I. Introduction du moteur à grande vitesse
Le moteur à grande vitesse fait généralement référence au moteur dont la vitesse dépasse 10 000 tr/min. Les moteurs à grande vitesse sont de petite taille, peuvent être directement connectés à des charges à grande vitesse, éliminant ainsi le besoin de dispositifs mécaniques traditionnels d'augmentation de la vitesse, réduisant le bruit du système et améliorant l'efficacité de la transmission du système. Actuellement, les moteurs à induction, les moteurs à aimants permanents et les moteurs à réluctance commutée sont les principaux qui ont réussi à atteindre une vitesse élevée.
Les principales caractéristiques des moteurs à grande vitesse sont une vitesse de rotor élevée, un courant d'enroulement de stator élevé et une fréquence de flux dans le noyau, haute densité de puissance et densité de perte. Ces caractéristiques déterminent que le moteur à grande vitesse est différent de la technologie clé unique du moteur à vitesse normale et les méthodes de conception, les difficultés de conception et de fabrication sont souvent exponentiellement plus grandes que le moteur à vitesse normale. 1) Les moteurs à grande vitesse sont utilisés dans diverses applications telles que les compresseurs centrifuges pour les climatiseurs ou les réfrigérateurs.
(2) Avec le développement des véhicules hybrides dans l'industrie automobile, des générateurs à grande vitesse de petite taille et légers seront fournis attention et ont de bonnes perspectives d'application dans les domaines des véhicules hybrides, de l'aviation, des navires, etc.
(3) Les générateurs à grande vitesse entraînés par des turbines à gaz sont de petite taille et ont une grande mobilité, et peuvent être utilisés comme secours source d'alimentation pour certaines installations importantes, ou en tant que source d'alimentation indépendante ou petite centrale électrique pour compenser le manque d'alimentation électrique centralisée, qui a une valeur pratique importante. __@1、Moteur à induction haute vitesse
La structure du rotor du moteur à induction est simple, à faible inertie de rotation et peut fonctionner longtemps à haute température et à grande vitesse, de sorte que le moteur à induction est largement utilisé dans le domaine à grande vitesse .
À l'heure actuelle, moteur à induction à grande vitesse domestique et étranger, la puissance du plus grand 15MW, sa vitesse de 20000 tr / min, développé pour ABB en 2002, utilisant une structure de rotor solide. La vitesse du moteur à induction à grande vitesse est la plus grande développée par Westwind Air Bearings, vitesse de 300000 tr/min, sa puissance est de 200 W, utilisée pour la broche de la perceuse PCB. De même, un moteur à induction à grande vitesse d'une puissance de 10 kW et d'une vitesse de 180 000 tr/min a été réalisé à l'étranger pour être utilisé comme moteur d'essai.
L'image ci-dessous montre un moteur à induction à grande vitesse développé par Westwind Air Roulements d'une puissance de 200 W et d'une vitesse de 300 000 r/min. beaucoup de travaux de recherche sur les moteurs à induction à grande vitesse.
Chongqing Dema Motor a développé un moteur à induction à grande vitesse de 100kW, 25000r/min. L'Université de technologie de Shenyang a mené des recherches sur les moteurs à induction à grande vitesse avec une puissance de 280 kW, une vitesse de 12 000 tr/min, une vitesse linéaire de 132 m/s et une structure laminée commune. L'Université d'ingénierie navale a mené des recherches sur les moteurs à induction à grande vitesse de 2,5 MW, etc.
2、Moteur à aimant permanent à grande vitesse
Les moteurs à aimant permanent sont populaires dans les applications à grande facteur de puissance et grande plage de vitesse. Comparé au moteur à aimant permanent du rotor extérieur, le moteur à aimant permanent du rotor intérieur présente les avantages d'un petit rayon de rotor et d'une grande fiabilité, devenant le premier choix pour les moteurs à grande vitesse.
À l'heure actuelle, parmi les moteurs à aimant permanent à grande vitesse au pays et à l'étranger, le moteur à aimant permanent à grande vitesse le plus puissant fait l'objet de recherches aux états-unis, avec une puissance de 8 MW et une vitesse de 15 000 tr/min. Il s'agit d'un rotor à aimant permanent monté sur la face avec un manchon de protection en fibre de carbone et un système de refroidissement qui utilise une combinaison de refroidissement par air et de refroidissement par eau pour les moteurs à grande vitesse associés à des turbines à gaz.
