Zavedenie rotora vysokorýchlostného motora

A Vysokorýchlostný rotor motora je kritickou súčasťou vysokorýchlostného motora, ktorý zvyčajne stelesňuje rotujúci hriadeľ. Pôsobí tým, že využíva elektrickú energiu generovanú motorom, aby prepožičal rotačný pohyb mechanickým zariadeniam. Definujúcou charakteristikou vysokorýchlostných rotorov motora je ich vysoká rýchlosť otáčania, ktorá často presahuje 10 000 otáčok za minútu (RPM).

V štrukturálnom návrhu vysokorýchlostných motorových rotorov sa musí výrazne zvážiť faktory, ako je odstredivka sila a nárazová sila, ktorá vyplýva z vysokorýchlostnej prevádzky. To si vyžaduje optimalizáciu axiálneho ľahkého, dynamického vyrovnávacieho výkonu a odolnosti proti opotrebeniu. Existuje niekoľko bežných typov vysokorýchlostných motorových rotorov, vrátane typu rukávov, typu diskov, typu magnetického suspenzie a typu koplany. Výber štrukturálneho typu by mal byť založený na praktických potrebách.

Vysokorýchlostné motory, ktoré obsahujú malú veľkosť, vysokú hustotu výkonu, priame spojenie s vysokorýchlostným zaťažením, eliminácia tradičných mechanických zariadení zvyšujúcich rýchlosť, znížené systémové hluk a vylepšené systémy, majú rozsiahle vyhliadky na aplikáciu v rôznych oblastiach, ako je napríklad vysokorýchlostná mlečná prepravná energia a vzduchové systémy, ktoré sa používajú na zem. ako zariadenie na napájanie lietadiel alebo na palube. Stali sa jedným z výskumných hotspotov v oblasti Medzinárodného elektrotechnického inžinierstva.

Medzi hlavné charakteristiky vysokorýchlostných motorov patrí vysoká rýchlosť rotora, vinutie vysokého statora a frekvencia magnetického toku v železnom jadre a vysoká hustota výkonu a hustota strát. Tieto charakteristiky si vyžadujú kľúčové technológie a metódy navrhovania jedinečné pre vysokorýchlostné motory, ktoré ich odlišujú od konvenčných rýchlostných motorov. Vysokorýchlostné rotory motora sa zvyčajne otáčajú rýchlosťou nad 10 000 ot./min. Počas vysokorýchlostnej rotácie sa konvenčné laminované rotory snažia vydržať obrovské odstredivé sily, čo si vyžaduje prijatie špeciálnych vysokopevnostných laminovaných alebo pevných rotorových štruktúr. V prípade motorov s permanentnými magnetmi sú problémy s pevnosťou rotora ešte výraznejšie, pretože materiály sintrovaných permanentných magnetov nemôžu vydržať ťahové napätie generované vysokorýchlostným rotáciou rotora, čo si vyžaduje ochranné opatrenia pre trvalé magnety.

Okrem toho vysokorýchlostné trenie medzi rotorom a vzduchovou medzerou vedie k stratám trenia na povrchu rotora, ktoré sú oveľa väčšie ako v konvenčných rýchlostných motoroch, čo predstavuje významné výzvy pre chladenie rotora. Aby sa zabezpečila dostatočná pevnosť rotora, vysokorýchlostné rotory motora sú často štíhle, čo zvyšuje pravdepodobnosť priblíženia sa k kritickým rýchlostiam rotačných rýchlostí v porovnaní s konvenčnými rýchlostnými motormi. Aby sa predišlo rezonancii ohýbania, je nevyhnutné presne predpovedať kritickú rotačnú rýchlosť systému rotora.

