Ключові елементи розвитку високошвидкісної моторики

З бурхливим розвитком глобального ринку транспортних засобів на новій енергії швидкість двигунів демонструє дивовижне зростання. Від 18 000 об/хв кілька років тому до комфортного перевищення 20 000 об/хв сьогодні це являє собою не лише чисельний прорив, але й суворі випробування конструкції двигуна та технологій виробництва. У цій статті розглядаються кілька аспектів розвиток швидкісної моторики.

 

01. Вибір ротора Номер пари полюсів

У високошвидкісних двигунах втрати заліза стали неминучим критичним фактором, особливо в діапазонах високих швидкостей. Існує тісний зв’язок між кількістю полюсів двигуна та втратами заліза, оскільки зі збільшенням швидкості двигуна частота змін магнітного потоку в сердечнику також збільшується, що призводить до значного збільшення втрат заліза.

Наприклад, у двигуні, що працює на 20 000 об/хв, 6-полюсний двигун досягає робочої частоти 1000 Гц, тоді як 8-полюсний двигун збільшує її до 1333 Гц. Відповідно до згаданої вище формули розрахунку втрат заліза збільшення робочої частоти безпосередньо призводить до збільшення втрат заліза.

У тенденції проектування високошвидкісних двигунів ми бачимо поступове зменшення використання комбінацій 8/48 полюсів і пазів і збільшення використання комбінацій 6/54 полюсів і пазів.

Причина цього зсуву полягає у вищезазначених міркуваннях втрати заліза. Щоб зменшити втрати заліза під час високошвидкісної роботи, розробники, як правило, вибирають комбінацію 6/54 полюсів і слотів для досягнення кращих електромагнітних характеристик і вищої ефективності.

02. Вибір системи охолодження

Для високошвидкісних двигунів з постійними магнітами температура істотно впливає на їх продуктивність. Оскільки робоча точка постійних магнітів змінюється залежно від температури, надмірно високі температури можуть навіть призвести до розмагнічування магнітів. Крім того, висока питома потужність електродвигунів у транспортних засобах на новій енергії обмежує площу поверхні охолодження, що робить конструкцію системи охолодження вирішальною для забезпечення стабільної роботи двигуна.

Розглядаючи методи охолодження, я пропоную використовувати систему масляного охолодження для двигунів зі швидкістю понад 18 000 об/хв. Це пояснюється тим, що проблеми з нагріванням ротора стають особливо помітними, коли швидкість перевищує 16 000 об/хв. У двигуні з водяним охолодженням в першу чергу охолоджується статор, тоді як за високих швидкостей ефективне розсіювання тепла ротора за допомогою водяного охолодження стає складним завданням.

Що стосується моніторингу температури, то в сучасних конструкціях двигуна датчики температури зазвичай вбудовані всередину статора. У двигунах з водяним охолодженням завдяки стабільній структурі каналів потоку розподіл температури обмоток статора відносно рівномірний і добре контрольований. Однак у двигунах з масляним охолодженням більша гнучкість конструкції каналів потоку призводить до більш помітних різниць температур між обмотками порівняно з двигунами з водяним охолодженням. Тому, вибираючи місце розташування датчика, дуже важливо враховувати області з більш високим підвищенням температури обмотки, щоб мінімізувати різницю температур між контрольованою температурою та найвищою точкою обмотки, точно відображаючи фактичний тепловий стан двигуна.

03. Технологічні проблеми високошвидкісних підшипників

Система опори ротора є ключовим компонентом у розробці високошвидкісних двигунів, при цьому вибір технології підшипників є особливо важливим. В даний час кулькові підшипники з глибоким канавкою зазвичай використовуються в підшипниках двигунів.

У високошвидкісному середовищі кулькові підшипники стикаються із серйозними проблемами, такими як перегрів і ризик пуску. Це пояснюється тим, що зі збільшенням швидкості тертя та виділення тепла всередині підшипників також різко зростають, що призводить до зниження продуктивності підшипника або навіть до його виходу з ладу. Тому змащення високошвидкісних підшипників має вирішальне значення.

Після того, як швидкість двигуна перевищує 18 000 об/хв, ще однією важливою причиною для рекомендації масляного охолодження є змащування підшипників. У двигунах з водяним охолодженням для підшипників зазвичай використовуються самозмащувальні шарикопідшипники. Однак під час високошвидкісної роботи ці підшипники стикаються з проблемами, такими як витік мастила та велика різниця температур між внутрішнім і зовнішнім кільцями.

Навпаки, шарикопідшипники відкритого типу, які використовуються в системах охолодження масла, можуть ефективно охолоджувати внутрішні та зовнішні кільця підшипників, уникаючи проблем з витоком мастила та маючи нижчий коефіцієнт тертя кочення. Однак слід звернути увагу на конструкцію шляхів мастила, щоб забезпечити належне охолодження підшипників. В отвір плеча вбудована виступаюча конструкція, щоб забезпечити відносно рівномірну швидкість потоку охолоджувальної оливи до та після плеча.