Методика проектирования и технологические особенности производства малоинерционных электродвигателей постоянного тока с полым якорем для следящих систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Солдатов Александр Викторович

• Солдатов Александр Викторович
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Солдатов Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМ

1.1 Особенности конструкции электродвигателей постоянного тока для следящих систем

1.2 Анализ видов обмоток коллекторных двигателей постоянного тока с полым якорем

1.3 Конструкции постоянных магнитов в коллекторных электродвигателях с полым якорем

1.4 Постановка задачи

1.5 Выводы по главе

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ПОЛЫМ

ЯКОРЕМ

2.1 Математическая модель электромагнитного поля электродвигателя с полым якорем

2.2 Моделирование теплового поля электродвигателя

2.3 Моделирование режимов пуска и рабочих характеристик численным методом

2.4 Обработка полученных результатов

2 . 5 Выводы по главе

3. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОЛЫМ ЯКОРЕМ

3.1 Разработка конструкции электродвигателя

3.2 Разработка технологии изготовления классической обмотки полого якоря

3.3 Разработка технологии изготовления обмотки электродвигателей на основе гибких печатных плат

3.4 Выводы по главе

4. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОЛЫМ ЯКОРЕМ

4.1 Разработка лабораторного стенда для определения характеристик электродвигателей

4.2 Результаты экспериментальных исследований на стенде

4.3 Проведение испытаний электродвигателя в конечном изделии по

разработанной методике

4.4 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика проектирования и технологические особенности производства малоинерционных электродвигателей постоянного тока с полым якорем для следящих систем»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время из-за сложившейся геополитической ситуации существует острая потребность в разработке различного рода комплектующих изделий для вооружения военной и специальной техники (ВВСТ), отвечающих необходимым параметрам в особо жестких условиях эксплуатации. Дефицит импортных комплектующих изделий и отсутствие аналогов на российском рынке существенно затрудняет своевременную поставку продукции специального назначения в рамках государственного оборонного заказа.

Для обеспечения связью вооруженные силы РФ в тактическом звене зачастую применяются малогабаритные (носимые) станции спутниковой связи или станции, работающие в движении. Как правило для станций первого типа используются малогабаритные антенные модули с ручным наведением, для второго - модули с электромеханическим управлением для осуществления наведения и автосопровождения сигнала в условиях движения транспортной базы. При этом антенны должны обладать малыми размерами и обеспечивать радиосвязь как в движении, так и на стоянках, никак не ограничивать перемещение транспортной базы по пересеченной местности и в различных сложных условиях обстановки, а также при ведении боевых действий.

Развитие миллиметрового диапазона дополнительно повлекло повышение требований к стабилизации спутниковых систем, работающих в движении. С учетом узкой ширины диаграммы направленности, имеется сложность в наведении на космический аппарат (КА) и сопровождении сигнала при заданных эволюциях транспортной базы. Допустимая ошибка при наведении должна составлять не более 5-30 угловых минут, в зависимости от площади излучения антенны.

Кроме того, в двухосном стабилизованном антенном устройстве проблематично обеспечить работу при высоких углах места, т.к. при углах близких к 90° требуемые скорости и ускорения ОПУ антенны стремятся к бесконечности.

Система стабилизации антенн с двухосным ОПУ имеет при качке «мертвую воронку» в области зенита, т.е. область, в которой не

обеспечивается стабилизация, в виде перевернутого конуса с осью в зените [1].

Эта проблема устраняется при использовании трехосного ОПУ, но для низкопрофильных антенн реализовать это невозможно, поскольку резкого увеличивается высота зоны ометания, трехосное ОПУ увеличивает габаритные размеры и массу антенны в целом.

Таким образом максимальное значение угла места, при котором возможно обеспечить предельные значения скоростей и ускорений качки ограничивается предельными значениями скорости привода азимута.

Важнейшими функциональными параметрами, определяющими технический уровень следящего электропривода, являются удельные массогабаритные показатели, КПД и электромеханическая постоянная времени используемого электродвигателя.

В настоящее время многие отечественные электродвигатели выпускаются серийно, имеют неплохие технико-эксплуатационные характеристики и отличаются высокой надёжностью, но в связи с высокими требованиями, предъявляемыми к конечному изделию, для ряда приводов следящих систем необходимы двигатели с предельно достижимыми значениями функционально-основных параметров. Достижение в одной машине оптимальных значений основных электромеханических параметров и массогабаритных характеристик является технически сложной задачей. Так, получение предельного быстродействия неизбежно ведёт к увеличению габаритов магнитной системы и стоимости двигателя [2].

Использование импортной техники оказалось более целесообразным при проектировании прецизионного интеллектуального электропривода.

На сегодняшний день задача импортозамещения является особо актуальной. Это касается и сферы разработки и производства специализированных электрических машин для высокотехнологичных позиционных следящих систем.

Таким образом существует потребность в разработке новых серий электродвигателей, которые могли бы удовлетворять требованиям современных следящих систем.

Объект исследования. Объектом исследования является малоинерционный электродвигатель постоянного тока с полым якорем.

Предмет исследования. Методика проектирования и технология производства малоинерционных электродвигателей постоянного тока с полым якорем для следящих систем.

Цель работы. Разработка и исследование малоинерционного электродвигателя постоянного тока с полым якорем для применения в следящих системах, работающих в движении, и верификация методики его проектирования.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:

1. Анализ существующих технических решений по выбору типа обмоток, современных магнитов на основе редкоземельных материалов (РЗМ), конструктивные особенности построения коллектора для создания электродвигателей, используемых в качестве исполнительных механизмов для объектов специальной техники.

