Enam Teknologi Utama Untuk Motor Berkecepatan Tinggi

Enam teknologi kunci untuk motor berkecepatan tinggi

"Didorong oleh pengejaran ukuran yang lebih kecil dan tenaga yang lebih tinggi, kecepatan motor telah meningkat jauh, dari dua atau tiga ribu putaran di masa-masa awal, hingga puluhan ribu hingga ratusan ribu putaran, dan kecepatan yang lebih tinggi telah meningkatkan kepadatan daya dan pemanfaatan bahan baku." Oleh karena itu, kecepatan tinggi adalah tren yang kuat, dengan mengambil penggerak energi baru sebagai contoh, kecepatan maksimum Toyota Prius generasi pertama hanya 6000 putaran/menit, dan kecepatan produk generasi keempat mencapai 17000 putaran/menit. Dalam edisi ini, kami mengambil perspektif yang lebih tinggi untuk melihat penerapan motor kecepatan dan teknologi utama di baliknya. "

Kecepatan tinggi dan kecepatan sangat tinggi memiliki prospek aplikasi yang luas tetapi pada saat yang sama menghadirkan tantangan yang sangat tinggi bagi motor, kami menggabungkan masalah ini ke dalam kategori yang sama dan menemukan bahwa ada enam kategori: pembuangan panas, pemilihan, struktur rotor, kebisingan getaran , desain yang efisien, bantalan.

 

01. Masalah pembuangan panas

 

Kerugian motor meningkat dengan jumlah kecepatan geometris, dan panas yang dihasilkan oleh kehilangan tinggi meningkatkan kenaikan suhu motor dengan sangat cepat, untuk mempertahankan operasi kecepatan tinggi, perlu dirancang metode pendinginan dengan pembuangan panas yang baik. Kita dapat melihat bahwa metode pendinginan motor kecepatan tinggi yang umum adalah:

 

"Pendinginan udara paksa internal" seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, udara dingin yang kuat dapat langsung berhembus ke motor untuk menghilangkan panas pada belitan dan inti, cara ini umumnya muncul di kompresor udara, blower, motor pesawat terbang, dan kesempatan lain yang kuat angin dapat digunakan.

2 "pendinginan oli internal" Di lingkungan aplikasi di mana motor harus ditutup dan dilindungi, atau angin kencang, yang paling banyak digunakan adalah metode pendinginan oli internal, seperti kombinasi pendinginan oli di alur stator yang digunakan di high- kecepatan motor yang dirancang oleh AVL. Beberapa motor juga mengadopsi kombinasi pendingin injeksi oli belitan ditambah pendingin oli stator plus pendingin oli rotor dan sebagainya.

Untuk mencapai kepadatan daya yang tinggi, pembangkitan panas dan pendinginan adalah masalah penting yang harus dihadapi oleh motor berkecepatan tinggi.

 

02. Masalah pemilihan motor

 

Motor magnet permanen atau motor induksi? Apakah itu jenis motor lain seperti keengganan sakelar, pilihan jenis motor kecepatan tinggi selalu menjadi pertanyaan tanpa jawaban standar. Secara umum, dari perspektif kerapatan daya dan efisiensi, menguntungkan untuk memilih motor magnet permanen, sedangkan motor induksi dan motor keengganan sakelar dipilih dari keandalan. Namun, karena kebisingan getaran yang besar, penerapan keengganan sakelar lebih sedikit.

 

 

Gambar di bawah ini adalah hukum distribusi tipe motor berkecepatan tinggi di bawah kecepatan dan daya yang berbeda, dan "nilai daya * kecepatan" motor digambar sebagai kurva kontur, dan kita dapat menemukan beberapa konteks umum: "Di ultra-tinggi aplikasi, motor induksi paling banyak, dan motor induksi dan motor magnet permanen hidup berdampingan dalam aplikasi kecepatan tinggi". Asalkan prinsip ini diikuti, kita bisa memilih jenis motor sesuai kebutuhan dalam jangkauan.

03. Masalah dengan struktur rotor

 

Tegangan sentrifugal yang harus diatasi oleh struktur rotor motor berkecepatan tinggi umumnya digunakan dalam rentang "kecepatan tinggi", selubung logam, struktur rotor itu sendiri (seperti kerangka ikan lpm, struktur rotor IM) , dll., dan belitan serat karbon digunakan dalam rentang "kecepatan sangat tinggi", atau cukup buat rotor menjadi struktur terintegrasi yang kokoh, seperti motor roda gila penyimpanan energi.

Sebagian besar motor berkecepatan tinggi magnet permanen menggunakan struktur selubung rotor, dan desain ini juga sangat khusus, yaitu untuk melindungi magnet permanen dan mencegah selubung agar tidak rusak. Oleh karena itu, cobalah untuk menghindari konsentrasi tegangan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, jika magnet tidak memenuhi seluruh keliling, akan terjadi konsentrasi tegangan pada selubung dan magnet, itulah sebabnya motor magnet permanen kecepatan tinggi menggunakan cincin lengkap. magnet, jika tidak cincin lengkap juga digunakan untuk mengisi keliling.

04. Masalah kebisingan getaran

 

Masalah kebisingan getaran merupakan kendala utama bagi motor berkecepatan tinggi. Dibandingkan dengan motor biasa, ada masalah getaran yang disebabkan oleh dinamika rotor, seperti masalah kecepatan kritis rotor dan masalah getaran defleksi poros. Ada juga masalah melolong yang disebabkan oleh gaya elektromagnetik frekuensi tinggi, dan frekuensi gaya elektromagnetik motor kecepatan tinggi lebih tinggi, jangkauan distribusi lebih luas, dan mudah untuk merangsang resonansi sistem stator.

