Pomen zasnove rotorja pri visokohitrostnih brezkrtačnih motorjih

Visokohitrostni brezkrtačni motorni rotor običajno deluje pri hitrostih od 20.000 do 100.000 RPM. Zasnova visokohitrostnih motorjev se bistveno razlikuje od običajnih nizkohitrostnih nizkofrekvenčnih motorjev. Dinamična analiza rotorskih in ležajnih sistemov je ključnega pomena za obratovalno zanesljivost visokohitrostnih motorjev.

Zasnova rotorja je ključnega pomena pri zasnovi visokohitrostnega brezkrtačnega motorja, pri čemer glavni vidiki vključujejo: izbiro premera in dolžine rotorja, izbiro materialov s trajnimi magneti in uporabljene zaščitne metode (ker trajni magneti ne morejo vzdržati ogromnih centrifugalnih sil, ki se pojavljajo pri visokih hitrostih, in morajo biti zaščiteni z materiali visoke trdnosti). To vključuje analizo moči in togosti rotorja ter zasnovo ležajev (ker brezkrtačni motorji z visoko hitrostjo ne morejo uporabljati standardnih ležajev in morajo namesto tega uporabljati brezkontaktne tipe, kot so zračni ali magnetni ležaji).

Pri brezkrtačnih motorjih z visoko hitrostjo mora zasnova rotorja s trajnim magnetom upoštevati tako elektromagnetne kot mehanske vidike. To pomeni, da mora rotor s trajnim magnetom zagotavljati dovolj močno rotacijsko magnetno polje za navitja statorja, hkrati pa mora vzdržati ogromne centrifugalne sile, ki nastanejo zaradi vrtenja pri visoki hitrosti.

Visoka hitrost brezkrtačni motorji imajo na splošno manj polov, običajno uporabljajo 2 ali 4 poli. 2-polni motor omogoča uporabo trdne strukture za trajne magnete, da se zagotovi mehanska in elektromagnetna simetrija. Poleg tega sta magnetno polje jedra statorja in tok navitja ter frekvenca 2-polnega motorja le polovica manjša kot pri 4-polnem motorju, kar pomaga zmanjšati izgube železa in bakra v statorju motorja. Vendar pa je glavna pomanjkljivost 2-polnih motorjev, da so navitja statorja daljša in zahtevajo večjo površino jedra statorja.

Izbira materiali s trajnimi magneti v visokohitrostnih brezkrtačnih motorjih pomembno vplivajo na velikost in zmogljivost motorja. Pri izbiri trajnih magnetnih materialov je treba upoštevati:

1. Za povečanje gostote moči in učinkovitosti motorja je treba izbrati materiale z visoko gostoto preostalega pretoka, koercitivnostjo in produktom magnetne energije.

2. Krivulja razmagnetenja materiala trajnega magneta se mora linearno spreminjati znotraj dovoljenega delovnega temperaturnega območja. Za zagotovitev, da delovna temperatura rotorja s trajnim magnetom ne preseže temperature razmagnetenja magnetov, je treba uporabiti materiale s trajnimi magneti, odporne na visoke temperature.

Glede na ogromne centrifugalne sile, ki jih morajo vzdržati rotorji s trajnimi magneti brezkrtačnih motorjev visoke hitrosti, so kritične tudi mehanske lastnosti magnetnih materialov. Glede na tehnične zahteve in materialne stroške se običajno uporablja sintrani neodim železo bor, vrsta trajnega magnetnega materiala praškaste metalurgije. Zaščitne metode za te magnete vključujejo dodajanje visoko trdnega, nemagnetnega zaščitnega ohišja zunaj magneta, tesno nameščenega nanj. Druga zaščitna metoda vključuje uporabo trakov iz ogljikovih vlaken za pritrditev magnetov.