Visoka hitrost strukture rotorja in oblikovalske značilnosti (oblikovanje statorja, različne vrste oblikovanja strukture rotorja)

High speed motor rotor has the characteristics of small size, high power density, direct connection with high speed load, eliminating the traditional mechanical acceleration device, reducing system noise and improving system transmission efficiency, etc. It has broad application prospects in the fields of high-speed grinding machines, air circulation refrigeration systems, energy storage flywheels, fuel cells, high-speed centrifugal compressors for natural gas transmission and distributed power generation systems as Oprema za napajanje za letala ali ladje in je postala ena izmed raziskovalnih žarišč na mednarodnem električnem področju.

Glavne značilnosti motorja visoke hitrosti so visoka hitrost rotorja, visoka stator navijanje toka in frekvenca magnetnega toka v jedru, veliko gostoto moči in gostota izgube. Te značilnosti določajo, da sta ključna tehnologija in metode oblikovanja motorja visoke hitrosti različna od metod motorja s konstantno hitrostjo.

Hitrost rotorja motorja visoke hitrosti je običajno višja od 10 000 r/min. Pri vrtenju z veliko hitrostjo običajni laminirani rotor ne more prenesti ogromne centrifugalne sile, zato je treba uporabiti posebno visoko trdno laminirano ali trdno strukturo rotorja. Pri trajnih motornih magnetnih motorjih je problem trdnosti rotorja bolj izrazit, saj sintrani trajni magnetni material ne more prenesti nateznega napetosti, ki nastane z vrtenjem visoke hitrosti rotorja, za trajni magnet pa je treba sprejeti zaščitne ukrepe. Trenje visoke hitrosti med rotorjem in zračno režo povzroča veliko večjo izgubo trenja na površini rotorja kot motorja s konstantno hitrostjo, kar prinaša velike težave pri odvajanju toplote rotorja. Da bi zagotovili, da ima rotor zadostno trdnost, je rotor visokohitrostnega motorja večinoma vitki, zato se v primerjavi s konstantno hitrostjo motorja rotorja, ki se približuje kritični hitrosti motorja visoke hitrosti, močno poveča. Navadni motorični ležaji ne morejo zanesljivo delovati z veliko hitrostjo in uporabljati je treba sisteme za visoke hitrosti.

Visoka izmenična frekvenca vijugastega toka in magnetnega toka v jedru motorja visoke hitrosti bo povzročila veliko visokofrekvenčno dodatno izgubo pri navijanju motorja, jedra in rotorja. Kadar je frekvenca statorja nizka, lahko učinek kožnega učinka in bližine na izgubo navijanja prezremo, vendar bo z visoko frekvenco navijanje statorja povzročilo očiten kožni učinek in učinek bližine ter povečalo dodatno izgubo navitja. Frekvenca magnetnega toka v jedru statorja motorja visoke hitrosti je visoka, vpliva kožnega učinka ni mogoče prezreti in običajna metoda izračuna bo prinesla velike napake. Da bi natančno izračunali izgubo jedra statorja z visoko hitrostjo motorja, je treba raziskati model izračuna izgube železa v visokih frekvenčnih pogojih. Vesoljska harmonika, ki jo povzročajo reža za stator in vijuganje ne-sinusoidne porazdelitve, pa tudi trenutne in časovne harmonike, ki jih ustvari napajanje PWM, bodo povzročile veliko izgubo vrtinčnega toka v rotorju. Zaradi majhnosti rotorja in slabih hladilnih pogojev bo prineslo velike težave pri razpršitvi toplote rotorja. Zato bo razpravljano o natančnem izračunu izgube toka rotorja vrtinčev in raziskovanja učinkovitih ukrepov za zmanjšanje izgube vrtinkovega toka rotorja. Velik pomen je za zanesljivo delovanje motorja z visoko hitrostjo. Hkrati visokofrekvenčna napetost ali tok prinaša tudi izzive pri oblikovanju krmilnikov motorjev z visoko močjo.

The volume of the high-speed motor is much smaller than the constant speed motor of the same power, not only the power density and loss density is large, but also the heat dissipation is difficult, if the special heat dissipation measures are not used, the temperature rise of the motor will be too high, thereby shortening the life of the winding, especially for the permanent magnet motor, in the case of the rotor temperature rise is too high, the permanent magnet is prone to Nepovratna demagnetizacija. Dobro zasnovan hladilni sistem lahko učinkovito zmanjša temperaturno dvig fiksnega rotorja, kar je ključno za dolgoročno stabilno delovanje motorjev z visoko močjo.

Če povzamemo, obstaja veliko posebnih ključnih težav pri trdnosti rotorja, dinamiki sistema rotorja, elektromagnetnem dizajnu, oblikovanju hladilnega sistema in izračuna temperature, visokega hitrosti in razvoja krmilnikov, ki niso na voljo v običajnih motorjih. Zato je zasnova motorja z visokim hitrostjo celovit postopek načrtovanja več iteracij fizičnih polj, kot so elektromagnetno polje, jakost rotorja, dinamika rotorja, polje tekočine in temperaturno polje. Trenutno so glavne vrste motorjev, ki se uporabljajo na poljih za visoke hitrosti, indukcijski motorji, trajni motorni magnetni motorji, stikalni motorji za zadržanost in motorji krempljev, vsak tip motorja pa ima drugačno topologijo.

Ta članek analizira razvojno stanje različnih vrst motorjev visokih hitrosti doma in v tujini in povzema mejni indeks različnih vrst motorjev z visokimi hitrostmi. Strukturne in oblikovalske značilnosti motorja visoke hitrosti so podrobno analizirane, vključno z oblikovanjem statorja, oblikovanjem strukture rotorja, analizo dinamike sistema rotorja, izbiro ležajev in oblikovanjem sistema hladilnega sistema itd. Končno se analizirajo glavni problemi, ki se soočajo z razvojem motorja visoke hitrosti, zato se prospektirajo razvojni trend in možnosti razvoja visokega hitrosti motorja.