Các yếu tố chính trong phát triển động cơ tốc độ cao

Với sự phát triển mạnh mẽ của thị trường xe năng lượng mới toàn cầu, tốc độ của động cơ lái đã cho thấy sự tăng trưởng đáng kinh ngạc. Từ 18.000 vòng / phút vài năm trước để thoải mái vượt quá 20.000 vòng / phút hiện nay, điều này không chỉ thể hiện một bước đột phá bằng số mà còn là các thử nghiệm nghiêm ngặt về thiết kế động cơ và công nghệ sản xuất. Bài viết này thảo luận về một số khía cạnh của Phát triển động cơ tốc độ cao.

01. Lựa chọn của rôto Số cặp cực của

Trong động cơ tốc độ cao, mất sắt đã trở thành một yếu tố quan trọng không thể tránh khỏi, đặc biệt là trong các phạm vi tốc độ cao. Có một mối quan hệ chặt chẽ giữa số lượng cực của động cơ và mất sắt vì khi tốc độ động cơ tăng, tần suất thay đổi từ trường trong lõi cũng tăng, dẫn đến mất sắt tăng đáng kể.

Ví dụ, trong một động cơ hoạt động ở mức 20.000 vòng / phút, động cơ 6 cực đạt đến tần số làm việc là 1000 Hz, trong khi động cơ 8 cực tăng này lên 1333 Hz. Theo công thức tính toán cho mất sắt được đề cập ở trên, sự gia tăng tần số hoạt động trực tiếp dẫn đến mất sắt tăng.

Trong xu hướng thiết kế của các động cơ tốc độ cao, chúng ta có thể thấy sự giảm dần trong việc sử dụng các kết hợp 8/48 pole-slot và tăng sử dụng các kết hợp 6/54 slot.

Lý do cho sự thay đổi này nằm ở những cân nhắc đã nói ở trên về mất sắt. Để giảm mất sắt trong quá trình vận hành tốc độ cao, các nhà thiết kế có xu hướng chọn sự kết hợp 6/54 cực điểm để đạt được hiệu suất điện từ tốt hơn và hiệu quả cao hơn.

02. Lựa chọn hệ thống làm mát

Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu tốc độ cao, nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của chúng. Do điểm hoạt động của nam châm vĩnh cửu trôi theo nhiệt độ, nhiệt độ quá cao thậm chí có thể có nguy cơ làm mất từ ​​hóa của nam châm. Hơn nữa, mật độ công suất cao của động cơ điện trong các phương tiện năng lượng mới giới hạn diện tích bề mặt làm mát, làm cho thiết kế hệ thống làm mát trở nên quan trọng để đảm bảo hiệu suất của động cơ ổn định.

Khi xem xét các phương pháp làm mát, tôi khuyên bạn nên sử dụng hệ thống làm mát dầu cho động cơ với tốc độ vượt quá 18.000 vòng / phút. Điều này là do các vấn đề sưởi ấm của rôto trở nên đặc biệt nổi bật khi tốc độ vượt quá 16.000 vòng / phút. Trong một động cơ làm mát bằng nước, stator chủ yếu được làm mát, trong khi dưới tốc độ cao, việc tiêu tán nhiệt rôto một cách hiệu quả thông qua việc làm mát nước trở nên khó khăn.

Về giám sát nhiệt độ, các thiết kế động cơ hiện tại thường nhúng các cảm biến nhiệt độ bên trong stato. Trong các động cơ làm mát bằng nước, do cấu trúc kênh dòng chảy ổn định, sự phân bố nhiệt độ của cuộn dây stato tương đối đồng đều và được kiểm soát tốt. Tuy nhiên, trong các động cơ làm mát bằng dầu, tính linh hoạt thiết kế lớn hơn của các kênh dòng chảy dẫn đến sự khác biệt về nhiệt độ đáng chú ý hơn giữa các cuộn dây so với động cơ làm mát bằng nước. Do đó, khi chọn vị trí cảm biến, điều quan trọng là phải xem xét các khu vực có nhiệt độ cuộn cao hơn để giảm thiểu chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ được theo dõi và điểm cuộn cao nhất, phản ánh chính xác trạng thái nhiệt thực tế của động cơ.

03. Những thách thức công nghệ của vòng bi tốc độ cao

Hệ thống hỗ trợ rôto là một thành phần cốt lõi trong việc phát triển các động cơ tốc độ cao, với lựa chọn công nghệ mang là đặc biệt quan trọng. Hiện tại, vòng bi bóng sâu thường được sử dụng trong vòng bi động cơ.

Trong môi trường tốc độ cao, vòng bi phải đối mặt với những thách thức nghiêm trọng như quá nóng và nguy cơ chạy. Điều này là do khi tốc độ tăng, ma sát và tạo nhiệt bên trong vòng bi cũng tăng mạnh, dẫn đến giảm hiệu suất ổ trục hoặc thậm chí thất bại. Do đó, bôi trơn vòng bi tốc độ cao là rất quan trọng.

Sau khi tốc độ động cơ vượt quá 18.000 vòng / phút, một lý do quan trọng khác để khuyến nghị làm mát dầu là bôi trơn. Trong động cơ làm mát bằng nước, vòng bi tự bôi trơn thường được sử dụng cho vòng bi. Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động tốc độ cao, các vòng bi này phải đối mặt với những thách thức như rò rỉ mỡ và chênh lệch nhiệt độ lớn giữa các vòng bên trong và bên ngoài.

Ngược lại, vòng bi bóng loại mở được sử dụng trong các hệ thống làm mát dầu có thể làm mát hiệu quả các vòng bên trong và bên ngoài của vòng bi, tránh các vấn đề rò rỉ dầu mỡ và có hệ số ma sát lăn thấp hơn. Tuy nhiên, phải chú ý đến việc thiết kế các đường dẫn dầu bôi trơn để đảm bảo làm mát ổ trục đầy đủ. Trong lỗ vai, cấu trúc nhô ra được nhúng để đảm bảo tốc độ dòng dầu làm mát tương đối đồng đều trước và sau vai.