Okrem toho konvenčné motorické ložiská nemôžu spoľahlivo fungovať pri vysokých rýchlostiach, čo si vyžaduje prijatie vysokorýchlostných systémov ložiska. Vysokofrekvenčný striedavý prúd vo vinutí a magnetický tok v jadre železa statora vysokorýchlostných motorov vytvárajú významné vysokofrekvenčné ďalšie straty pri vinutí motora, železnom jadre statora a rotora. Účinok pokožky a účinok blízkosti na straty vinutia sa zvyčajne môže ignorovať, keď je frekvencia prúdu statora nízka, ale v vysokofrekvenčných situáciách vykazuje vinutie statora významný účinok pokožky a efekt blízkosti, čím sa zvyšuje ďalšie straty vinutia.

Vysoká frekvencia magnetického toku v statorovom železnom jadre vysokorýchlostných motorov nemôže zanedbávať vplyv kožného účinku a konvenčné metódy výpočtu môžu viesť k významným chybám. Na presné výpočet straty jadra statora železa vysokorýchlostných motorov je potrebné preskúmať modely výpočtu straty železa za vysokovýkonných podmienok. Priestorové harmoniky spôsobené štrbinou statora a distribúciou vinutia nesizoidného, ​​ako aj súčasných časových harmonických harmonických generovaných napájaním PWM, všetky spôsobujú významné straty vírivého prúdu v rotore. Malý objem rotora a zlé podmienky chladenia predstavujú veľké ťažkosti pri chladení rotora. Pre presný výpočet strát prúdových prúdov rotora a skúmania účinných opatrení na ich zníženie sú preto rozhodujúce pre spoľahlivú prevádzku vysokorýchlostných motorov.

Okrem toho vysoké frekvenčné napätie alebo prúdy predstavujú výzvy pre návrh vysokorýchlostných vysokorýchlostných motorov ovládača. Vysokorýchlostné motory sú oveľa menšie ako konvenčné rýchlostné motory ekvivalentného výkonu, ktoré majú vysokú hustotu energie a hustotu strát, ako aj ťažké chladenie. Bez špeciálnych opatrení na chladenie môže teplota motora nadmerne stúpať a skracovať vinutie životnosti. Najmä v prípade motorov s permanentnými magnetmi môže nadmerná teplota rotora viesť k nezvratnej demagnetizácii trvalých magnetov.

Vysokorýchlostné motory sa vo všeobecnosti vzťahujú na motory s rotačnými rýchlosťami presahujúcimi 10 000 ot / min alebo hodnoty obtiažnosti (produkt rotačnej rýchlosti a odmocninový koreň energie) presahujúce 1 × 10^5. Medzi rôzne typy, ktoré sú v súčasnosti dostupné motory, tie, ktoré úspešne dosahujú vysoké rýchlosti, primárne zahŕňajú indukčné motory, motory s permanentným magnetom v interiéri, prepínané neochotné motory a niekoľko vonkajších motorov s permanentným magnetom a motormi pazúrov. Rotorové štruktúry vysokorýchlostných indukčných motorov sú relatívne jednoduché, s nízkou rotačnou zotrvačnosťou a schopnosťou pracovať na dlhšie obdobia za vysokých teplotných a vysokých rýchlostných podmienok, vďaka čomu sú široko používané v vysokorýchlostných aplikáciách.

Stručne povedané, vysokorýchlostné rotory motora sú kľúčové komponenty, ktoré umožňujú vysokorýchlostnú prevádzku motorov, ktoré sa vyznačujú svojimi vysokými rýchlosťami otáčania, špeciálnymi štrukturálnymi návrhmi a výzvami v systémoch chladenia a ložiska. Vďaka technologickému pokroku a priemyselným vylepšeniam sa vysokorýchlostné motory stále viac používajú v oblastiach, ako sú elektrické vozidlá, letectvo, priemyselné roboty a čistá energia, čo vedie k rozvoju vysokovýkonných materiálov a technológií. Napríklad rozsiahle používanie rotorov z uhlíkových vlákien výrazne zvyšuje účinnosť motora a trvanlivosť, čo označuje novú éru vysokorýchlostnej technológie motorov.