Швидкісний ротор двигуна є критичною частиною швидкісного двигуна, як правило, втілюючи обертовий вал. Він працює, використовуючи електричну потужність, що генерується двигуном, щоб передавати обертальний рух до механічних пристроїв. Визначальною характеристикою швидкісних роторів двигуна є їх висока швидкість обертання, часто перевищує 10 000 обертів на хвилину (об / хв).
У структурній конструкції швидкісних роторів двигуна слід враховувати такі фактори, як відцентрова сила та сила впливу, що виникають внаслідок високошвидкісної роботи. Це вимагає оптимізації осьової легкої ваги, динамічного балансування та стійкості до зносу. Існує кілька загальних структурних типів швидкісних роторів двигунів, включаючи тип рукава, тип диска, магнітну підвіску та тип копланар. Вибір структурного типу повинен базуватися на практичних потребах.
High-speed motors, featuring small size, high power density, direct connection with high-speed loads, elimination of traditional mechanical speed-increasing devices, reduced system noise, and improved system transmission efficiency, have broad application prospects in various fields such as high-speed grinding machines, air circulation refrigeration systems, energy storage flywheels, fuel cells, high-speed centrifugal compressors for natural gas transportation, and distributed power generation systems used as обладнання для живлення літака або суднового борту. Вони стали однією з дослідницьких гарячих точок у міжнародній галузі електротехніки.
Основні характеристики високошвидкісних двигунів включають високу швидкість ротора, високий струм обмотки статора та частоту магнітного потоку в залізному ядрі та високу щільність потужності та щільність втрат. Ці характеристики потребують ключових технологій та методів проектування, унікальних для швидкісних двигунів, відрізняючи їх від звичайних швидкостей двигунів. Швидкісні ротори двигуна зазвичай обертаються зі швидкістю вище 10 000 об / хв. Під час високошвидкісного обертання звичайні ламіновані ротори намагаються протистояти величезним відцентровим силам, що потребує прийняття спеціальних ламінованих або твердих роторних структур. Для постійних магнітних двигунів проблеми міцності ротора є ще більш помітними, оскільки спілові постійні матеріали магніту не можуть протистояти напруженню на розтяг, що утворюється шляхом швидкісного обертання ротора, що потребує захисних заходів для постійних магнітів.
Більше того, високошвидкісне тертя між ротором та повітряним зазором призводить до втрати тертя на поверхні ротора, які значно більші, ніж у звичайних швидкостячих двигунах, створюючи значні проблеми для охолодження ротора. Для забезпечення достатньої міцності ротора, швидкісні ротори двигуна часто є стрункими, збільшуючи ймовірність наближення критичних швидкостей обертання порівняно зі звичайними швидкісними двигунами. Щоб уникнути згинального резонансу, важливо точно передбачити критичну швидкість обертання системи ротора.
Крім того, звичайні підшипники двигунів не можуть надійно працювати з високою швидкістю, що вимагає прийняття високошвидкісних систем підшипників. Високочастотна чергування струму в обмотці та магнітному потоці в залізному сердечній статорі високошвидкісних двигунів генерують значні високочастотні додаткові втрати в обмоченні двигуна, залізного ядра статора та ротора. Ефект шкіри та близькість до втрат на обмотку зазвичай можна ігнорувати, коли частота струму статора низька, але у високочастотних ситуаціях обмотка статора виявляє значний ефект шкіри та ефект близькості, збільшуючи звивисті додаткові втрати.
Висока частота магнітного потоку в залізному ядрі статора високошвидкісних двигунів не може нехтувати впливом ефекту шкіри, а звичайні методи розрахунку можуть призвести до значних помилок. Щоб точно обчислити втрату високошвидкісних двигунів статора залізного ядра, необхідно вивчити моделі розрахунку втрат заліза в умовах високочастотних умов. Просторові гармоніки, спричинені розподілом статора та несинусоїдальним розподілом обмотки, а також сучасними гармоніками часу, що генерується джерелом живлення ШІМ, все це призведе до значних втрат вихрових струму в роторі. Невеликий об'єм ротора та погані умови охолодження створюють великі труднощі для охолодження ротора. Тому точний розрахунок втрат струму Едді ротора та вивчення ефективних заходів щодо їх зменшення є вирішальним для надійної роботи високошвидкісних двигунів.
Крім того, високочастотні напруги або струми створюють виклики для проектування контролера високошвидкісних двигунів. Швидкі двигуни значно менші, ніж звичайні швидкісні двигуни еквівалентної потужності, що містять високу щільність потужності та щільність втрат, а також складне охолодження. Без спеціальних заходів охолодження температура двигуна може надмірно підніматися, скорочуючи термін експлуатації. Особливо для постійних магнітних двигунів, надмірна температура ротора може призвести до незворотної демагнетизації постійних магнітів.
Високошвидкісні двигуни, як правило, відносяться до двигунів зі швидкістю обертання, що перевищують 10 000 об / хв або значення складності (продукт обертальної швидкості та квадратного кореня потужності), що перевищує 1 × 10^5. Серед різних типів двигунів, які наявні в даний час, ті, хто успішно досягає високих швидкостей, в основному включає індукційні двигуни, внутрішні постійні магнітні двигуни, перемикені двигуни небажання та кілька зовнішніх постійних магнітних двигунів та двигунів кігтів. Роторні конструкції високошвидкісних індукційних двигунів відносно прості, з низькою інерцією обертання та здатністю працювати протягом тривалих періодів при високій температурі та високошвидкісних умовах, що робить їх широко використовуваними у високошвидкісних додатках.
Підсумовуючи, високошвидкісні ротори двигуна-це ключові компоненти, які дозволяють досягти високошвидкісної роботи двигунів, що характеризуються їх високими обертаннями, спеціальними структурними конструкціями та проблемами в системах охолодження та підшипника. Завдяки технологічним прогресом та промисловими оновленнями, високошвидкісні двигуни все більше застосовуються в таких галузях, як електромобілі, аерокосмічні, промислові роботи та чиста енергія, що сприяє розвитку високопродуктивних матеріалів та технологій. Наприклад, широке використання роторів вуглецевого волокна значно підвищує ефективність та довговічність двигуна, що відзначає нову еру швидкісної технології двигуна.
