Prototipi hitrotekočih strojev
V okviru projekta Električni motorji premium energijskega razreda (oznaka L2-8187), sofinanciranega s strani ARRS, smo v sodelovanju z industrijskim partnerjem, podjetjem Domel iz Železnikov, razvili in izdelali prototipe hitrotekočih električnih strojev. Ti stroji dosegajo izjemno visoke hitrosti vrtenja (100 000 min-1), zaradi česar mora biti frekvenca toka visoka – dvopolna izvedba zahteva pri tej hitrosti 1,67 kHz, z večanjem števila polov se sorazmerno povečuje tudi frekvenca.
Slika 1: Plastični sestavni deli za stator
Zaradi visoke hitrosti in frekvence je potrebno ustrezno prilagoditi tudi konstrukcijo stroja. Da bi zmanjšali vplive parazitnih pojavov, npr. dodatne izgube zaradi vrtinčnih tokov, ki jih povzroča stresano polje, je potrebno povsod, kjer je to možno, uporabiti plastiko ali kakšen drug električno neprevoden material (slika 1).
Slika 2: Sestavljen rotor z zaščitnim tulcem
Rotorsko jedro je potrebno mehansko ojačati s prednapetim zaščitnim tulcem (slika 2), da lahko vzdrži mehanske obremenitve, ki naraščajo s kvadratom hitrosti. Tudi ta mora biti električno neprevoden, zato je narejen iz steklenih vlaken. Električna prevodnost trajnih magnetov na rotorju mora biti majhna, kar je značilno za trdo magnetne ferite ali vezane magnete iz redkih zemelj (vezan NdFeB). V kolikor se odločimo za električno prevodne trajne magnete (sintran NdFeB), moramo uporabiti rotorsko konstrukcijo s potopljenimi magneti, da jih zaščitimo pred časovno spreminjajočim se magnetnim poljem visokih frekvenc, ki ga vzbuja statorsko navitje, in posledično pred dodatnimi izgubami zaradi vrtinčnih tokov.
Slika 3: Sestavljen stroj iz prve serije prototipov – odprta izvedba
Primer stroja, izdelanega v prvi seriji prototipov, je popolnoma odprt stroj (slika 3), kar pomeni, da so zunanji deli tuljav neposredno izpostavljeni okoliškemu zraku, zaradi česar ima dobro sposobnost hlajenja. To omogoča obratovanje z visokim izkoristkom ter večjo možnost za kratkotrajno preobremenitev. Zaradi izpostavljenosti tuljav je tak stroj najbolj primeren za nadaljnjo vgradnjo v pogonski sklop.
Slika 4: Sestavljen stroj iz druge serije prototipov – zaprta izvedba
Rotorsko jedro je potrebno mehansko ojačati s prednapetim zaščitnim tulcem (slika 4), da lahko vzdrži mehanske obremenitve, ki naraščajo s kvadratom hitrosti. Tudi ta mora biti električno neprevoden, zato je narejen iz steklenih vlaken. Električna prevodnost trajnih magnetov na rotorju mora biti majhna, kar je značilno za trdo magnetne ferite ali vezane magnete iz redkih zemelj (vezan NdFeB). V kolikor se odločimo za električno prevodne trajne magnete (sintran NdFeB), moramo uporabiti rotorsko konstrukcijo s potopljenimi magneti, da jih zaščitimo pred časovno spreminjajočim se magnetnim poljem visokih frekvenc, ki ga vzbuja statorsko navitje, in posledično pred dodatnimi izgubami zaradi vrtinčnih tokov.