Важливість конструкції ротора у високошвидкісних безщіткових двигунах

Ротор високошвидкісного безщіткового двигуна зазвичай працює на швидкості від 20 000 до 100 000 об/хв. Конструкція високошвидкісних двигунів істотно відрізняється від конструкції звичайних низькошвидкісних двигунів низької частоти. Динамічний аналіз ротора та підшипникових систем має вирішальне значення для експлуатаційної надійності високошвидкісних двигунів.

Конструкція ротора є ключовою у конструкції високошвидкісного безщіткового двигуна, до основних міркувань входять: вибір діаметра та довжини ротора, вибір матеріалів постійного магніту та використовуваних методів захисту (оскільки постійні магніти не можуть протистояти величезним відцентровим силам, що виникають на високих швидкостях, і повинні бути захищені високоміцними матеріалами). Це передбачає аналіз міцності та жорсткості ротора, а також конструкцію підшипників (оскільки у високошвидкісних безщіткових двигунах не можна використовувати стандартні підшипники, а замість них потрібно використовувати безконтактні типи, такі як повітряні або магнітні).

Для високошвидкісних безщіткових двигунів конструкція ротора з постійним магнітом повинна враховувати як електромагнітні, так і механічні аспекти. Це означає, що ротор з постійним магнітом повинен забезпечувати достатньо сильне обертове магнітне поле для обмоток статора, а також бути здатним протистояти величезним відцентровим силам, створюваним високошвидкісним обертанням.

Швидкісний безщіточні двигуни зазвичай мають менше полюсів, зазвичай використовують 2 або 4 полюси. 2-полюсний двигун полегшує використання твердої конструкції для постійних магнітів для забезпечення механічної та електромагнітної симетрії. Крім того, магнітне поле осердя статора, струм і частота обмотки 2-полюсного двигуна лише вдвічі менші, ніж у 4-полюсного двигуна, що допомагає зменшити втрати заліза та міді в статорі двигуна. Однак основним недоліком 2-полюсних двигунів є те, що обмотки статора довші і потребують більшої площі сердечника статора.

Вибір матеріали постійного магніту у високошвидкісних безщіткових двигунах значно впливають на розмір і продуктивність двигуна. Вибираючи матеріали з постійними магнітами, враховуйте:

1. Щоб підвищити щільність потужності та ефективність двигуна, слід вибирати матеріали з високою залишковою щільністю потоку, коерцитивною силою та добутком магнітної енергії.

2. Крива розмагнічування матеріалу постійного магніту повинна лінійно змінюватися в межах допустимого діапазону робочих температур. Щоб гарантувати, що робоча температура ротора постійного магніту не перевищує температуру розмагнічування магнітів, слід використовувати стійкі до високих температур матеріали постійного магніту.

Враховуючи величезні відцентрові сили, які високошвидкісні безщіточні двигуни повинні витримувати ротори з постійними магнітами, механічні властивості магнітних матеріалів також є критичними. Враховуючи технічні вимоги та витрати на матеріали, зазвичай використовується спечений неодимовий залізо-бор, тип матеріалу постійного магніту порошкової металургії. Методи захисту для цих магнітів включають додавання високоміцного, немагнітного захисного кожуха зовні магніту, який щільно прилягає до нього. Інший метод захисту передбачає використання стрічки з вуглецевого волокна для кріплення магнітів.