โครงสร้างโรเตอร์มอเตอร์ความเร็วสูงและลักษณะการออกแบบ (การออกแบบสเตเตอร์ การออกแบบโครงสร้างโรเตอร์ประเภทต่างๆ)

โรเตอร์มอเตอร์ความเร็วสูง มีลักษณะเป็นขนาดที่เล็ก ความหนาแน่นของกำลังสูง เชื่อมต่อโดยตรงกับโหลดความเร็วสูง กำจัดอุปกรณ์เร่งความเร็วเชิงกลแบบดั้งเดิม ลดเสียงรบกวนของระบบและปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งผ่านของระบบ ฯลฯ มีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในด้านเครื่องบดความเร็วสูง ระบบทำความเย็นแบบหมุนเวียนอากาศ มู่เล่เก็บพลังงาน เซลล์เชื้อเพลิง คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงความเร็วสูงสำหรับการส่งก๊าซธรรมชาติและระบบผลิตไฟฟ้าแบบกระจายเป็นอุปกรณ์จ่ายไฟสำหรับเครื่องบินหรือเรือ และได้กลายเป็นหนึ่งในฮอตสปอตการวิจัยใน สนามไฟฟ้านานาชาติ

ลักษณะสำคัญของมอเตอร์ความเร็วสูงคือความเร็วของโรเตอร์สูง กระแสขดลวดสเตเตอร์สูง และความถี่ฟลักซ์แม่เหล็กในแกนกลาง ความหนาแน่นของกำลังสูงและความหนาแน่นของการสูญเสีย คุณลักษณะเหล่านี้กำหนดว่าเทคโนโลยีหลักและวิธีการออกแบบของมอเตอร์ความเร็วสูงแตกต่างจากมอเตอร์ความเร็วคงที่

ความเร็วโรเตอร์ของมอเตอร์ความเร็วสูงมักจะสูงกว่า 10,000 รอบ/นาที เมื่อหมุนด้วยความเร็วสูง โรเตอร์เคลือบลามิเนตแบบธรรมดาจะไม่สามารถทนต่อแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางขนาดใหญ่ได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้โครงสร้างโรเตอร์เคลือบลามิเนตความแข็งแรงสูงพิเศษหรือโครงสร้างโรเตอร์แข็ง สำหรับมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ปัญหาความแข็งแรงของโรเตอร์มีความโดดเด่นมากขึ้น เนื่องจากวัสดุแม่เหล็กถาวรที่ถูกเผาไม่สามารถทนต่อแรงดึงที่เกิดจากการหมุนด้วยความเร็วสูงของโรเตอร์ และต้องใช้มาตรการป้องกันสำหรับแม่เหล็กถาวร แรงเสียดทานที่ความเร็วสูงระหว่างโรเตอร์และช่องว่างอากาศทำให้เกิดการสูญเสียแรงเสียดทานบนพื้นผิวโรเตอร์มากกว่ามอเตอร์ที่มีความเร็วคงที่ ซึ่งทำให้การกระจายความร้อนของโรเตอร์ทำได้ยาก เพื่อให้แน่ใจว่าโรเตอร์มีความแข็งแรงเพียงพอ โรเตอร์ของมอเตอร์ความเร็วสูงส่วนใหญ่จะเรียว ดังนั้นเมื่อเทียบกับมอเตอร์ความเร็วคงที่ ความเป็นไปได้ที่ระบบโรเตอร์จะเข้าใกล้ความเร็ววิกฤติของมอเตอร์ความเร็วสูงจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก แบริ่งมอเตอร์ธรรมดาไม่สามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือที่ความเร็วสูง และต้องใช้ระบบแบริ่งความเร็วสูง

