Changamoto Kubwa Tatu za Rota za Magnetic levitation motor na Suluhisho Zake

Mota zinazobeba sumaku, pamoja na faida zake za kufanya kazi bila kugusa, bila kuvaa, na utendakazi wa hali ya juu, zinabadilisha kwa haraka injini za jadi katika nyanja kama vile vibandiko vya mwendo wa kasi, vipeperushi na hifadhi ya nishati ya flywheel. Hata hivyo, wakati kasi ya mzunguko inafikia makumi ya maelfu au hata zaidi ya mapinduzi laki moja kwa dakika, kuegemea kwa rotor inakuwa sababu kuu ya mafanikio ya bidhaa - vibration na kelele isiyo ya kawaida, kikosi cha sumaku, na kushindwa kwa kasi ni matatizo matatu yanayoendelea ambayo yamekuwa na shida kwa muda mrefu wahandisi katika sekta hiyo. Makala haya yanaanza kutoka kwa sababu kuu, inachambua mifumo ya kimwili nyuma ya masuala haya, na inaleta suluhisho la ufanisi zaidi la sasa - teknolojia ya vilima vya nyuzi za kaboni.

1. Mtetemo na Kelele Isiyo ya Kawaida: Asiyeonekana 'Muuaji wa masafa ya chini'

1.1 Matukio na Hatari

Wakati wa operesheni, motors za kuzaa sumaku wakati mwingine huonyesha mtetemo na kelele isiyo ya kawaida ambayo haitegemei kasi ya mzunguko. Tofauti na mtetemo usio na usawa wa kawaida katika mashine za kawaida zinazozunguka, mtetemo huu hauathiriwi na kiwango cha kasi; inaendelea hata kwa kasi thabiti. Mfiduo wa muda mrefu wa mtetemo kama huo hauharakishi tu uharibifu wa uchovu kwa fani na sehemu za muundo lakini pia hutoa kelele inayokera, na kuathiri sana uaminifu wa vifaa na uzoefu wa mtumiaji.

1.2 Uchambuzi wa Chanzo Chanzo

Uchunguzi unaonyesha kuwa mtetemo wa masafa ya chini wa Rota ya injini ya kuinua sumaku huamuliwa na mzunguko wa asili wa mfumo wa udhibiti wa kitanzi kilichofungwa na husisimka na kelele ya nje. Kwa maneno mengine, hili si suala la kimitambo bali ni jambo la kuunganisha kati ya mfumo wa udhibiti na muundo wa mitambo.

Hasa, mambo yafuatayo yanaweza kusababisha mtetemo wa masafa ya chini:

• Usawa wa rotor : kukabiliana na katikati ya wingi unaosababishwa na makosa ya machining na mkutano;

• Kuzaa kibali : kutofautiana kati ya vigezo vya udhibiti wa fani za magnetic na sifa za nguvu za rotor;

• Viungo vya kati katika mfumo wa udhibiti : ucheleweshaji na usio wa mstari katika upataji wa mawimbi, usindikaji na utoaji.

1.3 Ufumbuzi

Kwa mtetemo wa masafa ya chini, mbinu kuu za kiufundi ni pamoja na:

(1) Marekebisho ya kusawazisha yanayobadilika : tumia vifaa vya kusawazisha vya usahihi wa hali ya juu kusahihisha rota, kuongeza au kuondoa vikanuzi ili kuleta usawa ndani ya safu inayoruhusiwa.

(2) Uboreshaji wa kanuni za udhibiti : watafiti wamependekeza mikakati ya fidia ya mtetemo kulingana na waangalizi waliopanuliwa wa serikali. Matokeo ya majaribio yanaonyesha kuwa chini ya msisimko sawa wa kelele nyeupe, kiwango cha juu cha mtetemo wa rota na kifidia hupunguzwa kwa takriban 21% ikilinganishwa na udhibiti wa PID pekee; saa 30,000 rpm, vibration ya juu ya rotor imepungua kwa 26.6%.

(3) Uboreshaji wa Muundo : boresha muundo wa rota ili kuboresha ugumu na sifa za unyevu za mfumo wa rota.

2. Kikosi cha Sumaku: 'Maumivu ya Centrifugal' kwa Kasi ya Juu

2.1 Matukio na Hatari

Kikosi cha sumaku ni mojawapo ya kushindwa kubwa zaidi katika motors za kudumu za sumaku. Kwa kasi ya makumi ya maelfu ya rpm, nguvu ya centrifugal kwenye sumaku inaweza kufikia maelfu ya uzito wao wenyewe. Mara tu sumaku ikitoka kwenye uso wa rotor, bora utendaji wa motor hupungua sana; mbaya zaidi, inaweza kusababisha kukwama kwa rotor, bao la stator bore, na matokeo mengine mabaya.

