Introducerea rotorului motorului de mare viteză

O Rotorul motorului de mare viteză este o parte critică a unui motor de mare viteză, întruchipând de obicei un arbore rotativ. Funcționează prin valorificarea energiei electrice generate de motor pentru a oferi mișcare de rotație dispozitivelor mecanice. O caracteristică definitorie a rotorilor de motor de mare viteză este viteza de rotație ridicată a acestora, care depășește adesea 10.000 de rotații pe minut (RPM).

În proiectarea structurală a rotorilor motorii de mare viteză, trebuie să se ia în considerare o considerație semnificativă a factorilor precum forța centrifugă și forța de impact care apar din funcționarea de mare viteză. Acest lucru necesită optimizarea ușoarei axiale, a performanței de echilibrare dinamică și a rezistenței la uzură. Există mai multe tipuri structurale comune de rotori de motor de mare viteză, inclusiv tip mânecă, tip disc, tip suspensie magnetică și tip coplanar. Alegerea tipului structural ar trebui să se bazeze pe nevoile practice.

Motoarele de mare viteză, cu dimensiuni mici, densitate de mare putere, conexiune directă cu sarcini de mare viteză, eliminarea dispozitivelor tradiționale mecanice care crește viteza, zgomotul redus al sistemului și eficiența îmbunătățită a transmisiei sistemului, au perspective largi de aplicare în diverse domenii, cum ar fi mașini de măcinare de mare viteză, sisteme de refrigerare a circulației aeriene, sisteme de revoluție de stocare a energiei, și sisteme de distribuire a centrului de alimentare de înaltă dimensiune, în ceea ce privește transportul de gaze naturale, și transportul de gasi de stocare a gazelor naturale, și distribuirea sistemelor de centrifugare de centrifil de alimentare, pentru transportul de gaze natural Aeronave sau echipamente de alimentare cu bord. Au devenit unul dintre punctele de cercetare în domeniul ingineriei electrice internaționale.

Principalele caracteristici ale motoarelor de mare viteză includ viteza mare a rotorului, curentul de înfășurare a statorului ridicat și frecvența fluxului magnetic în miezul de fier și densitatea de putere ridicată și densitatea pierderii. Aceste caracteristici necesită tehnologii cheie și metode de proiectare unice pentru motoarele de mare viteză, distingându-le de motoarele cu viteză convențională. Rotorii de motor de mare viteză se rotesc de obicei cu viteze peste 10.000 rpm. În timpul rotației de mare viteză, rotorii laminați convenționali se luptă pentru a rezista la imense forțe centrifuge, necesitând adoptarea de structuri speciale laminate sau rotor solide. Pentru motoarele cu magnet permanent, problemele de rezistență la rotor sunt și mai proeminente, deoarece materialele magnetice permanente sinterizate nu pot rezista la stresul de tracțiune generat de rotația rotorului de mare viteză, necesitând măsuri de protecție pentru magneții permanenți.

Mai mult decât atât, frecarea de mare viteză dintre rotor și decalajul de aer are ca rezultat pierderi de frecare pe suprafața rotorului, care sunt mult mai mari decât cele din motoarele cu viteză convențională, reprezentând provocări semnificative pentru răcirea rotorului. Pentru a asigura o rezistență suficientă a rotorului, rotorii motorii de mare viteză sunt adesea zvelte, crescând probabilitatea de a aborda viteze de rotație critice în comparație cu motoarele cu viteză convențională. Pentru a evita îndoirea rezonanței, este crucial să prezicem cu exactitate viteza de rotație critică a sistemului rotorului.

În plus, rulmenții motorii convenționali nu pot funcționa în mod fiabil la viteze mari, necesitând adoptarea sistemelor de rulment de mare viteză. Curentul alternativ de înaltă frecvență în înfășurare și fluxul magnetic din miezul de fier stator al motoarelor de mare viteză generează pierderi suplimentare semnificative de înaltă frecvență în înfășurarea motorului, miezul de fier stator și rotor. Efectul pielii și efectul de proximitate asupra pierderilor de înfășurare pot fi de obicei ignorate atunci când frecvența curentului statorului este scăzută, dar în situații de înaltă frecvență, înfășurarea statorului prezintă un efect semnificativ al pielii și efect de proximitate, crescând pierderi suplimentare.

Frecvența ridicată a fluxului magnetic în miezul de fier stator al motoarelor de mare viteză nu poate neglija influența efectului pielii, iar metodele de calcul convenționale pot duce la erori semnificative. Pentru a calcula cu exactitate pierderea miezului de fier stator al motoarelor de mare viteză, este necesar să se exploreze modelele de calcul a pierderilor de fier în condiții de înaltă frecvență. Armonice spațiale cauzate de slotting stator și distribuție de înfășurare non-sinusoidală, precum și armonice de timp curente generate de sursa de alimentare PWM, toate produc pierderi semnificative de curent în rotor. Volumul micului rotor și condițiile de răcire slabe prezintă dificultăți mari pentru răcirea rotorului. Prin urmare, calculul precis al pierderilor de curent al rotorului și explorarea măsurilor eficiente pentru reducerea acestora sunt cruciale pentru funcționarea fiabilă a motoarelor de mare viteză.

Mai mult, tensiunile sau curenții de înaltă frecvență reprezintă provocări pentru proiectarea controlerului de motoare de mare viteză de mare putere. Motoarele de mare viteză sunt mult mai mici decât motoarele cu viteză convențională cu o putere echivalentă, cu densitate mare de putere și densitate a pierderii, precum și răcire dificilă. Fără măsuri speciale de răcire, temperatura motorului poate crește excesiv, scurtarea vieții de înfășurare. Mai ales pentru motoarele cu magnet permanent, temperatura rotorului excesivă poate duce la demagnetizarea ireversibilă a magneților permanenți.

Motoarele de mare viteză se referă, în general, la motoare cu viteze de rotație care depășesc 10.000 rpm sau valori de dificultate (produsul vitezei de rotație și rădăcina pătrată a puterii) care depășesc 1 × 10^5. Printre diferitele tipuri de motoare disponibile în prezent, cele care obțin cu succes viteze mari includ în primul rând motoare de inducție, motoare cu magnet permanent interior, motoare de reticență comutate și câteva motoare cu magnet permanent exterior și motoare cu pol cu ​​gheare. Structurile rotorului ale motoarelor cu inducție de mare viteză sunt relativ simple, cu inerție rotativă scăzută și capacitatea de a funcționa pentru perioade îndelungate în condiții de temperatură ridicată și de mare viteză, ceea ce le face utilizate pe scară largă în aplicații de mare viteză.

În rezumat, rotorii motorii de mare viteză sunt componente pivotale care permit funcționarea de mare viteză a motoarelor, caracterizate prin viteza de rotație ridicată, proiectele structurale speciale și provocările în sistemele de răcire și rulment. Cu progrese tehnologice și modernizări industriale, motoarele de mare viteză sunt aplicate din ce în ce mai mult în domenii precum vehicule electrice, roboți aerospațiali, roboți industriali și energie curată, determinând dezvoltarea de materiale și tehnologii de înaltă performanță. Utilizarea pe scară largă a rotorilor din fibre de carbon, de exemplu, îmbunătățește semnificativ eficiența și durabilitatea motorului, marcând o nouă eră a tehnologiei motorii de mare viteză.