Höghastighetsmotorrotorstruktur och designegenskaper (statordesign, olika typer av rotorstrukturdesign)

Höghastighetsmotorrotor har egenskaperna liten storlek, hög effekttäthet, direkt anslutning med höghastighetsbelastning, eliminering av den traditionella mekaniska accelerationsanordningen, reducering av systemljud och förbättring av systemets transmissionseffektivitet, etc. Den har breda tillämpningsmöjligheter inom områdena höghastighetsslipmaskiner, kylsystem för luftcirkulation, svänghjul för energilagring, gasgenerering av energikompressorer och centrifugalkompressorer, gaskompressorer och bränsleceller för centrifugaltransmission. som strömförsörjningsutrustning för flygplan eller fartyg, och har blivit en av forskningshotspotarna inom det internationella elektriska området.

Huvudegenskaperna hos höghastighetsmotorer är hög rotorhastighet, hög statorlindningsström och magnetisk flödesfrekvens i kärnan, hög effekttäthet och förlustdensitet. Dessa egenskaper bestämmer att nyckelteknologin och designmetoderna för höghastighetsmotorer skiljer sig från dem för motorer med konstant hastighet.

Höghastighetsmotorns rotorhastighet är vanligtvis högre än 10 000 r/min. När den roterar med hög hastighet kan den konventionella laminerade rotorn inte motstå den enorma centrifugalkraften, så speciell höghållfast laminerad eller solid rotorstruktur måste användas. För permanentmagnetmotorer är problemet med rotorstyrka mer framträdande, eftersom det sintrade permanentmagnetmaterialet inte kan motstå dragspänningen som genereras av rotorns höghastighetsrotation, och skyddsåtgärder måste vidtas för permanentmagneten. Höghastighetsfriktionen mellan rotorn och luftgapet orsakar mycket större friktionsförluster på rotorytan än hos motorn med konstant hastighet, vilket medför stora svårigheter för rotorns värmeavledning. För att säkerställa att rotorn har tillräcklig styrka är höghastighetsmotorns rotor mestadels smal, så jämfört med konstanthastighetsmotorn ökar möjligheten att rotorsystemet närmar sig den kritiska hastigheten för höghastighetsmotorn avsevärt. Vanliga motorlager kan inte fungera tillförlitligt vid hög hastighet, och höghastighetslagersystem måste användas.

Den höga växelfrekvensen av lindningsströmmen och magnetflödet i kärnan i höghastighetsmotorn kommer att ge stora högfrekventa ytterligare förluster 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 höghastighetsmotorns statorkärna är hög, påverkan av hudeffekten kan inte ignoreras, och den konventionella beräkningsmetoden kommer att ge stora fel. För att korrekt beräkna statorkärnans förlust för höghastighetsmotorer är det nödvändigt att utforska beräkningsmodellen för järnförlust under högfrekventa förhållanden. De rymdövertoner som orsakas av statorslitsen och lindningens icke-sinusformiga fördelning, såväl som ström- och tidsövertonerna som genereras av PWM-strömförsörjningen, kommer att producera stora virvelströmsförluster i rotorn. På grund av den lilla storleken på rotorn och dåliga kylförhållanden kommer det att medföra stora svårigheter för rotorns värmeavledning. Därför kommer den exakta beräkningen av rotorvirvelströmsförluster och utforskningen av effektiva åtgärder för att minska rotorvirvelströmsförlusten att diskuteras. Det är av stor betydelse för tillförlitlig drift av höghastighetsmotorer. Samtidigt medför högfrekvent spänning eller ström också utmaningar för styrenhetens design av högeffekts höghastighetsmotorer.

Höghastighetsmotorns volym är mycket mindre än konstanthastighetsmotorn med samma effekt, inte bara effekttätheten och förlustdensiteten är stor, utan också värmeavledningen är svår, om de speciella värmeavledningsåtgärderna inte används, kommer motorns temperaturökning att vara för hög, vilket förkortar lindningens livslängd, speciellt för permanentmagnetmotorn, i fallet med permanentmagnetmotorn för hög magnetmotor, för att höja magneten för hög temperatur. irreversibel avmagnetisering. Ett väldesignat kylsystem kan effektivt minska temperaturökningen på den fasta rotorn, vilket är nyckeln till den långsiktigt stabila driften av högeffekts höghastighetsmotorer.

Sammanfattningsvis finns det många speciella nyckelproblem inom rotorhållfasthet, rotorsystemdynamik, elektromagnetisk design, kylsystemdesign och temperaturökningsberäkning, höghastighetslager och regulatorutveckling som inte finns i konventionella motorer. Därför är designen av en höghastighetsmotor en omfattande designprocess av flera iterationer av fysiska fält som elektromagnetiskt fält, rotorstyrka, rotordnamik, vätskefält och temperaturfält. För närvarande är huvudtyperna av motorer som används i höghastighetsfält induktionsmotorer, permanentmagnetmotorer, switchade reluktansmotorer och klopolmotorer, 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 hos höghastighetsmotorer analyseras i detalj, inklusive statordesign, rotorstrukturdesign, rotorsystemdynamikanalys, lagerval och kylsystemdesign etc. Äntligen analyseras huvudproblemen för utvecklingen av höghastighetsmotorer, och utvecklingstrenden och utsikterna för höghastighetsmotorer prospekteras.