2.2 Uchambuzi wa Chanzo Chanzo

Kutenganisha sumaku na kuinua kingo kunaweza kuhusishwa na mambo makuu tano:

(1) Upungufu wa nguvu : nguvu ya kukatwa kwa wambiso ni ya chini kuliko centrifugal au nguvu ya athari kwenye sumaku, kwa hivyo dhamana haiwezi kushikilia.

(2) Kushindwa kwa halijoto ya juu na ya chini : wambiso huwa brittle kwenye joto la chini au kushindwa kwenye joto la juu, hupunguza kwa kiasi kikubwa utendaji wa kuunganisha. Adhesives ya kawaida huwa na joto la uendeshaji karibu 120 ° C, wakati ongezeko la joto la ndani la motor mara nyingi huzidi safu hii.

(3) Kutolingana kwa mgawo wa upanuzi wa mafuta : Tofauti za upanuzi wa mafuta kati ya sumaku (kwa mfano, NdFeB) na nyenzo za rotor (kwa mfano, aloi ya alumini) ni kubwa, na mabadiliko ya joto huleta mkazo wa ndani ambao hupasua safu ya wambiso.

(4) Mtetemo wa juu-frequency : mtetemo wa muda mrefu wa masafa ya juu husisitiza safu ya wambiso, kuharakisha kutofaulu kwa uchovu.

(5) Kutu ya mazingira : unyevu, joto, dawa ya chumvi, nk, kushambulia safu ya wambiso na kudhoofisha dhamana.

Kwa kuongezea, muundo usiofaa wa sehemu za sumaku unaweza kuzidisha shida. Wakati sehemu moja ya sumaku ina eneo kubwa sana la kugusana na rota, kufunika nyuzi za kaboni kwa nje kunaweza kuvunja sumaku kwa urahisi; hata ikiwa haina ufa wakati wa vilima, inaweza kupasuka baada ya operesheni fulani.

2.3 Ufumbuzi

(1) Boresha mchakato wa uunganishaji wa wambiso : chagua vibandiko vya muundo wa utendaji wa juu, hakikisha nyuso safi za kuunganisha, na udhibiti madhubuti hali ya kuponya.

(2) Muundo wa sehemu za sumaku : gawanya sumaku kando ya mwelekeo mlalo katika sehemu ndogo ili kupunguza eneo la kila kipande na kupunguza hatari ya kupasuka.

(3) Uimarishaji wa vikwazo vya kimwili  - hili ndilo suluhisho la msingi zaidi: ongeza sleeve yenye nguvu ya juu nje ya sumaku ili kutoa kizuizi cha kimwili dhidi ya nguvu ya katikati. Upepo wa nyuzi za kaboni kwa sasa unatambuliwa kama njia bora zaidi ya kuimarisha.

3. Kushindwa kwa Kasi ya Juu: Wakati Rota 'Haiwezi Kushikilia'

3.1 Matukio na Hatari

Wakati kasi ya motor inakaribia au kuzidi kikomo cha muundo wa rotor, rotor inakabiliwa na kushindwa kwa janga. Maonyesho ya kawaida ni pamoja na deformation ya rotor, mgawanyiko wa kudumu wa sumaku, kupasuka kwa sleeve, na kushuka kwa rotor. Mara tu kushindwa kwa kasi kubwa kunatokea, sio tu vifaa vinafutwa, lakini pia vinaweza kusababisha ajali mbaya za usalama.

3.2 Uchambuzi wa Chanzo Chanzo

Sababu kuu ya kushindwa kwa kasi kubwa ni  mgongano kati ya nguvu ya katikati na nguvu ya nyenzo..

Chukua sumaku za kudumu za NdFeB kama mfano. Ingawa zina bidhaa ya juu sana ya nishati ya sumaku na ulazimishaji, na kuzifanya kuwa nyenzo bora zaidi ya kudumu ya sumaku leo, nguvu zao za mkazo ni za chini (<80 MPa), na hazihimili joto na uthabiti duni wa mafuta. Kwa kasi ya makumi ya maelfu ya rpm, mkazo wa centrifugal kwenye sumaku za kudumu huzidi kikomo cha nguvu zao wenyewe, hivyo sleeve ya nje ni muhimu kwa ulinzi.

