Kuusi avainteknologiaa nopeille moottoreille
Jul 24, 2023
Jätä viesti
Kuusi avainteknologiaa nopeille moottoreille
"Pienemmän koon ja suuremman tehon tavoittelun johdosta moottorin nopeus on noussut koko matkan, kahdesta tai kolmesta tuhannesta kierroksesta alkuaikoina, aina kymmeniin tuhansiin satoihin tuhansiin kierroksiin, ja suurempi nopeus on parantanut tehotiheyttä ja raaka-aineiden käyttöä." Siksi suuri nopeus on vahva trendi, kun otetaan esimerkkinä uusi energiakäyttö, Toyota Priuksen ensimmäisen sukupolven maksiminopeus on vain 6000 r/min ja neljännen sukupolven tuotteen nopeus on 17000 r/min. Tässä numerossa tarkastelemme nopeusmoottoreiden sovellusta ja niiden taustalla olevia avainteknologioita korkeammasta näkökulmasta. "
Suurella nopeudella ja erittäin suurella nopeudella on laajat käyttömahdollisuudet, mutta samalla ne tuovat moottorille erittäin suuria haasteita, yhdistämme nämä ongelmat samaan kategoriaan ja huomaamme, että kategorioita on kuusi: lämmönpoisto, valinta, roottorin rakenne, tärinämelu , tehokas muotoilu, laakerit.
01. Lämmönhäviön ongelma
Moottorihäviö kasvaa nopeuksien geometrisen lukumäärän myötä ja suuren häviön synnyttämä lämpö lisää moottorin lämpötilan nousua erittäin nopeasti, nopean toiminnan ylläpitämiseksi on tarpeen suunnitella jäähdytysmenetelmä, jolla on hyvä lämmönpoisto. Näemme, että yleiset nopeat moottorin jäähdytysmenetelmät ovat:
"Sisäinen pakotettu ilmajäähdytys", kuten alla olevassa kuvassa näkyy, voimakas kylmä ilma voi puhaltaa suoraan moottoriin poistaakseen lämmön käämityksestä ja sydämestä. Tämä tapa esiintyy yleensä ilmakompressoreissa, puhaltimissa, lentokoneiden moottoreissa ja muissa tilanteissa, joissa voimakas. tuulta voidaan käyttää.
2 "sisäinen öljyjäähdytys" Sovellusympäristössä, jossa moottori on suljettava ja suojattava tai voimakkaalta tuulelta, eniten käytetty on sisäinen öljyjäähdytysmenetelmä, kuten öljyjäähdytyksen yhdistelmä staattorin urassa, jota käytetään korkeassa AVL:n suunnittelema nopeusmoottori. Joissakin moottoreissa käytetään myös käämitysöljyn ruiskutusjäähdytystä ja staattoriöljyn jäähdytystä sekä roottoriöljyn jäähdytystä ja niin edelleen.
Korkean tehotiheyden saavuttamiseksi lämmöntuotanto ja jäähdytys ovat tärkeitä kysymyksiä, jotka nopeiden moottoreiden on kohdattava.
02. Moottorin valintaongelma
Kestomagneettimoottori vai induktiomoottori? Olipa kyse muuntyyppisistä moottoreista, kuten kytkentäreluktanssista, nopean moottorityypin valinta on aina ollut kysymys, johon ei ole vakiovastausta. Yleisesti ottaen tehotiheyden ja hyötysuhteen kannalta on edullista valita kestomagneettimoottorit, kun taas oikosulkumoottorit ja kytketyt reluktanssimoottorit valitaan luotettavuudesta. Suuren värähtelymelun vuoksi kytketyn reluktanssin käyttö on kuitenkin pienempi.
