in staat moet zijn de enorme centrifugaalkrachten te weerstaan ​​die worden gegenereerd door rotatie op hoge snelheid.

Hoge snelheid borstelloze motoren hebben over het algemeen minder polen, meestal met 2 of 4 polen. Een 2-polige motor vergemakkelijkt het gebruik van een solide structuur voor de permanente magneten om mechanische en elektromagnetische symmetrie te garanderen. Bovendien zijn het magnetische veld van de statorkern en de wikkelstroom en -frequentie van een 2-polige motor slechts de helft van die van een 4-polige motor, wat de ijzer- en koperverliezen in de motorstator helpt verminderen. Een groot nadeel van 2-polige motoren is echter dat de statorwikkelingen langer zijn en een groter statorkernoppervlak vereisen.

De keuze van Permanente magneetmaterialen in borstelloze hogesnelheidsmotoren hebben een aanzienlijke invloed op de grootte en prestaties van de motor. Bij het selecteren van permanente magneetmaterialen moeten de volgende overwegingen worden overwogen:

1. Om de vermogensdichtheid en efficiëntie van de motor te verbeteren, moeten materialen met een hoge restfluxdichtheid, coërciviteit en magnetisch energieproduct worden geselecteerd.

2. De demagnetisatiecurve van het permanente magneetmateriaal moet lineair veranderen binnen het toegestane bedrijfstemperatuurbereik. Om ervoor te zorgen dat de bedrijfstemperatuur van de permanente magneetrotor de demagnetisatietemperatuur van de magneten niet overschrijdt, moeten tegen hoge temperaturen bestendige permanente magneetmaterialen worden gebruikt.

Gezien de immense centrifugale krachten die permanente magneetrotoren met borstelloze motoren moeten weerstaan, zijn de mechanische eigenschappen van de magneetmaterialen ook van cruciaal belang. Gezien de technische vereisten en materiaalkosten wordt vaak gesinterd neodymium-ijzerborium, een soort permanent magneetmateriaal in de poedermetallurgie, gebruikt. Beschermingsmethoden voor deze magneten omvatten het toevoegen van een zeer sterke, niet-magnetische beschermende behuizing buiten de magneet, die er strak overheen wordt aangebracht. Een andere beschermingsmethode is het gebruik van koolstofvezelbanden om de magneten vast te zetten.