Suluhisho la jadi ni kutumia mikono ya chuma isiyo na sumaku (kama vile Inconel 718 au aloi ya titani). Hata hivyo, sleeves za chuma zina drawback mbaya:  eddy sasa hasara . Ya juu ya conductivity ya sleeve, mikondo ya eddy zaidi huzalishwa, na mbaya zaidi hasara ya sasa ya eddy, ambayo husababisha joto la rotor kuongezeka kwa kasi, na kuongeza zaidi hatari ya demagnetization ya sumaku za kudumu.

3.3 Ufumbuzi

Mikono ya mchanganyiko wa nyuzi za kaboni  kwa sasa inatambuliwa kuwa suluhisho bora zaidi.

Faida za sleeves za nyuzi za kaboni ni:

• Conductivity ya chini : hutoa karibu hakuna hasara za sasa za eddy, na kusababisha ongezeko la chini la joto la rotor;

• Nguvu ya juu : nguvu maalum ya fiber kaboni ni kubwa zaidi kuliko ile ya metali, kutoa kuzuia nguvu na uzito nyepesi;

• Moduli ya juu : kupitia uboreshaji wa vifaa vya resini na michakato ya vilima, moduli ya elastic inaweza kuongezeka kutoka kwa jadi 130-160 GPa hadi zaidi ya 200 GPa.

4. Suluhisho la Mwisho: Teknolojia ya Upepo wa Nyuzi za Carbon

Ili kutatua kwa wakati mmoja matatizo matatu makuu ya kelele ya mtetemo, kutengana kwa sumaku, na kushindwa kwa kasi ya juu, upeperushaji wa nyuzi za kaboni ni teknolojia ya lazima. Kanuni yake ni kupeperusha nyenzo zenye mchanganyiko wa nyuzi kaboni zenye nguvu ya juu kuzunguka sumaku za kudumu, na kutengeneza 'silaha' juu ya rota ambayo hutoa kizuizi endelevu cha miale dhidi ya nguvu ya katikati inayotokana na mzunguko wa kasi ya juu.

4.1 Michakato Miwili Mikuu

Kwa sasa, kuna njia mbili kuu za kutengeneza rota za nyuzi za kaboni:

Mbinu ya kuweka vyombo vya habari : kwanza tengeneza sleeve ya nyuzinyuzi ya kaboni, kisha uibonyeze kwenye rota au utumie kupunguza. Katika kupunguza-kufaa, rotor imepozwa hadi -190 ° C, na sleeve inaweza kuwekwa kwa nguvu ndogo sana ya axial. Mbinu ya kuweka vyombo vya habari imekomaa kiasi, lakini inahitaji udhibiti sahihi kabisa wa kifafa cha uingiliaji - uingiliaji mwingi unaweza kupasua sumaku, wakati kidogo sana hutoa kizuizi cha kutosha.

Njia ya vilima ya moja kwa moja : upepo nyuzinyuzi ya kaboni moja kwa moja kwenye uso wa sumaku ya kudumu, kisha uiponye. Njia hii inadai udhibiti mkali sana wa mvutano wa vilima, halijoto ya kuponya, uunganishaji wa tabaka, na vigezo vingine vya mchakato, lakini inaweza kufikia mkazo zaidi wa awali na matumizi ya juu zaidi ya nyenzo.

4.2 Matatizo Muhimu ya Kiufundi

(1) Udhibiti wa kabla ya mfadhaiko : mvutano unaofaa wa awali lazima utumike wakati wa kukunja ili nyuzinyuzi za kaboni itekeleze mgandamizo wa awali wa sumaku baada ya kuponya. Mvutano mkubwa unaweza kupasua sumaku, wakati mvutano wa kutosha hauwezi kutoa kizuizi cha kutosha.

(2) Ulinganishaji wa joto : vigawo vya upanuzi wa joto vya kiunga cha nyuzi kaboni, sumaku za kudumu na nyenzo za shimoni zinahitaji kulinganishwa kwa usahihi ili kuepuka mkazo mwingi wa ndani kutokana na mabadiliko ya halijoto.

(3) Uchanganuzi wa mfadhaiko: programu ya uchanganuzi wa vipengele vyenye kikomo (kwa mfano, MSC Patran/Nastran) inapaswa kutumiwa kuchanganua kwa usahihi mkazo na mgeuko wa muundo wa rota, kubainisha unene wa safu inayopinda, pembe, na mchakato wa vigezo mojawapo.

Uchunguzi umeonyesha kuwa rota ya Magnetic levitation motor yenye pete ya kuimarisha nyuzi za kaboni inaweza kukidhi mahitaji ya nguvu na deformation kwa kasi ya juu ya 72,000 rpm.