Untuk menghindari getaran kecepatan kritis, desain rotor motor kecepatan tinggi sangat kritis dan membutuhkan analisis dan pengujian modal yang ketat. Rasio panjang-ke-diameter perlu digunakan sebagai variabel pengoptimalan dalam desain: desain rotor terlalu tebal dan pendek, yang dapat meningkatkan batas atas kecepatan kritis dan tidak rentan terhadap resonansi, tetapi kesulitannya rotor untuk mengatasi peningkatan tegangan sentrifugal. Pada gilirannya, desain rotor ramping, masalah kekuatan sentrifugal ditingkatkan, tetapi kecepatan kritis bergeser, kemungkinan resonansi meningkat, dan daya elektromagnetik juga akan berkurang. Oleh karena itu, desain rotor perlu diseimbangkan berulang kali, yang merupakan prioritas utama desain motor kecepatan tinggi.

 

 

05. Pertanyaan yang efisien

 

Kerugian motor meningkat dengan jumlah kecepatan geometrik, kerugian yang tinggi membuat efisiensi motor menurun dengan cepat, untuk mencapai efisiensi yang tinggi, semua jenis kerugian harus dikelola. Mengambil konsumsi besi sebagai contoh, untuk mengurangi kerugian arus eddy, umumnya digunakan lembaran baja silikon ultra tipis 0.10mm dan 0,08mm. Wafer ultra-tipis dapat mengurangi kerugian arus eddy tetapi tidak dapat meningkatkan kerugian histeresis, sehingga kerugian histeresis besi dari lembaran ultra-tipis merupakan mayoritas, sedangkan kerugian arus eddy pada lembaran biasa merupakan mayoritas. Untuk memperbaiki hilangnya histeresis, Anda dapat memulai dari tiga cara berikut:

 

1. Optimalkan desain sirkuit magnetik untuk meningkatkan sinusoiditas medan magnet dan mengurangi konsumsi besi harmonik;

2. Kurangi beban magnet, tambah beban panas, dan kurangi konsumsi zat besi fundamental;

3. Mulai dari pemilihan bahan, pilih lembaran baja silikon dengan kerugian histeresis kecil.

Selain konsumsi besi, motor berkecepatan tinggi juga memberi perhatian ekstra pada kerugian AC, yang disebabkan oleh penetrasi medan magnet bolak-balik frekuensi tinggi yang kering, sering muncul di luar magnet, selubung logam, dan permukaan belitan stator. Mengambil hilangnya magnet AC sebagai contoh, metode yang umum digunakan adalah membagi magnet menjadi beberapa segmen, yang dapat berupa segmen radial atau segmen aksial. Segmentasi dapat memperkecil area sirkulasi arus eddy dan mengurangi rugi-rugi AC, gambar dibawah ini merupakan simulasi medan arus eddy setelah dilakukan segmentasi, dapat dilihat bahwa semakin banyak partikel tersegmentasi maka rugi-rugi AC semakin kecil. Ada lebih banyak solusi daripada segmentasi, yang terbatas pada ruang dan tidak berkembang.

Komponen medan magnet dengan frekuensi tertinggi pada motor berkecepatan tinggi diperkenalkan oleh pembawa PWM dari inverter, karena prinsip kerja modulasi pulsa pasti menghasilkan harmonik arus frekuensi tinggi, yang selanjutnya menghasilkan medan magnet frekuensi tinggi. , dan medan magnet frekuensi tinggi menembus ke permukaan magnet dan stator dan rotor untuk menghasilkan kerugian frekuensi tinggi. Beberapa motor berkecepatan tinggi menggunakan struktur penggerak bertingkat untuk meningkatkan harmonik pita samping PWM.

06. Masalah bantalan

Pemilihan bantalan motor berkecepatan tinggi adalah masalah utama, dan umumnya ada empat kategori levitasi magnetik, bantalan udara, bantalan mekanis geser, dan bantalan mekanis bola. Bantalan magnetik digunakan dalam aplikasi dengan daya lebih tinggi, dan bantalan udara digunakan dalam aplikasi dengan daya dan ukuran lebih kecil. Bantalan mekanis sering membutuhkan pelumasan oli dan terbatas pada banyak aplikasi bebas oli.

Masih banyak masalah utama dan teknologi motor berkecepatan tinggi, dan masalah ini perlu ditangani secara bersamaan, yang relatif tinggi dan sulit dibandingkan dengan motor biasa. Kebutuhan untuk mengadopsi desain kopling multifisika gaya-magnetik-termal-NVH merupakan tantangan dan peluang baru.

Artikel ini memperkenalkan delapan kategori aplikasi dan enam teknologi utama motor berkecepatan tinggi. Secara umum, motor berkecepatan tinggi adalah aplikasi yang menjanjikan dan menantang secara teknis. Beberapa teknologi tampak jauh dari kita, tetapi dari perspektif perkembangan, kita dapat melihat bahwa aliran "kecepatan tinggi dangkal - kecepatan sedang-tinggi - kecepatan ultra-ultra-tinggi" telah berkembang. Dibandingkan dengan sepuluh tahun yang lalu, 10,000 atau 20,000 motor rotari sekarang sudah biasa. Oleh karena itu, kecepatan tinggi adalah "jangka panjang" dan perlahan akan mengubah pola industri. Oleh karena itu, apakah mencari peluang di bidang baru atau meningkatkan daya saing produk yang sudah ada, teknologi berkecepatan tinggi merupakan bidang investasi jangka panjang yang berharga.