Význam konštrukcie rotora vo vysokorýchlostných bezkomutátorových motoroch

Vysokorýchlostný rotor bezkomutátorového motora zvyčajne pracuje pri rýchlostiach v rozsahu od 20 000 do 100 000 ot./min. Konštrukcia vysokootáčkových motorov sa výrazne líši od konvenčných nízkootáčkových, nízkofrekvenčných motorov. Pre prevádzkovú spoľahlivosť vysokootáčkových motorov je rozhodujúca dynamická analýza rotorových a ložiskových systémov.

Konštrukcia rotora je kľúčová pri konštrukcii vysokorýchlostného bezkomutátorového motora, pričom hlavné úvahy zahŕňajú: výber priemeru a dĺžky rotora, výber materiálov permanentných magnetov a použitých ochranných metód (keďže permanentné magnety nedokážu odolať obrovským odstredivým silám vyskytujúcim sa pri vysokých rýchlostiach a musia byť tienené materiálmi s vysokou pevnosťou). To zahŕňa analýzu sily a tuhosti rotora a návrh ložísk (keďže vysokorýchlostné bezkomutátorové motory nemôžu používať štandardné ložiská a musia namiesto toho používať bezkontaktné typy, ako sú vzduchové alebo magnetické ložiská).

Pri vysokorýchlostných bezkomutátorových motoroch musí konštrukcia rotora s permanentným magnetom zohľadňovať elektromagnetické aj mechanické aspekty. To znamená, že rotor s permanentným magnetom musí poskytovať dostatočne silné rotačné magnetické pole pre vinutia statora a zároveň musí byť schopný odolať obrovským odstredivým silám generovaným vysokorýchlostnou rotáciou.

Vysokorýchlostné bezkomutátorové motory majú vo všeobecnosti menej pólov, zvyčajne používajú 2 alebo 4 póly. 2-pólový motor uľahčuje použitie pevnej konštrukcie pre permanentné magnety na zabezpečenie mechanickej a elektromagnetickej symetrie. Okrem toho magnetické pole jadra statora a prúd a frekvencia vinutia 2-pólového motora sú len polovičné oproti 4-pólovému motoru, čo pomáha znižovať straty železa a medi v statore motora. Hlavnou nevýhodou 2-pólových motorov je však to, že vinutia statora sú dlhšie a vyžadujú väčšiu plochu jadra statora.

Výber z materiály s permanentnými magnetmi vo vysokorýchlostných bezkomutátorových motoroch výrazne ovplyvňujú veľkosť a výkon motora. Pri výbere materiálov s permanentnými magnetmi je potrebné zvážiť:

1. Na zvýšenie hustoty výkonu a účinnosti motora by sa mali zvoliť materiály s vysokou reziduálnou hustotou toku, koercitivitou a produktom magnetickej energie.

2. Demagnetizačná krivka materiálu permanentného magnetu by sa mala lineárne meniť v rámci prípustného rozsahu prevádzkových teplôt. Aby prevádzková teplota rotora s permanentným magnetom neprekročila teplotu demagnetizácie magnetov, mali by sa použiť materiály s permanentnými magnetmi odolnými voči vysokej teplote.

Vzhľadom na obrovské odstredivé sily, ktorým musia rotory vysokorýchlostných bezkomutátorových motorov s permanentnými magnetmi odolávať, sú mechanické vlastnosti materiálov magnetov tiež kritické. Vzhľadom na technické požiadavky a materiálové náklady sa bežne používa spekaný neodýmový železitý bór, typ materiálu s permanentnými magnetmi práškovej metalurgie. Metódy ochrany týchto magnetov zahŕňajú pridanie vysoko pevného, ​​nemagnetického ochranného krytu mimo magnetu, ktorý je na ňom tesne nasadený. Ďalšia metóda ochrany zahŕňa použitie pások z uhlíkových vlákien na upevnenie magnetov.