Høyhastighets motorrotorstruktur og designegenskaper (statordesign, forskjellige typer rotorstrukturdesign)

Høyhastighets motorrotor har egenskapene til liten størrelse, høy effekttetthet, direkte forbindelse med høyhastighetsbelastning, eliminerer den tradisjonelle mekaniske akselerasjonsanordningen, reduserer systemstøy og forbedrer systemets overføringseffektivitet, etc. Den har brede bruksutsikter innen høyhastighetsslipemaskiner, luftsirkulasjonskjølesystemer, energilagringssvinghjul, gassgenerering av høyhastighets brenselceller og distribuerte gass-kompressorsystemer, sentrifugale kraftoverføringssystemer. som strømforsyningsutstyr for fly eller skip, og har blitt et av forskningshotspotene på det internasjonale elektrofeltet.

Hovedkarakteristikkene til høyhastighetsmotorer er høy rotorhastighet, høy statorviklingsstrøm og magnetisk fluksfrekvens i kjernen, høy effekttetthet og tapstetthet. Disse egenskapene bestemmer at nøkkelteknologien og designmetodene til høyhastighetsmotorer er forskjellige fra de for konstanthastighetsmotorer.

Rotorhastigheten til høyhastighetsmotoren er vanligvis høyere enn 10 000 r/min. Når den roterer med høy hastighet, tåler ikke den konvensjonelle laminerte rotoren den enorme sentrifugalkraften, så spesiell høystyrke laminert eller solid rotorstruktur må brukes. For permanentmagnetmotorer er problemet med rotorstyrke mer fremtredende, fordi det sintrede permanentmagnetmaterialet ikke tåler strekkspenningen som genereres av rotorens høyhastighetsrotasjon, og beskyttelsestiltak må tas for permanentmagneten. Høyhastighetsfriksjonen mellom rotoren og luftgapet forårsaker mye større friksjonstap på rotoroverflaten enn for konstanthastighetsmotoren, noe som medfører store vanskeligheter for rotorens varmeavledning. For å sikre at rotoren har tilstrekkelig styrke, er rotoren til høyhastighetsmotoren stort sett slank, så sammenlignet med konstanthastighetsmotoren økes muligheten for at rotorsystemet nærmer seg den kritiske hastigheten til høyhastighetsmotoren kraftig. Vanlige motorlager kan ikke fungere pålitelig ved høy hastighet, og høyhastighets lagersystemer må brukes.

Den høye vekselfrekvensen av viklingsstrøm og magnetisk fluks i kjernen av høyhastighetsmotoren vil gi store høyfrekvente ekstra tap i viklingen av motor, statorkjerne og rotor. Når statorstrømfrekvensen er lav, kan effekten av hudeffekt og nærhetseffekt på viklingstapet ignoreres, men ved høy frekvens vil statorviklingen produsere åpenbar hudeffekt og nærhetseffekt, og øke det ekstra tapet av viklingen. Den magnetiske fluksfrekvensen i statorkjernen til høyhastighetsmotoren er høy, påvirkningen av hudeffekten kan ikke ignoreres, og den konvensjonelle beregningsmetoden vil gi store feil. For nøyaktig å beregne statorkjernetapet til høyhastighetsmotorer, er det nødvendig å utforske beregningsmodellen for jerntap under høyfrekvente forhold. Romharmonikkene forårsaket av statorspalten og viklingenes ikke-sinusformet fordeling, samt strøm- og tidsharmoniene generert av PWM-strømforsyning, vil produsere stort virvelstrømtap i rotoren. På grunn av den lille størrelsen på rotoren og dårlige kjøleforhold, vil det føre til store vanskeligheter for rotorens varmeavledning. Derfor vil den nøyaktige beregningen av rotorvirvelstrømstap og utforskning av effektive tiltak for å redusere rotorvirvelstrømstap bli diskutert. Det er av stor betydning for pålitelig drift av høyhastighetsmotorer. Samtidig gir høyfrekvent spenning eller strøm også utfordringer til kontrollerdesignen til høyhastighetsmotorer med høy effekt.

Volumet til høyhastighetsmotoren er mye mindre enn konstanthastighetsmotoren med samme effekt, ikke bare effekttettheten og tapstettheten er stor, men også varmeavledningen er vanskelig, hvis de spesielle varmespredningstiltakene ikke brukes, vil temperaturstigningen til motoren være for høy, og dermed forkorte levetiden til viklingen, spesielt for permanentmagnetmotoren, i tilfellet med permanentmagnetmotoren, i tilfellet med en permanent magnetmotor, til å stige irreversibel avmagnetisering. Et godt utformet kjølesystem kan effektivt redusere temperaturstigningen til den faste rotoren, som er nøkkelen til langsiktig stabil drift av høyeffekts høyhastighetsmotorer.

For å oppsummere er det mange spesielle nøkkelproblemer innen rotorstyrke, rotorsystemdynamikk, elektromagnetisk design, kjølesystemdesign og temperaturstigningsberegning, høyhastighetslager og kontrollerutvikling som ikke er tilgjengelig i konvensjonelle motorer. Derfor er utformingen av høyhastighetsmotor en omfattende designprosess med flere iterasjoner av fysiske felt som elektromagnetisk felt, rotorstyrke, rotordynamikk, væskefelt og temperaturfelt. For tiden er hovedtypene av motorer som brukes i høyhastighetsfelt induksjonsmotorer, permanentmagnetmotorer, svitsjede reluktansmotorer og klopolmotorer, og hver motortype har en annen topologi.

Denne artikkelen analyserer utviklingsstatusen til forskjellige typer høyhastighetsmotorer i inn- og utland, og oppsummerer grenseindeksen for forskjellige typer høyhastighetsmotorer. Strukturen og designkarakteristikkene til høyhastighetsmotorer analyseres i detalj, inkludert statordesign, rotorstrukturdesign, rotorsystemdynamikkanalyse, lagervalg og kjølesystemdesign, etc. Til slutt analyseres hovedproblemene som står overfor utviklingen av høyhastighetsmotorer, og utviklingstrenden og utsiktene til høyhastighetsmotor blir prospektert.