Alla olevassa kuvassa on nopeiden moottoreiden tyyppijakauman laki eri nopeuksilla ja tehoilla, ja moottorin "teho * nopeusarvo" on piirretty ääriviivakäyränä, ja voimme löytää yleisen kontekstin: "Ultrakorkealla Induktiomoottorit ovat useimmissa sovelluksissa, ja induktiomoottorit ja kestomagneettimoottorit ovat rinnakkain nopeissa sovelluksissa." Niin kauan kuin tätä periaatetta noudatetaan, voimme valita moottorin tyypin tarpeiden mukaan.
03. Ongelmia roottorin rakenteessa
Keskipakojännitystä, joka nopean moottorin roottorirakenteen on voitettava, käytetään yleensä "suurnopeusalueella", metallivaippassa, itse roottorin rakenteessa (kuten lpm:n kalan luuranko, IM:n roottorirakenne) jne., ja hiilikuitukäämiä käytetään "ultra-high-speed" -alueella, tai yksinkertaisesti tee roottorista kiinteä integroitu rakenne, kuten energiaa varastoivan vauhtipyörän moottori.
Suurin osa kestomagneettisuurten nopeuksien moottoreista käyttää roottorin vaipan rakennetta, ja tämä rakenne on myös hyvin erityinen, eli suojaamaan kestomagneettia ja estämään vaipan rikkoutumista. Siksi yritä välttää jännityskeskittymistä, kuten alla olevassa kuvassa näkyy, jos magneetti ei täytä koko ympärysmitta, vaipan ja magneetin jännitys keskittyy, minkä vuoksi nopea kestomagneettimoottori käyttää koko rengasta magneetti, jos ei koko rengasta käytetään myös täyttämään ympärysmitta.
04. Tärinämelun ongelma
Tärinämeluongelma on suuri este nopeille moottoreille. Tavallisiin moottoreihin verrattuna on olemassa roottorin dynamiikasta aiheutuvia tärinäongelmia, kuten roottorin kriittinen nopeusongelma ja akselin taipumavärähtelyongelma. Ongelmana on myös suurtaajuisen sähkömagneettisen voiman aiheuttama ulvominen, ja nopean moottorin sähkömagneettisen voiman taajuus on korkeampi, jakelualue on laajempi ja staattorijärjestelmän resonanssia on helppo stimuloida.
Kriittisen nopeuden tärinän välttämiseksi nopeiden moottoreiden roottorin rakenne on erittäin kriittinen ja vaatii tiukkaa modaalianalyysiä ja testausta. Suunnittelussa on käytettävä optimointimuuttujana pituuden ja halkaisijan suhdetta: roottorin rakenne on liian paksu ja lyhyt, mikä voi nostaa kriittisen nopeuden ylärajaa eikä ole altis resonanssille, vaan sen vaikeus. roottori voittamaan keskipakoisjännityksen lisääntyy. Roottorin rakenne on puolestaan hoikka, keskipakolujuusongelma on parantunut, mutta kriittinen nopeus siirtyy, resonanssin todennäköisyys kasvaa ja myös sähkömagneettinen teho pienenee. Siksi roottorin rakennetta on tasapainotettava toistuvasti, mikä on nopean moottorin suunnittelun tärkein prioriteetti.
05. Tehokkaat kysymykset
Moottorihäviö kasvaa nopeuksien geometrisen lukumäärän myötä, suuret häviöt saavat moottorin hyötysuhteen heikkenemään nopeasti, korkean hyötysuhteen saavuttamiseksi kaikenlaisia häviöitä on hallittava. Esimerkkinä raudankulutuksesta, pyörrevirtahäviön vähentämiseksi käytetään yleensä erittäin ohuita piiteräslevyjä, joiden halkaisija on 0,10 mm ja 0,08 mm. Ultraohuet kiekot voivat vähentää pyörrevirtahäviöitä, mutta eivät parantaa hystereesihäviöitä, joten ultraohuiden levyjen raudan hystereesihäviö muodostaa suurimman osan, kun taas tavallisten levyjen pyörrevirtahäviö muodostaa suurimman osan. Hystereesihäviön parantamiseksi voit aloittaa kolmella seuraavista tavoista:
1. Optimoi magneettipiirin suunnittelu parantaaksesi magneettikentän sinimuotoisuutta ja vähentääksesi harmonisen raudan kulutusta;
