Влияние окружной скорости и частоты вращения на конструкцию, систему охлаждения и характеристики электрической машины в составе гибридной силовой установки

В статье представлен анализ конструкции электрической машины с внешним ротором мощностью 200 кВт, обеспечивающей высокие удельные характеристики и предназначенной для применения в составе гибридных силовых установок. Конструкция высокообротной синхронной электрической машины с возбуждением от постоянных магнитов и внешним ротором выбрана по результатам обзора как наиболее перспективная с точки зрения достижения требуемых удельных характеристик. Основным ограничением для получения предельного значения удельной мощности в подобных конструкциях являются вопросы прочностной надежности ротора. С целью определения достижимого уровня удельной мощности электрических машин при существующем уровне технологий проведен анализ электромагнитных и прочностных характеристик конструкции с различными окружными скоростями на периферии (u = 200-300 м/с) и частотами вращения ротора (n = 20 000-30 000 об/мин). В ходе расчётно-аналитического исследования установлено следующее: для минимизации пульсации крутящего момента и зубцового момента рекомендуется обеспечить окружную скорость более 230 м/с; оптимальное соотношение длины активной части машины к её диаметру составляет λ = 0,24-0,26; в качестве материала ротора целесообразно применять титановый сплав. Определены диапазоны значений окружной скорости и частоты вращения, обеспечивающие максимальные значения удельной мощности (11 кВт/кг) и КПД высокооборотной электрической машины при современном уровне электротехнических и конструкционных материалов. Для получения указанных значений удельных характеристик определена конструкция системы охлаждения и учтены затраты мощности на нее.