Kuus võtmetehnoloogiat kiiretele mootoritele

Kuus võtmetehnoloogiat kiirete mootorite jaoks

"Väiksemate mõõtmete ja suurema võimsuse poole püüdlemisel on mootori kiirus tõusnud kogu tee, kahe-kolme tuhande pöördelt esimestel päevadel kuni kümnete tuhandete kuni sadade tuhandeteni. Suurem kiirus on parandanud võimsustihedust ja tooraine kasutamist." Seetõttu on suur kiirus tugev trend, võttes eeskujuks uue energiaajami, esimese põlvkonna Toyota Priuse maksimaalne kiirus on vaid 6000 p/min ning neljanda põlvkonna toote kiirus ulatub 17000 p/min. Selles numbris vaatleme kiirusmootorite rakendust ja nende taga olevaid võtmetehnoloogiaid kõrgemast vaatenurgast. "

Suurel kiirusel ja ülikiirel kiirusel on lai kasutusvõimalused, kuid samas on see mootorile väga suur väljakutse, ühendame need probleemid samasse kategooriasse ja leiame, et kategooriaid on kuus: soojuse hajumine, valik, rootori struktuur, vibratsioonimüra. , tõhus disain, laagrid.

 

01. Soojuse hajumise probleem

 

Mootori kadu suureneb koos pöörlemissageduste geomeetrilise arvuga ning suure kaoga tekkiv soojus suurendab mootori temperatuuri tõusu ülikiirelt, kiire töö säilitamiseks on vaja välja töötada hea soojuseraldusega jahutusmeetod. Näeme, et tavalised kiire mootori jahutusmeetodid on:

 

"Sisemine sundõhujahutus", nagu on näidatud alloleval joonisel, võib tugev külm õhk otse mootorisse puhuda, et eemaldada mähiselt ja südamikult soojust. Sel viisil ilmneb tavaliselt õhukompressorites, puhurites, lennukimootorites ja muudel juhtudel, kui tugev külm õhk. saab kasutada tuult.

2 "sisemine õlijahutus" Rakenduskeskkonnas, kus mootor peab olema suletud ja kaitstud või tugeva tuule eest, on enim kasutatav sisemine õlijahutusmeetod, näiteks õlijahutuse kombinatsioon staatori soones, mida kasutatakse kõrgel mootoril. kiirusmootor, mille on välja töötanud AVL. Mõned mootorid kasutavad ka mähise õli sissepritsejahutuse ja staatoriõli jahutuse pluss rootoriõli jahutuse ja nii edasi kombinatsiooni.

Suure võimsustiheduse saavutamiseks on soojuse tootmine ja jahutamine olulised probleemid, millega kiiretel mootoritel tuleb silmitsi seista.

 

02. Mootori valiku probleem

 

Püsimagnetmootor või asünkroonmootor? Olenemata sellest, kas tegemist on teist tüüpi mootoritega, nagu näiteks lülitatud vastumeelsus, on kiire mootoritüübi valik alati olnud küsimus, millele pole standardset vastust leitud. Üldjuhul on võimsustiheduse ja efektiivsuse seisukohast kasulik valida püsimagnetmootorid, asünkroonmootorid ja lülitatud reluktantsmootorid aga töökindluse järgi. Suure vibratsioonimüra tõttu on aga reluktantsi rakendamine väiksem.

 

 

Alloleval joonisel on kiirete mootorite tüübijaotuse seadus erinevatel pööretel ja võimsustel ning mootori "võimsus * kiiruse väärtus" on joonistatud kontuurkõverana ja leiame üldise konteksti: "Ülisuures rakendustes on asünkroonmootorid kõige rohkem ning asünkroonmootorid ja püsimagnetmootorid eksisteerivad koos suure kiirusega rakendustes. Kuni seda põhimõtet järgitakse, saame valida mootori tüübi vastavalt vahemiku vajadustele.

03. Probleemid rootori konstruktsiooniga

 

Tsentrifugaalpinget, mida suure kiirusega mootori rootori struktuur peab ületama, kasutatakse tavaliselt "kiire" vahemikus, metallkestas, rootori enda struktuuris (nagu lpm-i kalaskelett, IM-i rootori struktuur) jne ja süsinikkiust mähist kasutatakse "ülikiire" vahemikus või lihtsalt muutke rootor tugevaks integreeritud struktuuriks, näiteks energiasalvestava hooratta mootoriks.

Enamik püsimagnetiga kiirmootoreid kasutab rootori mantli struktuuri ja see konstruktsioon on samuti väga spetsiifiline, st püsimagneti kaitsmiseks ja kesta rikke vältimiseks. Seetõttu proovige vältida pingete kontsentratsiooni, nagu on näidatud alloleval joonisel, kui magnet ei täida kogu ümbermõõtu, tekib pinge kontsentratsioon ümbrisel ja magnetil, mistõttu kiire püsimagneti mootor kasutab tervet rõngast. magnet, kui mitte tervet rõngast kasutatakse ka ümbermõõdu täitmiseks.

04. Vibratsioonimüra probleem

 

Vibratsioonimüra probleem on suureks takistuseks suure kiirusega mootoritele. Võrreldes tavaliste mootoritega on rootori dünaamikast põhjustatud vibratsiooniprobleeme, näiteks rootori kriitilise kiiruse probleem ja võlli läbipaindevibratsiooni probleem. Samuti on probleem kõrgsagedusliku elektromagnetilise jõu põhjustatud ulgumisega ning kiirmootori elektromagnetilise jõu sagedus on kõrgem, leviala on laiem ja staatorisüsteemi resonantsi on lihtne stimuleerida.

