Yüksek Hızlı Motorlar İçin Altı Temel Teknoloji

Yüksek hızlı motorlar için altı temel teknoloji

"Daha küçük boyut ve daha yüksek güç peşinde koşan motorun hızı, ilk günlerdeki iki veya üç bin devirden on binlerce ila yüz binlerce devire kadar tüm yol boyunca tırmandı ve daha yüksek hız, güç yoğunluğunu ve ham madde kullanımını iyileştirdi." Bu nedenle, yeni enerji tahrikini örnek alarak yüksek hız güçlü bir trenddir, Toyota Prius'un ilk neslinin maksimum hızı sadece 6000 dev/dak'dır ve dördüncü nesil ürünün hızı 17000 dev/dak'ya ulaşmaktadır. Bu sayıda, hızlı motorların uygulamalarına ve bunların arkasındaki temel teknolojilere daha geniş bir bakış açısıyla bakacağız. "

Yüksek hız ve ultra yüksek hız, geniş uygulama beklentilerine sahiptir, ancak aynı zamanda motora son derece yüksek zorluklar getirmektedir, bu sorunları aynı kategoride birleştirdik ve altı kategori olduğunu bulduk: ısı dağılımı, seçim, rotor yapısı, titreşim gürültüsü , verimli tasarım, rulmanlar.

 

01. Isı dağılımı sorunu

 

Motor kaybı, geometrik hız sayısıyla birlikte artar ve yüksek kayıptan kaynaklanan ısı, motorun sıcaklık artışını son derece hızlı bir şekilde artırır, yüksek hızlı çalışmayı sürdürmek için, iyi ısı dağılımına sahip bir soğutma yöntemi tasarlamak gerekir. Yaygın yüksek hızlı motor soğutma yöntemlerinin şunlar olduğunu görebiliriz:

 

Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi "dahili cebri hava soğutması", sargı ve çekirdek üzerindeki ısıyı almak için güçlü soğuk hava doğrudan motora üflenebilir, bu yol genellikle hava kompresörlerinde, üfleyicilerde, uçak motorlarında ve güçlü olduğu diğer durumlarda görülür. rüzgar kullanılabilir.

2 "dahili yağ soğutması" Motorun kapalı ve güçlü rüzgardan korunması gereken uygulama ortamında, en çok kullanılan, yüksekte kullanılan stator oluğundaki yağ soğutma kombinasyonu gibi dahili yağ soğutma yöntemidir. AVL tarafından tasarlanan hızlı motor. Bazı motorlar ayrıca sargı yağı enjeksiyonlu soğutma artı stator yağı soğutması artı rotor yağı soğutması vb.'nin bir kombinasyonunu kullanır.

Yüksek güç yoğunluğu elde etmek için ısı üretimi ve soğutma, yüksek hızlı motorların yüzleşmesi gereken önemli sorunlardır.

 

02. Motor seçimi sorunu

 

Sabit mıknatıslı motor mu yoksa endüksiyon motoru mu? Anahtarlamalı relüktans gibi diğer motor türleri olsun, yüksek hızlı motor tipi seçimi her zaman standart bir yanıtı olmayan bir soru olmuştur. Genel olarak güç yoğunluğu ve verim açısından sabit mıknatıslı motorların tercih edilmesi avantajlı olurken, asenkron motorlar ve anahtarlamalı relüktans motorlar güvenilir olarak seçilir. Ancak, büyük titreşim gürültüsü nedeniyle, anahtarlamalı relüktans uygulaması daha azdır.

 

 

Aşağıdaki şekil, yüksek hızlı motorların farklı hızlar ve güçler altındaki tip dağıtım yasasıdır ve motorun "güç * hız değeri" bir kontur eğrisi olarak çizilir ve bazı genel bağlamlar bulabiliriz: "Ultra yüksek uygulamalar, endüksiyon motorları en fazladır ve endüksiyon motorları ve sabit mıknatıslı motorlar yüksek hızlı uygulamalarda bir arada bulunur". Bu prensibe uyulduğu sürece, aralıktaki ihtiyaçlara göre motor tipini seçebiliriz.

03. Rotor yapısı ile ilgili problemler

 

Yüksek hızlı motorun rotor yapısının üstesinden gelmesi gereken santrifüj gerilimi genellikle "yüksek hız" aralığında, metal kılıfta, rotorun kendi yapısında (lpm balık iskeleti, IM rotor yapısı gibi) kullanılır. vb. ve karbon fiber sargı "ultra yüksek hız" aralığında kullanılır veya basitçe rotoru, enerji depolama volanının motoru gibi sağlam bir entegre yapıya dönüştürür.

Sabit mıknatıslı yüksek hızlı motorların çoğu, rotor kılıfının yapısını kullanır ve bu tasarım da çok özeldir, yani kalıcı mıknatısı korumak ve kılıfın arızalanmasını önlemek içindir. Bu nedenle, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi stres konsantrasyonundan kaçınmaya çalışın, eğer mıknatıs tüm çevreyi doldurmazsa, kılıf ve mıknatıs üzerinde stres konsantrasyonu olacaktır, bu nedenle yüksek hızlı sabit mıknatıslı motor tam bir halka kullanır. mıknatıs, eğer tam değilse, çevreyi doldurmak için de bir halka kullanılır.

04. Titreşim gürültüsü sorunu

 

Titreşim gürültüsü sorunu, yüksek hızlı motorlar için önemli bir engeldir. Sıradan motorlarla karşılaştırıldığında, rotorun kritik hız sorunu ve şaftın sapma titreşim sorunu gibi rotor dinamiğinden kaynaklanan titreşim sorunları vardır. Yüksek frekanslı elektromanyetik kuvvetin neden olduğu uğultu sorunu da vardır ve yüksek hızlı motorun elektromanyetik kuvvet frekansı daha yüksektir, dağıtım aralığı daha geniştir ve stator sisteminin rezonansını uyarmak kolaydır.

