Höghastighetsmotorrotorstruktur och designegenskaper (statordesign, olika typer av rotortrukturdesign)

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 power supply equipment for aircraft eller fartyg och har blivit en av forskningshotningarna inom det internationella elektriska området.

Huvudegenskaperna hos höghastighetsmotor är hög rotorhastighet, hög statorslingström och magnetisk flödesfrekvens i kärnan, högeffektdensitet och förlustdensitet. Dessa egenskaper bestämmer att de viktigaste teknik- och designmetoderna för höghastighetsmotor skiljer sig från de för konstant hastighetsmotor.

Rotorhastigheten för höghastighetsmotorn är vanligtvis högre än 10 000 r/min. När den roterar med hög hastighet kan den konventionella laminerade rotorn inte tåla den enorma centrifugalkraften, så speciell höghållfast laminerad eller solid rotorstruktur måste användas. För permanenta magnetmotorer är problemet med rotorkonstruktion mer framträdande, eftersom det sintrade permanentmagnetmaterialet inte tål den dragspänningen som genereras genom höghastighetsrotationen av rotorn, och skyddsåtgärder måste vidtas för den permanenta magneten. Höghastighetsfriktionen mellan rotorn och luftgapet orsakar mycket större friktionsförlust på rotorytan än den för konstant hastighetsmotor, vilket ger stora svårigheter till rotorvärmeavledningen. För att säkerställa att rotorn har tillräcklig styrka är rotorn för höghastighetsmotorn mestadels smal, så jämfört med konstant hastighetsmotor ökas möjligheten att rotorsystemet närmar sig den kritiska hastigheten för höghastighetsmotorn kraftigt. Vanliga motorlager kan inte fungera pålitligt med hög hastighet och höghastighetsbärsystem måste användas.

Den höga växlande frekvensen av lindningsström och magnetflöde i kärnan i höghastighetsmotorn kommer att ge stor hög frekvens ytterligare förlust i lindningen av motor, statorkärna och rotor. När statorströmfrekvensen är låg kan effekten av hudeffekt och närhetseffekt på lindningsförlusten ignoreras, men vid hög frekvens kommer statorlindningen att ge uppenbar hudeffekt och närhetseffekt och öka den ytterligare förlusten av lindningen. Den magnetiska flödesfrekvensen i statorkärnan hos höghastighetsmotorn är hög, påverkan av hudeffekt kan inte ignoreras och den konventionella beräkningsmetoden kommer att ge stora fel. För att exakt beräkna statorkärnanförlust av höghastighetsmotor är det nödvändigt att undersöka beräkningsmodellen för järnförlust under högfrekvensförhållanden. Space Harmonics orsakade av statorns spår och lindande icke-sinusformad distribution, liksom de nuvarande och tidsmoniker som genereras av PWM-strömförsörjning, kommer att ge stor virvelströmförlust i rotorn. På grund av den lilla storleken på rotorn och dåliga kylförhållanden kommer det att ge stora svårigheter till rotorvärmeavledningen. Därför kommer den exakta beräkningen av rotor virvelströmförlust och utforskning av effektiva åtgärder för att minska rotor virvelströmförlusten att diskuteras. Det är av stor betydelse för tillförlitlig drift av höghastighetsmotor. Samtidigt ger högfrekvensspänning eller ström också utmaningar till kontroller design av högeffekten höghastighetsmotorer.

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 irreversible Demagnetisering. Ett väl utformat kylsystem kan effektivt minska temperaturökningen för den fasta rotorn, som är nyckeln till den långsiktiga stabila driften av högeffekt med hög hastighetsmotorer.

Sammanfattningsvis finns det många speciella nyckelproblem inom rotorkonstruktion, rotordynamik, elektromagnetisk design, kylsystemdesign och beräkning av temperaturökning, höghastighetslager och kontrollutveckling som inte är tillgängliga i konventionella motorer. Därför är utformningen av höghastighetsmotor en omfattande konstruktionsprocess av flera iterationer av fysiska fält såsom elektromagnetfält, rotordödel, rotordynamik, fluidfält och temperaturfält. För närvarande är de viktigaste typerna av motorer som används i höghastighetsfält induktionsmotorer, permanenta magnetmotorer, växlade motvilja motorer och klo polmotorer, och varje motortyp har en annan topologi.

Denna artikel analyserar utvecklingsstatusen för olika typer av höghastighetsmotorer hemma och utomlands och sammanfattar gränsindexet för olika typer av höghastighetsmotorer. Strukturen och designegenskaperna för höghastighetsmotor analyseras i detalj, inklusive statordesign, rotordonstruktionsdesign, rotordynamikanalys, bärande urval och kylsystemdesign, etc. Till sist är de viktigaste problemen inför utvecklingen av höghastighetsmotor analyserade och utvecklingsutvecklingen och utsikterna för höghastighetsmotor prospekteras.