2. Vähennä magneettikuormaa, lisää lämpökuormitusta ja vähennä raudan peruskulutusta;
3. Valitse materiaalivalinnasta lähtien piiteräslevyt, joilla on pieni hystereesihäviö.
Nopeissa moottoreissa kiinnitetään raudan kulutuksen lisäksi erityistä huomiota vaihtovirtahäviöihin, jotka aiheutuvat kuivien suurtaajuisten vaihtuvien magneettikenttien tunkeutumisesta usein magneetin, metallivaipan ja staattorin käämityspintojen ulkopuolelle. Esimerkkinä magneetin AC-häviöstä, yleisesti käytetty menetelmä on jakaa magneetti useisiin segmentteihin, jotka voivat olla säteittäisiä tai aksiaalisia segmenttejä. Segmentoinnilla voidaan pienentää pyörrevirran kiertoaluetta ja vähentää vaihtovirtahäviötä, alla oleva kuva on pyörrevirtakentän simulaatio segmentoinnin jälkeen, voidaan nähdä, että mitä enemmän segmentoituja hiukkasia, sitä pienempi vaihtovirtahäviö. Ratkaisuja on enemmän kuin segmentointi, jotka rajoittuvat tilaan eivätkä laajene.
Suurinopeuksisen moottorin korkeimman taajuuden omaavan magneettikentän komponentin tuo taajuusmuuttajan PWM-kantoaalto, koska pulssimodulaation toimintaperiaate tuottaa väistämättä suurtaajuisia virtaharmonisia, jotka puolestaan edelleen tuottavat suurtaajuista magneettikenttää. , ja korkeataajuinen magneettikenttä tunkeutuu magneetin ja staattorin ja roottorin pintaan tuottaen suurtaajuisen häviön. Jotkut nopeat moottorit käyttävät monitasoista käyttörakennetta parantamaan PWM-sivukaistan harmonisia.
06. Laakeriongelmat
Suurinopeuksisten moottoreiden laakereiden valinta on avainkysymys, ja yleensä on neljä luokkaa: magneettinen levitaatio, ilmalaakerit, liukuvat mekaaniset laakerit ja kuulamekaaniset laakerit. Magneettisia laakereita käytetään sovelluksissa, joissa on suurempi teho, ja ilmalaakereita käytetään sovelluksissa, joissa teho ja koko on pienempi. Mekaaniset laakerit vaativat usein öljyvoitelua ja ovat rajoitettuja monissa öljyttömissä sovelluksissa.
Nopeiden moottoreiden keskeisiä ongelmia ja teknologioita on edelleen monia, ja nämä ongelmat on hallittava samanaikaisesti, mikä on suhteellisen korkeaa ja vaikeaa tavallisiin moottoreihin verrattuna. Tarve ottaa käyttöön voima-magneettinen-lämpö-NVH-monifysiikkakytkennät on uusi haaste ja uusi mahdollisuus.
Tässä artikkelissa esitellään kahdeksan sovellusluokkaa ja kuusi avainteknologiaa nopeille moottoreille. Yleisesti ottaen nopeat moottorit ovat lupaava ja teknisesti haastava sovellus. Jotkut tekniikat näyttävät olevan kaukana meistä, mutta kehityksen näkökulmasta voimme nähdä, että "matala nopea - keskinopea - erittäin suuri nopeus" on kehittynyt. Kymmenen vuoden takaiseen verrattuna 10,000 tai 20,000 pyörivät moottorit ovat nykyään yleisiä. Siksi nopea on "pitkäaikaisuus" ja muuttaa hitaasti alan mallia. Siksi nopea teknologia on pitkän tähtäimen investoinnin arvoinen alue, etsitäänpä sitten mahdollisuuksia uusilta aloilta tai parannetaan olemassa olevien tuotteiden kilpailukykyä.