5. Mchakato wa Upepo wa Fiber ya Carbon wa SDM

Katika uwanja wa upeperushaji wa nyuzi za kaboni kwa kuzaa kwa sumaku / rota za mwendo wa kasi,  SDM  ni mojawapo ya makampuni machache ya ndani ambayo yana ujuzi wa teknolojia ya msingi.

Katika uwanja wa kuzaa kwa sumaku / rota za mwendo wa kasi, mchakato wa kukunja nyuzi za kaboni wa SDM una sifa bora zifuatazo:

(1) Uwezo wa utengenezaji wa mnyororo kamili : kampuni ina uwezo wa kutengeneza mnyororo wa sehemu moja kutoka kwa nyenzo za sumaku (sumaku laini + ngumu ya sumaku) hadi sehemu za stator/rota, na kisha kuzitatua mifumo ya mikromota ya kihisia. Hii ina maana kwamba kuanzia uteuzi wa sumaku na muundo wa rota hadi uzimaji wa nyuzi za kaboni na majaribio ya mwisho, kila kitu hufanywa ndani ya nyumba, kuhakikisha udhibiti wa ubora wa juu sana.

(2) Kizazi cha nne cha sumaku ya kudumu ya nadra-ardhi R&D : kampuni inaendelea kuwekeza katika ukuzaji wa nyenzo za kudumu za sumaku za kudumu za kizazi cha nne, kutoa substrates bora za sumaku kwa vilima vya nyuzi za kaboni. Ubora wa sumaku zenyewe - ikiwa ni pamoja na nguvu ya mkazo, utulivu wa joto, na usahihi wa dimensional - huamua moja kwa moja utendaji wa mwisho wa vilima vya nyuzi za kaboni.

(3) Uwezo wa uchakataji kwa usahihi : kampuni hutumia michakato ya uchakachuaji kwa usahihi kama vile kusaga silinda ya CNC ili kuhakikisha usahihi wa vipimo vya rota na mikono. Upepo wa nyuzi za kaboni unahitaji mviringo wa juu sana na ushirikiano wa substrate ya rotor; hitilafu yoyote ndogo ya machining itakuzwa kwa kasi ya juu.

(4) Muundo ulioboreshwa wa kugawanya sumaku : SDM huunda sehemu za sumaku kwa kuzingatia kikamilifu sifa za vilima vya nyuzi za kaboni, ikigawanya sumaku kwa busara ili kuhakikisha utendaji wa kutosha wa sumaku huku ikiepuka hatari ya kupasuka inayosababishwa na maeneo makubwa kupita kiasi ya sumaku - mbinu hii ya kubuni inashughulikia moja kwa moja sehemu za maumivu za mchakato wa kukunja.

(5) Uboreshaji wa ushirikiano wa mchakato wa vilima na vifaa : kupitia utafiti unaoendelea juu ya vifaa vya resin na uboreshaji wa mchakato wa vilima, kampuni imeongeza kwa kasi moduli ya elastic ya mchanganyiko wa nyuzi za kaboni, kupunguza hasara za sasa za eddy wakati wa kuhakikisha nguvu, na hivyo kimsingi kutatua tatizo la kupanda kwa joto kupita kiasi kuhusishwa na sleeves ya chuma.

Hitimisho

Kelele za mtetemo, kutengana kwa sumaku, na kushindwa kwa kasi ya juu kwa rota ya mwendo wa Magnetic levitation kimsingi ni dhihirisho la ukinzani kati ya nguvu ya katikati na nyenzo, muundo, na mifumo ya udhibiti katika kasi ya juu ya mzunguko. Teknolojia ya kukunja nyuzi za kaboni, kwa kutoa vizuizi vikali, vya hasara ya chini, imekuwa suluhisho bora kwa changamoto hizi tatu kuu.

SDM, pamoja na uzoefu wake wa miaka 16 katika tasnia ya nyenzo za sumaku, uwezo wa utengenezaji wa mnyororo kamili, nguvu ya R&D ya kizazi cha nne ya sumaku adimu ya ardhini, na mchakato wa kukunja nyuzi za kaboni iliyosafishwa, inatoa suluhu zinazotegemewa za rota kwa motors za kuzaa sumaku / zenye kasi kubwa. Katika siku zijazo, pamoja na maendeleo ya kuendelea katika nyenzo za nyuzi za kaboni na teknolojia za vilima, mipaka ya kasi na uaminifu wa motors za kuzaa magnetic zitasukumwa hata zaidi.