Hat kulcsfontosságú technológia nagy sebességű motorokhoz

Hat kulcstechnológia a nagy sebességű motorokhoz

"A kisebb méretre és nagyobb teljesítményre való törekvéstől vezérelve a motor fordulatszáma végig emelkedett, a kezdeti két-háromezer fordulatról egészen a tízezer-százezres fordulatig, és a A nagyobb sebesség javította a teljesítménysűrűséget és a nyersanyag-felhasználást." Ezért a nagy sebesség erős trend, az új energiahajtást példának vesszük, a Toyota Prius első generációjának maximális sebessége mindössze 6000 fordulat/perc, a negyedik generációs termék sebessége pedig eléri az 17000 fordulat/perc értéket. Ebben a számban magasabb perspektívát veszünk, hogy megvizsgáljuk a sebességmotorok alkalmazását és a mögöttük rejlő kulcsfontosságú technológiákat. "

A nagy sebesség és az ultranagy sebesség széles körű alkalmazási lehetőségeket rejt magában, ugyanakkor rendkívül nagy kihívásokat jelent a motor számára. Ezeket a problémákat ugyanabba a kategóriába soroljuk, és úgy találjuk, hogy hat kategória létezik: hőelvezetés, kiválasztás, rotor szerkezete, vibrációs zaj , hatékony kialakítás, csapágyak.

 

01. A hőleadás problémája

 

A motor vesztesége a fordulatszámok geometriai számával növekszik, a nagy veszteségből származó hő pedig rendkívül gyorsan növeli a motor hőmérséklet-emelkedését, a nagy sebességű működés fenntartásához jó hőleadású hűtési módot kell kialakítani. Láthatjuk, hogy a gyakori nagy sebességű motorhűtési módszerek a következők:

 

"Belső kényszerített levegőhűtés" az alábbi ábrán látható módon, az erős hideg levegő közvetlenül a motorba fújhat, hogy elvonja a hőt a tekercselésen és a magon, ez általában a légkompresszorokban, ventilátorokban, repülőgép-motorokban és más esetekben jelenik meg, ahol erős. szél használható.

2 "belső olajhűtés" Olyan alkalmazási környezetben, ahol a motort le kell zárni és védeni kell, vagy erős szél esetén a leggyakrabban a belső olajhűtési módszert alkalmazzák, mint például az olajhűtés kombinációja az állórész hornyában, amelyet a magas- AVL által tervezett sebességű motor. Egyes motorok a tekercsolaj befecskendezéses hűtése és az állórész olajhűtése, valamint a rotorolaj hűtése és így tovább kombinációját is alkalmazzák.

A nagy teljesítménysűrűség elérése érdekében a hőtermelés és a hűtés fontos kérdések, amelyekkel a nagy sebességű motoroknak szembe kell nézniük.

 

02. Motorválasztási probléma

 

Állandó mágneses motor vagy indukciós motor? Akár más típusú motorokról van szó, mint például a kapcsolt reluktancia, a nagy sebességű motortípus kiválasztása mindig is olyan kérdés volt, amelyre nem találtak általános választ. Általában a teljesítménysűrűség és a hatásfok szempontjából előnyös az állandó mágneses motorok, míg az indukciós motorok és a kapcsolt reluktancia motorok a megbízhatóságból. A nagy vibrációs zaj miatt azonban kisebb a kapcsolt reluktancia alkalmazása.

 

 

Az alábbi ábra a nagy sebességű motorok típuseloszlási törvényét mutatja különböző fordulatszámon és teljesítményen, és a motor "teljesítmény * fordulatszám értéke" kontúrgörbeként van megrajzolva, és találunk néhány általános összefüggést: "Ultra-nagyon Az indukciós motorok többsége, a nagy sebességű alkalmazásokban pedig az indukciós motorok és az állandó mágneses motorok együtt léteznek." Mindaddig, amíg ezt az elvet követjük, a tartományon belüli igényeknek megfelelően választhatjuk ki a motor típusát.

03. Problémák a rotor szerkezetével

 

A centrifugális feszültséget, amelyet a nagy sebességű motor rotorszerkezetének le kell küzdenie, általában a "nagy sebességű" tartományban használják, a fémhüvelyben, magának a rotornak a szerkezetében (például az lpm halváza, az IM rotorszerkezete) stb., és a szénszálas tekercselést az "ultra-nagy sebességű" tartományban használják, vagy egyszerűen csak szilárd integrált szerkezetté alakítsák a rotort, például az energiatároló lendkerék motorját.

A legtöbb állandó mágneses nagysebességű motor a forgórész köpenyének szerkezetét használja, és ez a kialakítás is nagyon különleges, vagyis az állandó mágnes védelmére és a burkolat meghibásodásának megelőzésére szolgál. Ezért próbálja meg elkerülni a feszültségkoncentrációt, ahogy az alábbi ábrán is látható, ha a mágnes nem tölti ki a teljes kerületet, feszültségkoncentráció lesz a köpenyen és a mágnesen, ezért a nagy sebességű állandó mágneses motor egy komplett gyűrűt használ. mágnes, ha nem egy teljes gyűrűt is használnak a kerület kitöltésére.

04. A rezgészaj problémája

 

A rezgészaj problémája komoly akadályt jelent a nagy sebességű motorok számára. A hagyományos motorokhoz képest a forgórész dinamikája okoz rezgési problémákat, mint például a rotor kritikus fordulatszám-problémája és a tengely elhajlási rezgési problémája. A nagyfrekvenciás elektromágneses erő okozta üvöltés problémája is, és a nagy sebességű motor elektromágneses erőfrekvenciája magasabb, az elosztási tartomány szélesebb, és könnyen stimulálható az állórészrendszer rezonanciája.

