Nøkkelelementer i høyhastighets motorutvikling

Med den kraftige utviklingen av det globale markedet for nye energikjøretøyer har hastigheten til å kjøre motorer vist en forbløffende vekst. Fra 18 000 rpm for flere år siden til komfortabelt over 20 000 rpm i dag, representerer dette ikke bare et numerisk gjennombrudd, men også strenge tester av motordesign og produksjonsteknologier. Denne artikkelen diskuterer flere aspekter ved høyhastighets motorisk utvikling.

 

01. Utvalg av Rotorpolparnummer ​

I høyhastighetsmotorer har jerntap blitt en uunngåelig kritisk faktor, spesielt i høyhastighetsområder. Det er en nær sammenheng mellom antall motorpoler og jerntap fordi når motorhastigheten øker, øker også frekvensen av magnetiske fluksendringer i kjernen, noe som fører til en betydelig økning i jerntapet.

For eksempel, i en motor som kjører med 20 000 rpm, når en 6-polet motor en arbeidsfrekvens på 1000 Hz, mens en 8-polet motor øker denne til 1333 Hz. I følge beregningsformelen for jerntap nevnt ovenfor, fører økningen i driftsfrekvens direkte til økt jerntap.

I designtrenden til høyhastighetsmotorer kan vi se en gradvis nedgang i bruken av 8/48 pol-slot-kombinasjoner og en økning i bruken av 6/54 pol-slot-kombinasjoner.

Årsaken til dette skiftet ligger i de nevnte hensynene til jerntap. For å redusere jerntapet under høyhastighetsdrift, har designere en tendens til å velge 6/54 pol-sporkombinasjonen for å oppnå bedre elektromagnetisk ytelse og høyere effektivitet.

02. Valg av kjølesystem

For høyhastighets permanentmagnetmotorer påvirker temperaturen deres ytelse betydelig. Siden driftspunktet til permanente magneter driver med temperaturen, kan for høye temperaturer til og med risikere avmagnetisering av magnetene. Dessuten begrenser den høye effekttettheten til elektriske motorer i nye energikjøretøyer kjøleoverflaten, noe som gjør kjølesystemdesign avgjørende for å sikre stabil motorytelse.

Når du vurderer kjølemetoder, foreslår jeg å bruke et oljekjølesystem for motorer med hastigheter over 18 000 o/min. Dette er fordi oppvarmingsproblemer i rotoren blir spesielt fremtredende når hastigheter overstiger 16 000 rpm. I en vannkjølt motor er statoren først og fremst avkjølt, mens det under høye hastigheter blir utfordrende å spre rotorvarme effektivt gjennom vannkjøling.

Når det gjelder temperaturovervåking, legger dagens motordesign typisk inn temperatursensorer inne i statoren. I vannkjølte motorer, på grunn av stabile strømningskanalstrukturer, er temperaturfordelingen til statorviklingene relativt jevn og godt kontrollert. I oljekjølte motorer resulterer imidlertid den større designfleksibiliteten til strømningskanaler i mer merkbare temperaturforskjeller mellom viklingene sammenlignet med vannkjølte motorer. Derfor, når du velger sensorplassering, er det avgjørende å vurdere områder med høyere viklingstemperaturstigninger for å minimere temperaturforskjellen mellom overvåket temperatur og det høyeste viklingspunktet, som nøyaktig gjenspeiler motorens faktiske termiske tilstand.

03. Teknologiske utfordringer ved høyhastighetslagere

Rotorstøttesystemet er en kjernekomponent i utviklingen av høyhastighetsmotorer, med valg av lagerteknologi som spesielt kritisk. For tiden er dype sporkulelagre ofte brukt i motorlagre.

I høyhastighetsmiljøer møter kulelager alvorlige utfordringer som overoppheting og risiko for å kjøre. Dette er fordi når hastigheten øker, øker friksjonen og varmeutviklingen inne i lagrene også kraftig, noe som fører til redusert lagerytelse eller til og med feil. Derfor er smøring av høyhastighetslagre avgjørende.

Etter at motorhastigheter overstiger 18 000 rpm, er en annen viktig grunn til å anbefale oljekjøling lagersmøring. I vannkjølte motorer brukes vanligvis selvsmørende kulelagre til lagre. Men under høyhastighetsdrift møter disse lagrene utfordringer som fettlekkasje og store temperaturforskjeller mellom indre og ytre ringer.

I motsetning til dette kan kulelager av åpen type brukt i oljekjølesystemer effektivt kjøle ned de indre og ytre ringene til lagrene, unngå fettlekkasjeproblemer og ha en lavere rullefriksjonskoeffisient. Man må imidlertid være oppmerksom på utformingen av smøreoljebaner for å sikre tilstrekkelig lagerkjøling. I skulderhullet er den utstikkende strukturen innebygd for å sikre at kjøleoljestrømhastigheten er relativt jevn før og etter skulderen.