Аннотация
Статья посвящена наиболее актуальным направлениям разработки бесколлекторных двигателей постоянного тока с дробными многосекционными обмотками. Теоретически область применения этих электродвигателей может быть чрезвычайно разнообразной. Рассматриваемый тип трёхфазных обмоток имеет систему сосредоточенных катушек, располагаемых непосредственно на зубцах статора. Такая конструкция обмоток позволяет существенно уменьшить размеры лобовых частей, особенно в случае применения регулярной обмотки, а также значительно улучшить охлаждение машины. С другой стороны, зубчатая структура электродвигателей способствует возникновению пульсаций реактивного момента. Отдельной проблемой является применение современных изотропных и анизотропных магнитных материалов, которые требуют освоения новых технологий изготовления магнитопроводов. Современный уровень разработки предопределяет моделирование электромагнитного поля машины. В статье рассмотрены особенности проектирования бесконтактных электродвигателей постоянного тока с дробными многосекционными обмотками, предназначенных для беспилотных летательных аппаратов различного назначения. Важной проблемой является выбор оптимальной конфигурации магнитной системы электродвигателя. Наиболее эффективны магнитные системы с минимальной разницей между числом зубцов и постоянных магнитов. В статье проанализированы условия, при которых возникает не сбалансированная сила одностороннего магнитного притяжения. Рассмотрены возможные варианты магнитных систем и представлены их достоинства и недостатки, определены наиболее целесообразные числа полюсов и зубцов. Показаны пути совершенствования бесщёточных электродвигателей постоянного тока, связанные с применением анизотропных и аморфных магнитомягких материалов в сочетании с высококоэрцитивными постоянными на основе редкоземельных материалов. Рассмотрены конструктивные особенности бесщёточных электродвигателей постоянного тока, позволяющие получить требуемые характеристики для обеспечения качественной работы машины как в составе непосредственного электропривода винтомоторных групп мультикоптеров, так и в составе электропривода для управления летательными аппаратами самолётного типа. На основании полученных результатов сформирован единый подход к проектированию электродвигателей для беспилотных систем на основе современных методов моделирования электромагнитных процессов с поэтапной практической реализацией.
Ключевые слова
бесколлекторные двигатели, беспилотные авиационные системы, магнитная система, зубцовая зона, многосекционные обмотки
1. Бурковская Т.А., Писаревский Ю.В. Исследование магнитных систем электродвигателей с внутриякорным индуктором // Электротехнические комплексы и системы управления. 2007. № 2. С. 71-76.
2. Бурковская Т.А., Писаревский Ю.В. Анализ магнитных систем электродвигателей с полым якорем на основе инструментальных систем // Системы управления и информационные технологии. 2005. № 4 (21). С. 46-50.
3. Пат. 152267 Российская Федерация, H02K 21/12, 16/02. Бесконтактная электрическая машина / Писаревский Ю.В., Писаревский А.Ю., Пархоменко Г.А., Сергеев В.А., Фурсов В.Б., Низовой А.Н., Бойчук В.С., Ген Ж.А; заявители авторы. № 2014133105/07, заявл. 12.08.2014, опубл. 10.05.2015.
4. Проектирование следящих систем / Рабинович Л.В., Петров Б.И., Терсков В.Г., Сушков С.А., Панкратов Л.Д. М.: Машиностроение, 1969. 420 с.
5. Шевченко А.Ф. Многополюсные синхронные машины с дробными Q < 1 зубцовыми обмотками с возбуждением от постоянных магнитов // Электротехника. 2007. № 9. С. 3-8.
6. Мустаев Э.И., Уразбахтин Р.Р., Дойников А.И. Проектирование бесконтактного электродвигателя для беспилотных летательных аппаратов // Электротехнические комплексы и системы: материалы II Всероссийской конференции по электрическим машинам в рамках Международной научно-практической конференции. Уфа: Общество с ограниченной ответственностью «Аэтерна», 2023. С. 97-117.
7. Разработка и исследования бесконтактного электродвигателя для беспилотных летательных аппаратов / Ф.Р. Исмагилов, В.Е. Вавилов, Р.Р. Уразбахтин, А.В. Месропян // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2023. Т. 19. № 3. С. 26-38. doi: 10.17122/1999-5458-2023-19-3-26-38
8. Исследование и математическое моделирование обмоток бесконтактного электродвигателя постоянного тока электропривода манипулятора в рамках общей концепции энергоэффективности / А.А. Агапов, В.В. Бабенко, В.М. Питолин, Ж.А. Ген, А.В. Романов // Альтернативная и интеллектуальная энергетика: материалы II Международной научно-практической конференции. 2020. С. 80-81.
9. Мигунов А.Л., Кауров С.Ю., Алимбеков М.Н. Математическая модель трехфазного, многополюсного бесконтактного двигателя постоянного тока // Вестник транспорта Поволжья. 2016. № 3 (57). С. 71-77.
10. Кузовкин В.А., Филатов В.В., Чумаева М.В. Моделирование бесконтактного электродвигателя постоянного тока в среде Multisim // Вестник МГТУ «Станкин». 2012. № 1(18). С. 88-93.
11. Исследование и математическое моделирование исполнительных электродвигателей постоянного тока следящих адаптивных электроприводов при оптимизации удельных параметров / А.А. Агапов, Ю.М. Крылов, Т.Е. Черных, Ю.В. Писаревский, А.М. Литвиненко // Электротехника. 2024. № 2. С. 12-18. doi: 10.53891/00135860-2024-2-12-27
Моделирование характеристик бесщёточных электродвигателей постоянного тока с дробными многосекционными обмотками для беспилотных авиационных систем / В.Б. Фурсов, Ю.В. Писаревский, А.Ю. Писаревский, Е.В. Луценко, Т.Е. Черных // Электротехнические системы и комплексы. 2024. № 4(65). С. 62-68. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2024-4(65)-62-68