Štruktúra a konštrukčné charakteristiky rotora vysokorýchlostného motora (konštrukcia statora, rôzne typy konštrukcie rotora)

Vysokorýchlostný rotor motora sa vyznačuje malými rozmermi, vysokou hustotou výkonu, priamym spojením s vysokorýchlostným zaťažením, elimináciou tradičného mechanického akceleračného zariadenia, znížením hlučnosti systému a zlepšením účinnosti prenosu systému atď. Má široké uplatnenie v oblastiach vysokorýchlostných brúsok, chladiacich systémov s cirkuláciou vzduchu, zotrvačníkov na skladovanie energie, palivových článkov, vysokorýchlostných odstredivých kompresorov na prenos energie na zemný plyn a distribuovaných zariadení na výrobu energie z lietadiel a distribuovaných systémov výroby energie. hotspotov v medzinárodnom elektrotechnickom poli.

Hlavnými charakteristikami vysokorýchlostného motora sú vysoká rýchlosť rotora, vysoký prúd vinutia statora a frekvencia magnetického toku v jadre, vysoká hustota výkonu a hustota strát. Tieto charakteristiky určujú, že kľúčové technológie a konštrukčné metódy vysokorýchlostného motora sa líšia od tých, ktoré majú motor s konštantnou rýchlosťou.

Otáčky rotora vysokootáčkového motora sú zvyčajne vyššie ako 10 000 ot./min. Pri vysokej rýchlosti konvenčný vrstvený rotor nemôže odolať obrovskej odstredivej sile, preto je potrebné použiť špeciálnu vysokopevnú vrstvenú alebo pevnú štruktúru rotora. Pri motoroch s permanentnými magnetmi je problém s pevnosťou rotora výraznejší, pretože spekaný materiál permanentného magnetu nevydrží ťahové napätie generované vysokorýchlostnou rotáciou rotora a pre permanentný magnet je potrebné prijať ochranné opatrenia. Vysokorýchlostné trenie medzi rotorom a vzduchovou medzerou spôsobuje oveľa väčšie straty trením na povrchu rotora ako pri motore s konštantnou rýchlosťou, čo spôsobuje veľké ťažkosti pri odvode tepla rotora. Aby sa zabezpečila dostatočná pevnosť rotora, rotor vysokootáčkového motora je väčšinou štíhly, takže v porovnaní s motorom s konštantnou rýchlosťou sa výrazne zvyšuje možnosť, že sa rotorový systém priblíži ku kritickým otáčkam vysokorýchlostného motora. Bežné ložiská motora nemôžu spoľahlivo fungovať pri vysokej rýchlosti a musia sa použiť vysokorýchlostné ložiskové systémy.

Vysoká striedavá frekvencia prúdu vinutia a magnetického toku v jadre vysokorýchlostného motora spôsobí veľké vysokofrekvenčné dodatočné straty vo vinutí motora, jadra statora a rotora. Keď je frekvencia statorového prúdu nízka, účinok efektu kože a efektu blízkosti na stratu vinutia možno ignorovať, ale pri vysokej frekvencii vinutie statora vytvorí zjavný efekt kože a efekt blízkosti a zvýši dodatočnú stratu vinutia. Frekvencia magnetického toku v jadre statora vysokorýchlostného motora je vysoká, nemožno ignorovať vplyv kože a konvenčná metóda výpočtu prinesie veľké chyby. Aby bolo možné presne vypočítať stratu jadra statora vysokorýchlostného motora, je potrebné preskúmať výpočtový model straty železa pri vysokofrekvenčných podmienkach. Priestorové harmonické spôsobené štrbinou statora a nesínusovým rozdelením vinutia, ako aj prúdové a časové harmonické generované napájaním PWM, spôsobia veľké straty vírivými prúdmi v rotore. Kvôli malým rozmerom rotora a zlým podmienkam chladenia to prinesie veľké ťažkosti pri odvode tepla rotora. Preto sa bude diskutovať o presnom výpočte strát rotorových vírivých prúdov a skúmaní účinných opatrení na zníženie strát vírivými prúdmi rotora. Má veľký význam pre spoľahlivú prevádzku vysokorýchlostného motora. Vysokofrekvenčné napätie alebo prúd zároveň prináša výzvy pre návrh regulátora vysokovýkonných vysokorýchlostných motorov.

Objem vysokootáčkového motora je oveľa menší ako u motora s konštantnými otáčkami rovnakého výkonu, nielen hustota výkonu a hustota strát je veľká, ale aj odvod tepla je obtiažny, ak sa nepoužijú špeciálne opatrenia na odvod tepla, nárast teploty motora bude príliš vysoký, čím sa skráti životnosť vinutia, najmä motora s permanentným magnetom, v prípade permanentného magnetu je nárast teploty rotora príliš vysoký. Dobre navrhnutý chladiaci systém dokáže efektívne znížiť nárast teploty pevného rotora, čo je kľúčom k dlhodobej stabilnej prevádzke vysokovýkonných vysokorýchlostných motorov.

Aby sme to zhrnuli, existuje veľa špeciálnych kľúčových problémov v sile rotora, dynamike rotorového systému, elektromagnetickom dizajne, návrhu chladiaceho systému a výpočte nárastu teploty, vývoja vysokorýchlostných ložísk a regulátorov, ktoré nie sú dostupné v konvenčných motoroch. Preto je návrh vysokorýchlostného motora komplexný proces návrhu viacerých opakovaní fyzikálnych polí, ako je elektromagnetické pole, sila rotora, dynamika rotora, pole tekutín a teplotné pole. V súčasnosti sú hlavnými typmi motorov používaných vo vysokorýchlostných poliach indukčné motory, motory s permanentnými magnetmi, spínané reluktančné motory a motory s čeľusťovými pólmi a každý typ motora má inú topológiu.

Táto práca analyzuje stav vývoja rôznych typov vysokootáčkových motorov doma a v zahraničí a sumarizuje limitný index rôznych typov vysokorýchlostných motorov. Štruktúra a konštrukčné charakteristiky vysokorýchlostného motora sú podrobne analyzované, vrátane konštrukcie statora, konštrukcie rotora, analýzy dynamiky rotorového systému, výberu ložísk a konštrukcie chladiaceho systému atď. Nakoniec sú analyzované hlavné problémy, ktorým čelí vývoj vysokorýchlostného motora, a sú prospektované vývojový trend a perspektíva vysokorýchlostného motora.