1. Введение высокоскоростного двигателя.

Под быстроходными двигателями обычно понимаются двигатели со скоростью более 10 000 об/мин.Высокоскоростной двигатель имеет небольшой размер и может быть напрямую подключен к высокоскоростным нагрузкам, что устраняет необходимость в традиционных механических устройствах для увеличения скорости, снижает шум системы и повышает эффективность передачи системы.В настоящее время основными двигателями, успешно достигшими высокой скорости, являются асинхронные двигатели, двигатели с постоянными магнитами и вентильные реактивные двигатели.

Основными особенностями быстроходных двигателей являются высокая частота вращения ротора, высокая частота тока обмотки статора и магнитного потока в железном сердечнике, высокая удельная мощность и высокая плотность потерь.Эти характеристики определяют, что высокоскоростные двигатели имеют ключевые технологии и методы проектирования, которые отличаются от тех, которые используются в двигателях с постоянной скоростью, а сложность проектирования и производства часто вдвое выше, чем у двигателей с обычной скоростью.

Области применения высокооборотных двигателей:

(1) Высокоскоростные двигатели используются в различных устройствах, например, в центробежных компрессорах в кондиционерах или холодильниках.

(2) С развитием гибридных транспортных средств в автомобильной промышленности высокоскоростные генераторы небольшого размера и легкого веса будут полностью оценены и будут иметь хорошие перспективы применения в гибридных транспортных средствах, авиации, судах и других областях.

(3) Высокоскоростной генератор с приводом от газовой турбины имеет небольшие размеры и высокую мобильность.Он может использоваться в качестве резервного источника электропитания для некоторых важных объектов, а также может использоваться в качестве автономного источника электропитания или небольшой электростанции для восполнения отсутствия централизованного электроснабжения и имеет важное практическое значение.

Высокоскоростной двигатель с постоянными магнитами

Двигатели с постоянными магнитами предпочитаются в высокоскоростных приложениях из-за их высокого КПД, высокого коэффициента мощности и широкого диапазона скоростей.По сравнению с двигателем с постоянными магнитами с внешним ротором двигатель с постоянными магнитами с внутренним ротором имеет преимущества небольшого радиуса ротора и высокой надежности и стал первым выбором для высокоскоростных двигателей.

В настоящее время среди высокоскоростных двигателей с постоянными магнитами в стране и за рубежом в Соединенных Штатах исследуются высокоскоростные двигатели с постоянными магнитами наибольшей мощности.Мощность 8 МВт, скорость 15000 об/мин.Это ротор с постоянным магнитом поверхностного монтажа.Защитный кожух изготовлен из углеродного волокна, а система охлаждения использует комбинацию воздушного и водяного охлаждения для высокоскоростных двигателей, работающих с газовыми турбинами.

Швейцарский федеральный технологический институт в Цюрихе разработал высокоскоростной двигатель с постоянными магнитами, обладающий самой высокой скоростью.Параметры составляют 500000 об/мин, мощность 1 кВт, скорость линии 261 м/с, используется защитная втулка из сплава.

Внутренние исследования высокоскоростных двигателей с постоянными магнитами в основном сосредоточены в Чжэцзянском университете, Шэньянском технологическом университете, Харбинском технологическом университете, Харбинском технологическом институте, Сианьском университете Цзяотун, Нанкинском аэрокосмическом моторном университете, Юго-Восточном университете, Бэйханском университете, Университете Цзянсу, Пекинский университет Цзяотун, Гуандунский технологический университет, CSR Zhuzhou Electric Co., Ltd. и т. д.

Проведены соответствующие научно-исследовательские работы по конструктивным характеристикам, характеристикам потерь, расчету прочности и жесткости ротора, проектированию систем охлаждения и расчету превышения температуры быстроходных двигателей, изготовлены быстроходные опытные образцы с различными уровнями мощности и скоростями.

Основными направлениями исследований и разработок высокоскоростных двигателей являются:

Исследования по ключевым вопросам мощных быстроходных и сверхскоростных двигателей;проектирование муфт на основе мультифизики и мультидисциплины;теоретические исследования и экспериментальная проверка потерь статора и ротора;материалы постоянных магнитов с высокой прочностью и термостойкостью, высокой теплопроводностью. Разработка и применение новых материалов, таких как волокнистые материалы;исследования высокопрочных роторных слоистых материалов и конструкций;применение высокоскоростных подшипников разной мощности и скорости;проектирование хороших систем отвода тепла;разработка систем управления высокоскоростными двигателями;соответствие требованиям индустриализации. Новая технология обработки и сборки роторов.