Nyckelelement i höghastighetsmotorutveckling

Med den kraftfulla utvecklingen av den globala marknaden för nya energifordon har hastigheten för att driva motorer visat en häpnadsväckande tillväxt. Från 18 000 rpm för flera år sedan till att bekvämt överskrida 20 000 rpm idag, representerar detta inte bara ett numeriskt genombrott utan också rigorösa tester av motordesign och tillverkningsteknik. Den här artikeln diskuterar flera aspekter av snabb motorisk utveckling.

 

01. Urval av Rotorpolsparnummer ​

I höghastighetsmotorer har järnförlust blivit en oundviklig kritisk faktor, särskilt i höghastighetsområden. Det finns ett nära samband mellan antalet motorpoler och järnförlusten eftersom när motorhastigheten ökar, ökar också frekvensen av magnetiska flödesförändringar i kärnan, vilket leder till en signifikant ökning av järnförlusten.

Till exempel, i en motor som arbetar med 20 000 rpm når en 6-polig motor en arbetsfrekvens på 1000 Hz, medan en 8-polig motor ökar denna till 1333 Hz. Enligt ovan nämnda beräkningsformel för järnförlust leder ökningen av driftfrekvensen direkt till ökad järnförlust.

I designtrenden för höghastighetsmotorer kan vi se en gradvis minskning av användningen av kombinationer av 8/48 poler och en ökning av användningen av kombinationer av 6/54 poler.

Orsaken till denna förskjutning ligger i de tidigare nämnda övervägandena om järnförlust. För att minska järnförlusten under höghastighetsdrift, tenderar konstruktörer att välja kombinationen 6/54 poler för att uppnå bättre elektromagnetisk prestanda och högre effektivitet.

02. Val av kylsystem

För permanentmagnetmotorer med hög hastighet påverkar temperaturen avsevärt deras prestanda. Eftersom driftspunkten för permanentmagneter driver med temperaturen, kan alltför höga temperaturer till och med riskera avmagnetisering av magneterna. Dessutom begränsar den höga effekttätheten hos elmotorer i nya energifordon kylytan, vilket gör kylsystemets design avgörande för att säkerställa stabil motorprestanda.

När man överväger kylningsmetoder föreslår jag att man använder ett oljekylningssystem för motorer med varvtal över 18 000 rpm. Detta beror på att uppvärmningsproblemen hos rotorn blir särskilt framträdande när hastigheterna överstiger 16 000 rpm. I en vattenkyld motor kyls statorn i första hand, medan det under höga hastigheter blir en utmaning att effektivt avleda rotorvärme genom vattenkylning.

När det gäller temperaturövervakning, inbäddar nuvarande motorkonstruktioner typiskt temperatursensorer inuti statorn. I vattenkylda motorer, på grund av stabila flödeskanalstrukturer, är temperaturfördelningen av statorlindningar relativt enhetlig och välkontrollerad. Men i oljekylda motorer resulterar den större designflexibiliteten hos flödeskanaler i mer märkbara temperaturskillnader mellan lindningarna jämfört med vattenkylda motorer. När man väljer sensorplacering är det därför viktigt att beakta områden med högre lindningstemperaturstegringar för att minimera temperaturskillnaden mellan övervakad temperatur och den högsta lindningspunkten, vilket exakt återspeglar motorns faktiska termiska tillstånd.

03. Tekniska utmaningar för höghastighetslager

Rotorstödsystemet är en central komponent i utvecklingen av höghastighetsmotorer, där valet av lagerteknik är särskilt viktigt. För närvarande används djupa spårkullager ofta i motorlager.

I höghastighetsmiljöer står kullager inför allvarliga utmaningar som överhettning och risk för löpning. Detta beror på att när hastigheten ökar ökar friktionen och värmegenereringen inuti lagren också kraftigt, vilket leder till minskad lagerprestanda eller till och med fel. Därför är smörjning av höghastighetslager avgörande.

Efter att motorvarvtal överstiger 18 000 rpm är en annan viktig anledning till att rekommendera oljekylning lagersmörjning. I vattenkylda motorer används vanligtvis självsmörjande kullager för lager. Men under höghastighetsdrift möter dessa lager utmaningar som fettläckage och stora temperaturskillnader mellan inre och yttre ringar.

Däremot kan kullager av öppen typ som används i oljekylningssystem effektivt kyla de inre och yttre ringarna på lagren, undvika fettläckageproblem och ha en lägre rullfriktionskoefficient. Uppmärksamhet måste dock ägnas åt utformningen av smörjoljebanor för att säkerställa tillräcklig kylning av lagren. I skulderhålet är den utskjutande strukturen inbäddad för att säkerställa att kyloljans flödeshastighet är relativt jämn före och efter skuldran.