Introdução do rotor do motor de alta velocidade

UM O rotor do motor de alta velocidade é uma parte crítica de um motor de alta velocidade, normalmente incorporando um eixo rotativo. Opera aproveitando a energia elétrica gerada pelo motor para transmitir movimento de rotação aos dispositivos mecânicos. Uma característica definidora dos rotores de motor de alta velocidade é sua alta velocidade de rotação, geralmente excedendo 10.000 revoluções por minuto (rpm).

No projeto estrutural de rotores motores de alta velocidade, deve ser dada uma consideração significativa a fatores como força centrífuga e força de impacto que surgem da operação de alta velocidade. Isso requer a otimização do desempenho leve axial e de equilíbrio dinâmico e resistência ao desgaste. Existem vários tipos estruturais comuns de rotores motores de alta velocidade, incluindo tipo de manga, tipo disco, tipo de suspensão magnética e tipo coplanar. A escolha do tipo estrutural deve ser baseada em necessidades práticas.

High-speed motors, featuring small size, high power density, direct connection with high-speed loads, elimination of traditional mechanical speed-increasing devices, reduced system noise, and improved system transmission efficiency, have broad application prospects in various fields such as high-speed grinding machines, air circulation refrigeration systems, energy storage flywheels, fuel cells, high-speed centrifugal compressors for natural gas transportation, and distributed power generation systems used as Equipamento de fonte de alimentação de aeronaves ou bordo. Eles se tornaram um dos pontos de pesquisa de pesquisa no campo internacional de engenharia elétrica.

As principais características dos motores de alta velocidade incluem alta velocidade do rotor, corrente de enrolamento de alto estator e frequência de fluxo magnético no núcleo de ferro e densidade de alta potência e densidade de perda. Essas características requerem tecnologias-chave e métodos de design exclusivos dos motores de alta velocidade, distinguindo-os dos motores de velocidade convencional. Rotores de motor de alta velocidade geralmente giram em velocidades acima de 10.000 rpm. Durante a rotação de alta velocidade, os rotores laminados convencionais lutam para suportar imensas forças centrífugas, necessitando da adoção de estruturas especiais de rotor laminado ou sólido de alta resistência. Para motores de ímã permanentes, os problemas de resistência ao rotor são ainda mais proeminentes, uma vez que os materiais de ímã permanente sinterizados não podem suportar a tensão de tração gerada por rotação do rotor de alta velocidade, necessitando de medidas de proteção para os ímãs permanentes.

Além disso, o atrito de alta velocidade entre o rotor e o espaço de ar resulta em perdas de atrito na superfície do rotor que são muito maiores do que as dos motores de velocidade convencional, representando desafios significativos para o resfriamento do rotor. Para garantir a resistência do rotor suficiente, os rotores motores de alta velocidade geralmente são delgados, aumentando a probabilidade de abordar velocidades de rotação críticas em comparação com motores de velocidade convencional. Para evitar a ressonância flexível, é crucial prever com precisão a velocidade de rotação crítica do sistema do rotor.

Além disso, os rolamentos de motor convencionais não podem operar de maneira confiável em altas velocidades, necessitando da adoção de sistemas de rolamentos de alta velocidade. A corrente alternada de alta frequência no enrolamento e o fluxo magnético no núcleo de ferro do estator de motores de alta velocidade geram perdas adicionais significativas de alta frequência no enrolamento do motor, núcleo de ferro do estator e rotor. O efeito da pele e o efeito de proximidade nas perdas de enrolamento geralmente podem ser ignorados quando a frequência da corrente do estator é baixa, mas em situações de alta frequência, o enrolamento do estator exibe efeito significativo da pele e efeito de proximidade, aumentando as perdas adicionais do enrolamento.

A alta frequência de fluxo magnético no núcleo de ferro do estator de motores de alta velocidade não pode negligenciar a influência do efeito da pele, e os métodos de cálculo convencionais podem levar a erros significativos. Para calcular com precisão a perda do núcleo de ferro do estator de motores de alta velocidade, é necessário explorar modelos de cálculo de perda de ferro em condições de alta frequência. Os harmônicos espaciais causados ​​pela slotting do estator e a distribuição de enrolamento não sinusoidal, bem como os harmônicos atuais de tempo gerados pela fonte de alimentação do PWM, todos produzem perdas de corrente de Foucault significativa no rotor. O pequeno volume do rotor e as más condições de resfriamento representam grandes dificuldades para o resfriamento do rotor. Portanto, o cálculo preciso das perdas de corrente do redemoinho do rotor e a exploração de medidas efetivas para reduzi-las são cruciais para a operação confiável de motores de alta velocidade.

Além disso, tensões ou correntes de alta frequência apresentam desafios para o design do controlador de motores de alta velocidade de alta potência. Os motores de alta velocidade são muito menores que os motores de velocidade convencional de potência equivalente, com alta densidade de potência e densidade de perda, além de resfriamento difícil. Sem medidas especiais de resfriamento, a temperatura do motor pode subir excessivamente, diminuindo a vida útil. Especialmente para motores de ímã permanente, a temperatura excessiva do rotor pode levar à desmagnetização irreversível de ímãs permanentes.

Os motores de alta velocidade geralmente se referem a motores com velocidades de rotação superiores a 10.000 rpm ou valores de dificuldade (o produto da velocidade de rotação e a raiz quadrada da potência) superior a 1 × 10^5. Entre os vários tipos de motores atualmente disponíveis, aqueles que atingem com sucesso as altas velocidades incluem principalmente motores de indução, motores de ímãs permanentes interiores, motores de relutância comutados e alguns motores de ímãs permanentes externos e motores de pólo. As estruturas do rotor de motores de indução de alta velocidade são relativamente simples, com baixa inércia rotacional e a capacidade de operar por períodos prolongados sob condições de alta temperatura e alta velocidade, tornando-as amplamente usadas em aplicações de alta velocidade.

Em resumo, os rotores motores de alta velocidade são componentes fundamentais que permitem a operação de alta velocidade de motores, caracterizados por suas altas velocidades de rotação, desenhos estruturais especiais e desafios nos sistemas de resfriamento e rolamento. Com os avanços tecnológicos e as atualizações industriais, os motores de alta velocidade estão sendo aplicados cada vez mais em áreas como veículos elétricos, aeroespacial, robôs industriais e energia limpa, impulsionando o desenvolvimento de materiais e tecnologias de alto desempenho. O uso generalizado de rotores de fibra de carbono, por exemplo, aumenta significativamente a eficiência e a durabilidade motora, marcando uma nova era de tecnologia motora de alta velocidade.