A kritikus fordulatszámú rezgések elkerülése érdekében a nagy sebességű motorok forgórészének kialakítása nagyon kritikus, és szigorú modális elemzést és tesztelést igényel. A tervezésnél optimalizálási változóként a hossz-átmérő arányt kell használni: a forgórész kialakítása túl vastag és rövid, ami növelheti a kritikus fordulatszám felső határát, és nem hajlamos rezonanciára, hanem a forgórész nehézsége. rotor leküzdésére centrifugális feszültség növekszik. A rotor kialakítása viszont karcsú, a centrifugális szilárdság problémája javul, de a kritikus sebesség eltolódik, a rezonancia valószínűsége nő, és az elektromágneses teljesítmény is csökken. Ezért a forgórész kialakítását többszörösen ki kell egyensúlyozni, ami a nagy sebességű motortervezés legfontosabb prioritása.

 

 

05. Hatékony kérdések

 

A motorveszteség a fordulatszámok geometriai számával növekszik, a nagy veszteségek miatt a motor hatásfoka gyorsan csökken, a nagy hatásfok elérése érdekében mindenféle veszteséget kezelni kell. Példaként említve a vasfogyasztást, az örvényáram-veszteség csökkentése érdekében általában ultravékony, 0,10 mm-es és 0,08 mm-es szilikon acéllemezeket használnak. Az ultravékony lapkák csökkenthetik az örvényáram-veszteséget, de nem javíthatják a hiszterézis veszteségeket, így az ultravékony lapok vas hiszterézisvesztesége teszi ki a többséget, míg a közönséges lapok örvényáram-vesztesége a többséget. A hiszterézisveszteség javítása érdekében a következő három módszerrel indulhat:

 

1. Optimalizálja a mágneses áramkör kialakítását a mágneses mező szinuszosságának javítása és a harmonikus vasfogyasztás csökkentése érdekében;

2. Csökkentse a mágneses terhelést, növelje a hőterhelést és csökkentse az alapvető vasfogyasztást;

3. Az anyagválasztásból kiindulva válasszon kis hiszterézisveszteséggel rendelkező szilikon acéllemezeket.

A nagysebességű motoroknál a vasfogyasztás mellett fokozott figyelmet fordítanak a váltakozó áramú veszteségekre is, amelyeket a száraz, nagyfrekvenciás váltakozó mágneses terek behatolása okoz, gyakran a mágnesen, a fémköpenyen és az állórész tekercselési felületein kívül. Példaként a mágnes váltakozó áramú veszteségét tekintve az általánosan használt módszer a mágnes több szegmensre történő felosztása, amelyek lehetnek radiális vagy axiális szegmensek. A szegmentálással csökkenthető az örvényáram keringési területe és csökkenthető a váltakozó áramú veszteség, az alábbi ábra az örvényáram tér szimulációja a szegmentálás után, látható, hogy minél több a szegmentált részecske, annál kisebb az AC veszteség. A szegmentálásnál több megoldás létezik, amelyek csak térre korlátozódnak és nem tágulnak.

A nagysebességű motorban a legnagyobb frekvenciájú mágneses térkomponenst az inverter PWM vivője vezeti be, mivel az impulzusmoduláció működési elve elkerülhetetlenül nagyfrekvenciás áramharmonikusokat hoz létre, amelyek viszont tovább hoznak létre nagyfrekvenciás mágneses teret. , és a nagyfrekvenciás mágneses tér behatol a mágnes és az állórész és a forgórész felületébe, hogy nagyfrekvenciás veszteséget okozzon. Egyes nagysebességű motorok többszintű hajtásszerkezetet használnak a PWM oldalsávi harmonikusok javítására.

06. Csapágy problémák

A nagy sebességű motorok csapágyválasztása kulcskérdés, és általában négy kategória létezik: mágneses lebegés, légcsapágyak, csúszó mechanikus csapágyak és golyósmechanikus csapágyak. A mágneses csapágyakat nagyobb teljesítményű alkalmazásokban, a légcsapágyakat pedig kisebb teljesítményű és méretű alkalmazásokban használják. A mechanikus csapágyak gyakran olajkenést igényelnek, és számos olajmentes alkalmazásban korlátozottak.

A nagy sebességű motoroknál még mindig sok kulcsprobléma és technológia létezik, és ezeket a problémákat egyszerre kell kezelni, ami viszonylag magas és nehéz a hagyományos motorokhoz képest. Az erő-mágneses-termikus-NVH multifizikus csatolás kialakításának szükségessége új kihívást és új lehetőséget jelent.

Ez a cikk a nagy sebességű motorok nyolc alkalmazási kategóriáját és hat kulcsfontosságú technológiáját mutatja be. Általában véve a nagy sebességű motorok ígéretes és műszakilag kihívást jelentő alkalmazást jelentenek. Egyes technológiák távolinak tűnnek tőlünk, de a fejlődés szempontjából azt látjuk, hogy a "sekély nagy sebesség - közepes-nagy sebesség - ultra-ultra-nagy sebesség" véna fejlődik. A tíz évvel ezelőttihez képest manapság elterjedtek a 10, 000 vagy 20,000 forgómotorok. Ezért a nagy sebesség "hosszú távú", és lassan megváltoztatja az iparág mintáját. Ezért akár új területeken keresünk lehetőségeket, akár a meglévő termékek versenyképességét javítjuk, a nagy sebességű technológia hosszú távú befektetésre érdemes terület.