Kritik hız titreşiminden kaçınmak için, yüksek hızlı motorların rotor tasarımı çok önemlidir ve titiz modal analiz ve testler gerektirir. Uzunluk-çap oranının tasarımda bir optimizasyon değişkeni olarak kullanılması gerekir: rotor tasarımı çok kalın ve kısadır, bu da kritik hızın üst sınırını artırabilir ve rezonansa eğilimli değildir, ancak rotor santrifüj geriliminin üstesinden gelmek için artar. Buna karşılık, rotor tasarımı incedir, merkezkaç kuvveti sorunu iyileştirilir, ancak kritik hız kaydırılır, rezonans olasılığı artar ve elektromanyetik güç de azalır. Bu nedenle, yüksek hızlı motor tasarımının en büyük önceliği olan rotor tasarımının tekrar tekrar dengelenmesi gerekir.

 

 

05. Etkili sorular

 

Motor kayıpları hızların geometrik sayısı ile artar, yüksek kayıplar motor veriminin hızla düşmesine neden olur, yüksek verim elde etmek için her türlü kayıpların yönetilmesi gerekir. Demir tüketimini örnek olarak alırsak, girdap akımı kaybını azaltmak için genellikle 0,10mm ve 0,08mm'lik ultra ince silikon çelik saclar kullanılır. Ultra ince levhalar girdap akımı kayıplarını azaltabilir ancak histerezis kayıplarını iyileştiremez, bu nedenle ultra ince levhaların demir histerezis kaybı çoğunluğu oluştururken, sıradan levhalardaki girdap akımı kaybı çoğunluğu oluşturur. Histerezis kaybını iyileştirmek için aşağıdaki üç yoldan başlayabilirsiniz:

 

1. Manyetik alanın sinüzoiditesini iyileştirmek ve harmonik demir tüketimini azaltmak için manyetik devre tasarımını optimize edin;

2. Manyetik yükü azaltın, ısı yükünü artırın ve temel demir tüketimini azaltın;

3. Malzeme seçiminden başlayarak, küçük histerezis kaybı olan silikon çelik sacları seçin.

Demir tüketimine ek olarak, yüksek hızlı motorlar, genellikle mıknatıs, metal kılıf ve stator sargı yüzeylerinin dışında görünen kuru yüksek frekanslı alternatif manyetik alanların nüfuz etmesinden kaynaklanan AC kayıplarına da ekstra dikkat eder. Mıknatısın AC kaybını örnek olarak alırsak, yaygın olarak kullanılan yöntem, mıknatısı radyal bölümler veya eksenel bölümler olabilen birden çok bölüme ayırmaktır. Segmentasyon, girdap akımı sirkülasyon alanını azaltabilir ve AC kaybını azaltabilir, aşağıdaki şekil, segmentasyondan sonraki girdap akımı alanının simülasyonudur, daha fazla parçalanmış parçacık, AC kaybının o kadar küçük olduğu görülebilir. Alanla sınırlı ve genişlemeyen segmentasyondan daha fazla çözüm var.

Yüksek hızlı motorda en yüksek frekansa sahip manyetik alan bileşeni, invertörün PWM taşıyıcısı tarafından tanıtılır, çünkü darbe modülasyonunun çalışma prensibi kaçınılmaz olarak yüksek frekanslı akım harmonikleri üretir ve bu da daha sonra yüksek frekanslı bir manyetik alan üretir. ve yüksek frekanslı manyetik alan, yüksek frekanslı kayıp üretmek için mıknatısın ve statorun ve rotorun yüzeyine nüfuz eder. Bazı yüksek hızlı motorlar, PWM yan bant harmoniklerini iyileştirmek için çok seviyeli bir sürücü yapısı kullanır.

06. Rulman sorunları

Yüksek hızlı motorların yatak seçimi önemli bir konudur ve genellikle manyetik kaldırma, havalı yataklar, kayar mekanik yataklar ve bilyeli mekanik yataklar olmak üzere dört kategori vardır. Manyetik yataklar daha yüksek güce sahip uygulamalarda, havalı yataklar ise daha küçük güç ve boyuta sahip uygulamalarda kullanılır. Mekanik yataklar genellikle yağ ile yağlama gerektirir ve birçok yağsız uygulamada sınırlıdır.

Yüksek hızlı motorların hala birçok kilit sorunu ve teknolojisi var ve bu sorunların aynı zamanda yönetilmesi gerekiyor ki bu, sıradan motorlara kıyasla nispeten yüksek ve zor. Kuvvet-manyetik-termal-NVH çoklu fizik kuplaj tasarımını benimseme ihtiyacı, yeni bir zorluk ve yeni bir fırsattır.

Bu makale, sekiz uygulama kategorisini ve yüksek hızlı motorların altı temel teknolojisini tanıtmaktadır. Genel olarak, yüksek hızlı motorlar umut verici ve teknik olarak zorlu bir uygulamadır. Bazı teknolojiler bize çok uzak görünüyor, ancak geliştirme açısından bakıldığında "sığ yüksek hız - orta-yüksek hız - ultra-ultra-yüksek hız" damarının geliştiğini görebiliriz. On yıl öncesiyle karşılaştırıldığında, 10,000 veya 20,000 döner motorlar artık yaygın. Bu nedenle, yüksek hız "uzun vadelidir" ve yavaş yavaş endüstrinin gidişatını değiştirecektir. Bu nedenle, yeni alanlarda fırsatlar aramak veya mevcut ürünlerin rekabet gücünü artırmak olsun, yüksek hızlı teknoloji, uzun vadeli yatırıma değer bir alandır.