Kriitilise kiirusega vibratsiooni vältimiseks on suure kiirusega mootorite rootori konstruktsioon väga kriitiline ja nõuab põhjalikku modaalset analüüsi ja testimist. Projekteerimisel tuleb optimeerimismuutujana kasutada pikkuse ja läbimõõdu suhet: rootori konstruktsioon on liiga paks ja lühike, mis võib tõsta kriitilise kiiruse ülemist piiri ja ei ole vastuvõtlik resonantsile, vaid raskusastmele. rootor tsentrifugaalpinge ületamiseks suureneb. Omakorda on rootori konstruktsioon sihvakas, tsentrifugaaltugevuse probleem on paranenud, kuid kriitiline kiirus on nihutatud, resonantsi tõenäosus suureneb ja ka elektromagnetiline võimsus väheneb. Seetõttu tuleb rootori konstruktsiooni korduvalt tasakaalustada, mis on kiire mootori konstruktsiooni peamine prioriteet.

 

 

05. Tõhusad küsimused

 

Mootori kadu suureneb koos kiiruste geomeetrilise arvuga, suured kaod panevad mootori efektiivsuse kiiresti vähenema, kõrge kasuteguri saavutamiseks tuleb igasuguseid kadusid juhtida. Võttes näiteks rauatarbimise, kasutatakse pöörisvoolukadude vähendamiseks üldiselt üliõhukesi räniterasest lehtmaterjale suurusega 0,10mm ja 0,08 mm. Üliõhukesed vahvlid võivad vähendada pöörisvoolukadusid, kuid ei suuda hüstereesikadusid parandada, seega moodustab üliõhukeste lehtede raudhüstereesikadu suurema osa, samas kui tavaliste lehtede pöörisvoolukadu moodustab enamuse. Hüstereesi kadumise parandamiseks võite alustada kolmest järgmisest viisist:

 

1. Optimeerige magnetahela konstruktsiooni, et parandada magnetvälja sinusoidsust ja vähendada harmoonilise raua tarbimist;

2. Vähendage magnetkoormust, suurendage soojuskoormust ja vähendage põhilist rauatarbimist;

3. Alates materjali valikust valige väikese hüstereesikaoga räniteraslehed.

Lisaks raua tarbimisele pööravad kiired mootorid erilist tähelepanu ka vahelduvvoolukadudele, mis on põhjustatud kuivade kõrgsageduslike vahelduvate magnetväljade tungimisest, mis tekivad sageli väljaspool magneti, metallkesta ja staatori mähise pindu. Võttes näiteks magneti vahelduvvoolu kadu, on tavaliselt kasutatav meetod magneti jagamine mitmeks segmendiks, mis võivad olla radiaalsed segmendid või aksiaalsed segmendid. Segmenteerimine võib vähendada pöörisvoolu tsirkulatsiooni pindala ja vähendada vahelduvvoolu kadu, alloleval joonisel on pöörisvooluvälja simulatsioon pärast segmenteerimist, on näha, et mida rohkem segmenteeritud osakesi, seda väiksem on vahelduvvoolu kadu. Lahendusi on rohkem kui segmenteerimine, mis on piiratud ruumiga ega laiene.

Kõrgeima sagedusega magnetvälja komponent kiirmootoris on sisse viidud inverteri PWM-kandja poolt, sest impulssmodulatsiooni tööpõhimõte tekitab paratamatult kõrgsageduslikke vooluharmoonikuid, mis omakorda tekitavad edasi kõrgsageduslikku magnetvälja. ja kõrgsageduslik magnetväli tungib magneti ning staatori ja rootori pinda, tekitades kõrgsageduskadu. Mõned kiired mootorid kasutavad PWM-i külgriba harmooniliste parandamiseks mitmetasandilist ajami struktuuri.

06. Laagrite probleemid

Kiirete mootorite laagrite valik on võtmeküsimus ja üldiselt on neli kategooriat: magnetlevitatsioon, õhklaagrid, libisevad mehaanilised laagrid ja kuulmehaanilised laagrid. Magnetlaagreid kasutatakse suurema võimsusega rakendustes ja õhklaagreid väiksema võimsuse ja suurusega rakendustes. Mehaanilised laagrid nõuavad sageli õlimäärimist ja on paljudes õlivabades rakendustes piiratud.

Kiirmootorite võtmeprobleeme ja tehnoloogiaid on endiselt palju ning neid probleeme tuleb lahendada samal ajal, mis on tavamootoritega võrreldes suhteliselt kõrge ja keeruline. Vajadus võtta kasutusele jõu-magnet-termiline-NVH multifüüsikaline sidestus on uus väljakutse ja uus võimalus.

See artikkel tutvustab kaheksat rakenduste kategooriat ja kuut kiirete mootorite peamist tehnoloogiat. Üldiselt on kiired mootorid paljulubav ja tehniliselt keeruline rakendus. Mõned tehnoloogiad tunduvad meist kaugel, kuid arengu vaatenurgast on näha, et "madal kiire – keskmine-suur kiirus – ülikiire" on arenenud. Võrreldes kümne aasta taguse ajaga on 10,000 või 20,000 pöörlevad mootorid praegu tavalised. Seetõttu on kiirliiklus "pikaajaline" ja muudab aeglaselt tööstuse mustrit. Seega, olgu selleks siis võimaluste otsimine uutes valdkondades või olemasolevate toodete konkurentsivõime parandamine, on kiirtehnoloogia valdkond, mis väärib pikaajalist investeeringut.