I. Introdução do motor de alta velocidade
Motor de alta velocidade geralmente se refere ao motor cuja velocidade excede 10.000 r/min. Os motores de alta velocidade são pequenos em tamanho, podem ser conectados diretamente a cargas de alta velocidade, eliminando a necessidade de dispositivos mecânicos tradicionais de aumento de velocidade, reduzindo o ruído do sistema e melhorando a eficiência da transmissão do sistema. Atualmente, motores de indução, motores de ímã permanente e motores de relutância comutados são os principais que atingiram com sucesso altas velocidades.
As principais características dos motores de alta velocidade são alta velocidade do rotor, alta corrente de enrolamento do estator e frequência de fluxo no núcleo, alta densidade de potência e densidade de perda. Essas características determinam que o motor de alta velocidade é diferente da tecnologia chave exclusiva do motor de velocidade normal e os métodos de projeto, as dificuldades de projeto e fabricação geralmente são exponencialmente maiores do que o motor de velocidade normal.
Aplicações de motores de alta velocidade.
( 1) Os motores de alta velocidade são usados em várias aplicações, como compressores centrífugos para condicionadores de ar ou refrigeradores.
(2) Com o desenvolvimento de veículos híbridos na indústria automotiva, geradores de alta velocidade de tamanho pequeno e peso leve serão fornecidos atenção total e têm boas perspectivas de aplicação nas áreas de veículos híbridos, aviação, navios, etc.
(3) Geradores de alta velocidade acionados por turbinas a gás são pequenos em tamanho e têm alta mobilidade e podem ser usados como backup fonte de energia para algumas instalações importantes, ou como fonte de energia independente ou pequena estação de energia para compensar a falta de fonte de alimentação centralizada, que tem valor prático importante.
Segundo, status de desenvolvimento motor de alta velocidade em casa e no exterior
1、Motor de indução de alta velocidade
A estrutura do rotor do motor de indução é simples, baixa inércia rotacional e pode funcionar por um longo tempo em alta temperatura e alta velocidade, portanto, o motor de indução é amplamente utilizado no campo de alta velocidade .
Atualmente, motores de indução de alta velocidade nacionais e estrangeiros, a potência dos maiores 15MW, sua velocidade de 20.000 r/min, desenvolvidos para a ABB em 2002, usando uma estrutura de rotor sólida. A velocidade do motor de indução de alta velocidade é a maior desenvolvida pela Westwind Air Bearings, velocidade de 300.000 r/min, sua potência é de 200 W, usada para o eixo da máquina de perfuração PCB. Da mesma forma, um motor de indução de alta velocidade com potência de 10 kW e velocidade de 180.000 r/min foi desenvolvido no exterior para uso como motor de teste.
A imagem abaixo mostra um motor de indução de alta velocidade desenvolvido pela Westwind Air Rolamentos com potência de 200 W e velocidade de 300.000 r/min.
A pesquisa doméstica é relativamente atrasada, entre as quais a Shenyang University of Technology, Chongqing Dema Electric, Naval Engineering University, Zhejiang University e outras unidades de pesquisa realizaram um muito trabalho de pesquisa em motores de indução de alta velocidade.
Chongqing Dema Motor desenvolveu um motor de indução de alta velocidade de 100kW, 25000r/min. A Shenyang University of Technology realizou pesquisas sobre motores de indução de alta velocidade com potência de 280kW, velocidade de 12000r/min, velocidade linear de 132m/s e estrutura laminada comum. A Universidade de Engenharia Naval realizou pesquisas sobre motores de indução de alta velocidade de 2,5 MW, etc.
2、Motor de ímã permanente de alta velocidade
Os motores de ímã permanente são populares em aplicações de alta velocidade devido à sua alta eficiência, fator de potência e ampla faixa de velocidade. Comparado com o motor de ímã permanente do rotor externo, o motor de ímã permanente do rotor interno tem as vantagens de pequeno raio do rotor e alta confiabilidade, tornando-se a primeira escolha para motores de alta velocidade.
Atualmente, entre os motores de ímã permanente de alta velocidade em casa e no exterior, o mais poderoso motor de ímã permanente de alta velocidade é pesquisado nos Estados Unidos, com uma potência de 8MW e uma velocidade de 15000r/min. É um rotor de imã permanente montado na face com uma luva protetora de fibra de carbono e um sistema de resfriamento que usa uma combinação de resfriamento a ar e resfriamento a água para motores de alta velocidade combinados com turbinas a gás.
A suíça ETH Zurich projetou o motor de ímã permanente de alta velocidade de alta velocidade. Os parâmetros são 500000 r/min, a potência é 1kW, a velocidade linear é 261m/s e é usada uma jaqueta protetora de liga. Instituto de Tecnologia de Harbin, Instituto de Tecnologia de Harbin, Universidade de Xi'an Jiaotong, Motor Aeroespacial de Nanjing, Universidade do Sudeste, Universidade de Aeronáutica e Astronáutica de Pequim, Universidade de Jiangsu, Universidade de Jiaotong de Pequim, Universidade de Tecnologia de Guangdong, CSR Zhuzhou Motor Co.
Eles realizaram pesquisas sobre as características de projeto, características de perda, resistência do rotor e cálculo de rigidez, bem como projeto de sistema de resfriamento e cálculo de aumento de temperatura de motores de alta velocidade, e produziram protótipos de alta velocidade de diferentes classes de potência e velocidades.
3、Motores de relutância comutados
Os motores de relutância comutados estão chamando a atenção por sua estrutura simples, robustez, baixo custo e resistência a altas temperaturas, e são cada vez mais usados em aplicações de alta velocidade.
A potência máxima de alta velocidade motor de relutância comutado é 250kW e a velocidade é 22000r/min, e a velocidade máxima é 200000r/min e a potência é 1kW.
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing Jiaotong University e Huazhong University of Science and Technology realizaram trabalho de pesquisa em motores de relutância comutados de alta velocidade, entre os quais a Universidade de Aeronáutica e Astronáutica de Nanjing desenvolveu um comutado de 1 kW, 130.000 r / min
As principais direções de pesquisa e desenvolvimento de motores de alta velocidade são.
Pesquisa sobre questões-chave de motor de alta velocidade de alta potência e motor de alta velocidade de velocidade ultra-alta; design acoplado baseado em campo multifísico e multidisciplinar; pesquisa teórica e verificação experimental de perdas estator-rotor; desenvolvimento e aplicação de novos materiais, como materiais de ímãs permanentes com alta resistência e resistência a altas temperaturas, materiais de fibra com alta condutividade térmica; pesquisa em materiais e estrutura laminados de rotores de alta resistência; aplicação de rolamentos de alta velocidade em diferentes níveis de potência e velocidade; boa dissipação de calor Projeto do sistema de controle do motor de alta velocidade; Desenvolvimento de novas tecnologias de processamento e montagem de rotores para atender aos requisitos de industrialização, etc.
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.