ความถี่สลับสูงของกระแสขดลวดและฟลักซ์แม่เหล็กในแกนของมอเตอร์ความเร็วสูงจะทำให้เกิดการสูญเสียความถี่สูงเพิ่มเติมอย่างมากในขดลวดของมอเตอร์ แกนสเตเตอร์ และโรเตอร์ เมื่อความถี่กระแสสเตเตอร์ต่ำ ผลกระทบของผลกระทบของผิวหนังและความใกล้ชิดต่อการสูญเสียของขดลวดสามารถถูกละเว้นได้ แต่ที่ความถี่สูง ขดลวดสเตเตอร์จะสร้างเอฟเฟกต์ผิวหนังและเอฟเฟกต์ความใกล้ชิดที่ชัดเจน และเพิ่มการสูญเสียเพิ่มเติมของขดลวด ความถี่ฟลักซ์แม่เหล็กในแกนสเตเตอร์ของมอเตอร์ความเร็วสูงอยู่ในระดับสูง ไม่สามารถละเลยอิทธิพลของผลกระทบของผิวหนังได้ และวิธีการคำนวณแบบเดิมจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดขนาดใหญ่ เพื่อที่จะคำนวณการสูญเสียแกนสเตเตอร์ของมอเตอร์ความเร็วสูงได้อย่างแม่นยำ จำเป็นต้องสำรวจแบบจำลองการคำนวณการสูญเสียธาตุเหล็กภายใต้สภาวะความถี่สูง ฮาร์โมนิกอวกาศที่เกิดจากช่องสเตเตอร์และการกระจายแบบไม่ไซน์ซอยด์ของขดลวด รวมถึงฮาร์โมนิกกระแสและเวลาที่สร้างโดยแหล่งจ่ายไฟ PWM จะทำให้เกิดการสูญเสียกระแสไหลวนขนาดใหญ่ในโรเตอร์ เนื่องจากโรเตอร์มีขนาดเล็กและสภาวะการระบายความร้อนไม่ดี จะทำให้การกระจายความร้อนของโรเตอร์ทำได้ยาก ดังนั้น จะมีการหารือถึงการคำนวณการสูญเสียกระแสไหลวนของโรเตอร์ที่แม่นยำ และการสำรวจมาตรการที่มีประสิทธิผลเพื่อลดการสูญเสียกระแสไหลวนของโรเตอร์ การทำงานที่เชื่อถือได้ของมอเตอร์ความเร็วสูงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ในขณะเดียวกัน แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าความถี่สูงยังนำมาซึ่งความท้าทายในการออกแบบตัวควบคุมของมอเตอร์ความเร็วสูงกำลังสูงอีกด้วย

ปริมาตรของมอเตอร์ความเร็วสูงมีขนาดเล็กกว่ามอเตอร์ความเร็วคงที่ที่มีกำลังเท่ากัน ไม่เพียงแต่ความหนาแน่นของพลังงานและความหนาแน่นการสูญเสียที่มีขนาดใหญ่ แต่ยังกระจายความร้อนได้ยาก หากไม่ได้ใช้มาตรการกระจายความร้อนแบบพิเศษ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของมอเตอร์จะสูงเกินไป ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานของขดลวดสั้นลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ในกรณีที่อุณหภูมิของโรเตอร์เพิ่มขึ้นสูงเกินไป แม่เหล็กถาวรมีแนวโน้มที่จะล้างอำนาจแม่เหล็กกลับไม่ได้ ระบบระบายความร้อนที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีสามารถลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของโรเตอร์แบบคงที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการทำงานที่มั่นคงในระยะยาวของมอเตอร์ความเร็วสูงกำลังสูง

โดยสรุป มีปัญหาสำคัญพิเศษมากมายในด้านความแข็งแรงของโรเตอร์ ไดนามิกของระบบโรเตอร์ การออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้า การออกแบบระบบทำความเย็น และการคำนวณการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ การพัฒนาตลับลูกปืนความเร็วสูงและตัวควบคุมที่ไม่มีในมอเตอร์ทั่วไป ดังนั้น การออกแบบมอเตอร์ความเร็วสูงจึงเป็นกระบวนการออกแบบที่ครอบคลุมของสนามฟิสิกส์ซ้ำหลายครั้ง เช่น สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ความแรงของโรเตอร์ ไดนามิกของโรเตอร์ สนามของไหล และสนามอุณหภูมิ ปัจจุบัน มอเตอร์ประเภทหลักที่ใช้ในสนามความเร็วสูง ได้แก่ มอเตอร์เหนี่ยวนำ มอเตอร์แม่เหล็กถาวร มอเตอร์รีลัคแทนซ์แบบสวิตช์ และมอเตอร์แบบกรงเล็บ และมอเตอร์แต่ละประเภทมีโทโพโลยีที่แตกต่างกัน

บทความนี้วิเคราะห์สถานะการพัฒนาของมอเตอร์ความเร็วสูงประเภทต่างๆ ทั้งในและต่างประเทศ และสรุปดัชนีขีดจำกัดของมอเตอร์ความเร็วสูงประเภทต่างๆ โครงสร้างและลักษณะการออกแบบของมอเตอร์ความเร็วสูงได้รับการวิเคราะห์โดยละเอียด รวมถึงการออกแบบสเตเตอร์ การออกแบบโครงสร้างโรเตอร์ การวิเคราะห์ไดนามิกของระบบโรเตอร์ การเลือกแบริ่งและการออกแบบระบบทำความเย็น ฯลฯ ในที่สุด ปัญหาหลักที่เผชิญในการพัฒนามอเตอร์ความเร็วสูงได้รับการวิเคราะห์ และแนวโน้มการพัฒนาและโอกาสของมอเตอร์ความเร็วสูงจะได้รับการคาดการณ์