А Высокоскоростный моторный ротор является важной частью высокоскоростного двигателя, обычно воплощающего вращающийся вал. Он работает, используя электрическую мощность, генерируемую двигателем, чтобы передавать вращательное движение механическим устройствам. Определяющей характеристикой высокоскоростных моторных роторов является их высокая скорость вращения, часто превышающая 10 000 революций в минуту (обороты).
В структурной конструкции высокоскоростных моторных роторов необходимо учитывать такие факторы, как центробежная сила и сила воздействия, которые возникают в результате высокоскоростной работы. Это требует оптимизации осевого легкого веса, динамической балансировки и износостойкости. Существует несколько общих структурных типов высокоскоростных моторных роторов, включая тип рукавого типа, дисковый тип, магнитный подвесный тип и тип копланар. Выбор структурного типа должен основываться на практических потребностях.
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 Самолеточное оборудование для питания самолетов или корабля. Они стали одной из исследовательских горячих точек в международной области электротехники.
Основные характеристики высокоскоростных двигателей включают высокую скорость ротора, высокий ток обмотки статора и частоту магнитного потока в ядре железа, а также высокую плотность мощности и плотность потерь. Эти характеристики требуют ключевых технологий и методов проектирования, уникальных для высокоскоростных двигателей, отличая их от обычных двигателей. Высокоскоростные моторные роторы обычно вращаются на скорости более 10 000 об / мин. Во время высокоскоростного вращения обычные ламинированные роторы изо всех сил пытаются противостоять огромным центробежным силам, что требует принятия специальных высокопрочных ламинированных или твердых конструкций ротора. Для постоянных магнитных двигателей проблемы прочности ротора являются еще более заметными, поскольку спеченные постоянные магнитные материалы не могут противостоять растягиванию напряжения, создаваемого высокоскоростным вращением ротора, что требует защитных мер для постоянных магнитов.
Более того, высокоскоростное трение между ротором и воздушным зазором приводит к потерям трения на поверхности ротора, которые намного больше, чем у традиционных двигателей, что создает серьезные проблемы для охлаждения ротора. Чтобы обеспечить достаточную прочность ротора, высокоскоростные моторные роторы часто бывают стройными, что увеличивает вероятность приближения критических скоростей вращения по сравнению с традиционными двигателями. Чтобы избежать изгиба резонанса, крайне важно точно предсказать критическую скорость вращения системы ротора.
Кроме того, обычные моторные подшипники не могут надежно работать на высоких скоростях, что требует принятия высокоскоростных систем подшипника. Высокочастотный переменный ток в обмотке и магнитный поток в ядре железа статора высокоскоростных двигателей генерирует значительные высокочастотные дополнительные потери в моторной обмотке, ядра и ротора статора. Эффект кожи и близость на потери обмотки обычно можно игнорировать, когда частота тока статора низкая, но в высокочастотных ситуациях обмотка статора демонстрирует значительный эффект кожи и близость, увеличивая дополнительные потери обмотки.
Высокая частота магнитного потока в ядре железа статора высокоскоростных двигателей не может пренебрегать влиянием кожного эффекта, и обычные методы расчета могут привести к значительным ошибкам. Чтобы точно рассчитать потерю ядра железа статора высокоскоростных двигателей, необходимо изучить модели расчета потери железа в высокочастотных условиях. Пространственные гармоники, вызванные слотом для статора и несинусоидальным распределением обмотки, а также текущими гармониками времени, генерируемыми питанием ШИМ, все приносят значительные потери вихревого тока в роторе. Небольшой объем ротора и плохие условия охлаждения создают большие трудности для охлаждения ротора. Следовательно, точный расчет потерь вихревого тока ротора и изучение эффективных мер для их уменьшения имеет решающее значение для надежной работы высокоскоростных двигателей.
Кроме того, высокочастотные напряжения или токи создают проблемы для конструкции контроллера высокоскоростных двигателей. Высокоскоростные двигатели намного меньше, чем у обычных двигателей эквивалентной мощности, которые имеют высокую плотность мощности и плотность потерь, а также сложное охлаждение. Без особых мер охлаждения температура двигателя может расти чрезмерно, сокращая срок службы обмотки. Специально для постоянных магнитных двигателей, чрезмерная температура ротора может привести к необратимой размагнировании постоянных магнитов.
Высокоскоростные двигатели обычно относятся к двигателям со скоростью вращения, превышающими 10000 об / мин или значения сложности (продукт скорости вращения и квадратный корень мощности), превышающий 1 × 10^5. Среди различных типов доступных в настоящее время двигателей те, которые успешно достигают высоких скоростей, в первую очередь включают в себя индукционные двигатели, внутренние постоянные магнитные двигатели, переключенные двигатели неохота и несколько внешних постоянных магнитных двигателей и когтя. Структуры ротора высокоскоростных индукционных двигателей относительно просты, с низкой вращательной инерцией и способностью работать в течение длительных периодов в условиях высокой температуры и высокоскоростных условий, что делает их широко используемыми в высокоскоростных применениях.
Таким образом, высокоскоростные моторные роторы представляют собой ключевые компоненты, которые позволяют высокоскоростной работе двигателей, характеризующихся их высокими скоростями вращения, специальными структурными конструкциями и проблемами в системах охлаждения и подшипника. Благодаря технологическим достижениям и промышленным обновлениям высокоскоростные двигатели все чаще применяются в таких областях, как электромобили, аэрокосмическая промышленность, промышленные роботы и чистая энергия, способствуя разработке высокопроизводительных материалов и технологий. Например, широкое использование роторов углеродного волокна значительно повышает моторную эффективность и долговечность, отмечая новую эру высокоскоростных двигательных технологий.