L'ETH Zurich a conçu le moteur à aimants permanents à grande vitesse à la vitesse la plus élevée. Les paramètres sont de 500 000 tr/min, la puissance est de 1 kW, la vitesse linéaire est de 261 m/s et une gaine de protection en alliage est utilisée. Harbin Institute of Technology, Harbin Institute of Technology, Xi'an Jiaotong University, Nanjing Aerospace Motor, Southeast University, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Jiangsu University, Beijing Jiaotong University, Guangdong University of Technology, CSR Zhuzhou Motor Co.
Ils ont effectué des recherches sur les caractéristiques de conception, les caractéristiques de perte, le calcul de la résistance et de la rigidité du rotor, ainsi que la conception du système de refroidissement et le calcul de l'élévation de température des moteurs à grande vitesse, et ont produit des prototypes à grande vitesse de différentes classes de puissance et vitesses. __@3、Moteur à réluctance de commutation
Les moteurs à réluctance commutée attirent l'attention pour leur structure simple, leur robustesse, leur faible coût et leur résistance aux températures élevées, et sont de plus en plus utilisés dans les applications à grande vitesse.
La puissance maximale de la haute vitesse Le moteur à réluctance commutée est de 250 kW et la vitesse est de 22 000 tr/min, et la vitesse maximale est de 200 000 tr/min et la puissance est de 1 kW. travaux de recherche sur les moteurs à réluctance commutée à grande vitesse, parmi lesquels l'Université d'aéronautique et d'astronautique de Nanjing a développé un 1 kW, 130 000 tr / min commuté
Les principales directions de recherche et de développement des moteurs à grande vitesse sont.
Recherche sur problèmes clés du moteur à grande vitesse haute puissance et du moteur à grande vitesse ultra-rapide; conception couplée basée sur le multi-domaine physique et la multi-discipline ; recherche théorique et vérification expérimentale des pertes stator-rotor ; développement et application de nouveaux matériaux tels que les matériaux d'aimants permanents à haute résistance mécanique et à haute température, les matériaux fibreux à haute conductivité thermique ; recherche sur les matériaux stratifiés et la structure du rotor à haute résistance ; application de roulements à grande vitesse sous différents niveaux de puissance et de vitesse ; bonne dissipation thermique Conception du système de commande de moteur à grande vitesse ; Développement de nouvelles technologies de traitement et d'assemblage de rotors pour répondre aux exigences d'industrialisation, etc.
Domestic research on high-speed permanent magnet motor is mainly concentrated in Zhejiang University, Shenyang University of Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin Institute of Technology, Xi'an Jiaotong University, Nanjing Aerospace Motor, Southeast University, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Jiangsu University, Beijing Jiaotong University, Guangdong University of Technology, CSR Zhuzhou Motor Co.
They have carried out research on the design characteristics, loss characteristics, rotor strength and stiffness calculation, as well as cooling system design and temperature rise calculation of high-speed motors, and have produced high-speed prototypes of different power classes and speeds.
3、Switching reluctance motor
Switched reluctance motors are attracting attention for their simple structure, robustness, low cost and high temperature resistance, and are increasingly used in high-speed applications.
The maximum power of high-speed switched reluctance motor is 250kW and the speed is 22000r/min, and the maximum speed is 200000r/min and the power is 1kW.
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing Jiaotong University and Huazhong University of Science and Technology have carried out research work on high-speed switched reluctance motors, among which Nanjing University of Aeronautics and Astronautics has developed a 1 kW, 130,000 r / min switched
The main research and development directions of high-speed motors are.
Research on key issues of high power high-speed motor and ultra-high speed high-speed motor; coupled design based on multi-physical field and multi-discipline; theoretical research and experimental verification of stator-rotor loss; development and application of new materials such as permanent magnet materials with high strength and high temperature resistance, fiber materials with high thermal conductivity; research on high-strength rotor laminated materials and structure; application of high-speed bearings under different power and speed levels; good heat dissipation Design of high speed motor control system; Development of new rotor processing and assembly technology to meet the industrialization requirements, etc.
