Elemente cheie în dezvoltarea motoarelor de mare viteză

Odată cu dezvoltarea viguroasă a pieței globale a vehiculelor cu energie nouă, viteza de conducere a motoarelor a înregistrat o creștere uimitoare. De la 18.000 rpm în urmă cu câțiva ani până la depășirea confortabilă a 20.000 rpm în prezent, aceasta reprezintă nu numai o descoperire numerică, ci și teste riguroase ale tehnologiilor de proiectare și fabricare a motoarelor. Acest articol discută mai multe aspecte ale dezvoltarea motorului de mare viteză.

 

01. Selectia de al rotorului Numărul perechii de poli

La motoarele de mare viteză, pierderea fierului a devenit un factor critic inevitabil, în special în intervalele de viteză mare. Există o relație strânsă între numărul de poli ai motorului și pierderea de fier deoarece, pe măsură ce viteza motorului crește, crește și frecvența modificărilor fluxului magnetic în miez, ceea ce duce la o creștere semnificativă a pierderii de fier.

De exemplu, într-un motor care funcționează la 20.000 rpm, un motor cu 6 poli atinge o frecvență de lucru de 1000 Hz, în timp ce un motor cu 8 poli crește aceasta la 1333 Hz. Conform formulei de calcul pentru pierderea de fier menționată mai sus, creșterea frecvenței de operare duce direct la creșterea pierderii de fier.

În tendința de proiectare a motoarelor de mare viteză, putem observa o scădere treptată a utilizării combinațiilor 8/48 stâlp-slot și o creștere a utilizării combinațiilor 6/54 stâlp-slot.

Motivul acestei schimbări constă în considerațiile menționate mai sus privind pierderea fierului. Pentru a reduce pierderile de fier în timpul funcționării la viteză mare, designerii tind să aleagă combinația 6/54 stâlpi-slot pentru a obține o performanță electromagnetică mai bună și o eficiență mai mare.

02. Selectarea sistemului de răcire

Pentru motoarele cu magnet permanent de mare viteză, temperatura afectează semnificativ performanța acestora. Deoarece punctul de funcționare al magneților permanenți variază cu temperatura, temperaturile excesiv de ridicate pot chiar risca demagnetizarea magneților. În plus, densitatea mare de putere a motoarelor electrice în vehiculele cu energie nouă limitează suprafața de răcire, făcând proiectarea sistemului de răcire crucială pentru asigurarea performanței stabile a motorului.

Când luați în considerare metodele de răcire, vă sugerez să utilizați un sistem de răcire cu ulei pentru motoarele cu turații care depășesc 18.000 rpm. Acest lucru se datorează faptului că problemele de încălzire ale rotorului devin deosebit de importante atunci când turațiile depășesc 16.000 rpm. Într-un motor răcit cu apă, statorul este în primul rând răcit, în timp ce la viteze mari, disiparea eficientă a căldurii rotorului prin răcirea cu apă devine o provocare.

În ceea ce privește monitorizarea temperaturii, modelele actuale ale motoarelor înglobează de obicei senzori de temperatură în interiorul statorului. La motoarele răcite cu apă, datorită structurilor stabile ale canalelor de curgere, distribuția temperaturii înfășurărilor statorului este relativ uniformă și bine controlată. Cu toate acestea, la motoarele răcite cu ulei, flexibilitatea de proiectare mai mare a canalelor de curgere are ca rezultat diferențe de temperatură mai vizibile între înfășurări, comparativ cu motoarele răcite cu apă. Prin urmare, atunci când selectați locația senzorului, este crucial să luați în considerare zonele cu creșteri mai mari ale temperaturii înfășurării pentru a minimiza diferența de temperatură dintre temperatura monitorizată și cel mai înalt punct de înfășurare, reflectând cu exactitate starea termică reală a motorului.

03. Provocările tehnologice ale rulmenților de mare viteză

Sistemul de suport al rotorului este o componentă de bază în dezvoltarea motoarelor de mare viteză, selecția tehnologiei rulmenților fiind deosebit de critică. În prezent, rulmenții adânci cu bile sunt utilizați în mod obișnuit la rulmenții pentru motor.

În mediile cu viteză mare, rulmenții cu bile se confruntă cu provocări serioase, cum ar fi supraîncălzirea și riscul de rulare. Acest lucru se datorează faptului că, pe măsură ce viteza crește, frecarea și generarea de căldură în interiorul rulmenților cresc, de asemenea, brusc, ceea ce duce la scăderea performanței rulmentului sau chiar la defecțiune. Prin urmare, lubrifierea rulmenților de mare viteză este crucială.

După ce turațiile motorului depășesc 18.000 rpm, un alt motiv important pentru a recomanda răcirea cu ulei este lubrifierea rulmenților. La motoarele răcite cu apă, rulmenții cu bile auto-lubrifianți sunt de obicei utilizați pentru rulmenți. Cu toate acestea, în timpul funcționării la viteză mare, acești rulmenți se confruntă cu provocări, cum ar fi scurgerile de grăsime și diferențe mari de temperatură între inelele interioare și exterioare.

În schimb, rulmenții cu bile de tip deschis utilizați în sistemele de răcire a uleiului pot răci eficient inelele interioare și exterioare ale rulmenților, evitând problemele de scurgere a grăsimii și având un coeficient de frecare la rulare mai scăzut. Cu toate acestea, trebuie acordată atenție proiectării căilor pentru ulei de lubrifiere pentru a asigura o răcire adecvată a rulmenților. În orificiul umărului, structura proeminentă este încorporată pentru a se asigura că viteza de curgere a uleiului de răcire este relativ uniformă înainte și după umăr.