2. Разработка математической модели магнитного и теплового полей электродвигателя.

3. Расчет параметров электродвигателя с полым якорем с использованием современных методов численного моделирования.

4. Разработка конструкции и технологии изготовления электродвигателя постоянного тока с полым якорем.

5. Проведение экспериментальных исследований и испытаний полученного образца для определения возможности использования в станциях спутниковой связи, работающих в движении при жестких условиях эксплуатации.

Методы исследования. За основу для решения поставленных задач была взята теория электрических машин с использованием современных средств численного моделирования магнитных полей, с помощью программного комплекса ANSYS. Анализ теплового поля произведен в модуле Flow Simulation комплекса SolidWorks. Разработка инженерной методики проектирования электродвигателя велась в среде Matlab. Обработка результатов расчётов произведена с помощью программного средства MATHCAD. Экспериментальным путем был проведен анализ характеристик электродвигателей с использованием разработанного стенда, проведены испытания по разработанной методике на наработку, сохраняемость и воздействия различных климатических факторов.

Научная новизна работы.

1. Разработана математическая модель электродвигателя с полым якорем, в части определения коэффициента краевого эффекта.

2. На основании проведенных исследований уточнена классическая методика проектирования электродвигателей с полым якорем в части введения коэффициента краевого эффекта для определения рабочего магнитного потока.

3. Научно обоснована и разработана технология изготовления обмотки полого якоря на основе гибких печатных плат с применением двойного наращивания меди для увеличения толщины проводящего слоя.

Практическая значимость работы.

1 . Изготовлены опытные образцы малоинерционных электродвигателей постоянного тока с полым якорем из медной и алюминиевой обмотки.

2. Изготовлены опытные образцы малоинерционных электродвигателей постоянного тока с применением гибких печатных плат в качестве обмотки полого якоря.

3. По результатам экспериментальных исследований подтверждена возможность серийного производства малоинерционных электродвигателей постоянного тока с полым якорем.

4. Получен патент на промышленный образец и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ для проведения экспресс-расчета параметров электродвигателей.

Полученные теоретические и практические результаты диссертационной работы внедрены на предприятии АО «НПП «Радиосвязь», что подтверждено соответствующим актом.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии методики проектирования малоинерционных электродвигателей постоянного тока с полым якорем благодаря введению коэффициента краевого эффекта, который позволят повысить точность расчетов параметров электродвигателей без применения средств численного моделирования.

Достоверность обусловлена сравнением результатов математического моделирования и экспериментальных исследований рабочих характеристик электродвигателей постоянного тока с полым якорем. Точность математической модели ограничена принятыми допущениями и количеством исследуемых областей. Точность экспериментальных данных определяется

классам точности измерительных приборов, а также техническими возможностями и качеством изготовления стенда.

Автор защищает следующие положения:

1. Результаты анализа технических решений по выбору типа конструкций электродвигателей для применения в антенных модулях станций спутниковой связи, работающих в движении.

2. Математические модели малоинерционного электродвигателя постоянного тока с полым якорем.

3. Конструкции и технологии изготовления малоинерционного электродвигателя постоянного тока с полым якорем и обмотками из классической медной проволоки, алюминиевой проволоки сплава А1-7г-Н и обмотки на основе гибких печатных плат.

4. Результаты экспериментальных исследований рабочих характеристик электродвигателя и верификация расчетных моделей.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались:

- на VIII Всероссийской научно-технической конференции «Системы связи и радионавигации»;

- на IX Всероссийской научно-технической конференции «Системы связи и радионавигации»;

- на научно-технических совещаниях в АО «НПП «Радиосвязь»;

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных

работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, 1 патент на промышленный образец, 3 публикации в прочих изданиях.

Личный вклад автора. Автором разработана математическая модель магнитного поля электродвигателя, с помощью которой была уточнена инженерная методика проектирования электродвигателей с полым якорем путем введения коэффициента краевого эффекта. Разработана конструкция электродвигателя с полым якорем из классической проволочной обмотки и обмотки на основе гибких плат печатных. Разработана технология изготовления обмотки полого якоря. Проведены испытания и подтверждена возможность использования уточненной инженерной методики для проведения экспресс-расчета параметров электродвигателей данного типа.

Структура и объём работы.

Во введении обоснована актуальность темы, описаны существующие проблемы в части использования и разработки следящих систем на основе электродвигателей постоянного тока и методы их решения, сформулированы цели и задачи работы, представлены научная новизна и положения, выносимые на защиту, теоретическая и практическая значимость, степень достоверности и апробация результатов.

В первой главе проведен анализ применяемых электродвигателей в следящих системах на примере антенных модулей станций спутниковой связи. Рассмотрены конструктивные особенности электродвигателей с пазовым, гладким и полым якорем.

Проанализированы виды и строение обмоток, а также конструкции постоянных магнитов. С учетом высоких требований, предъявляемых к современным следящим антенным модулям станций спутниковой связи, выявлено, что наиболее актуальным направлением является разработка и исследование малоинерционных электродвигателей с полым якорем, так как они обладают высокими энергетическими показателями, широким диапазоном регулирования скоростей и оптимальными массогабаритными характеристиками.

Учитывая существующие технологии на территории Российской Федерации по изготовлению электродвигателей с полым якорем, существует необходимость в разработке новых способов изготовления обмоток данных двигателей, которые были бы оптимальными по соотношению стоимости изготовления в зависимости от производимого количества и могли бы обеспечить высокие функциональные и рабочие характеристики.

Во второй главе представлена математическая модель электродвигателя с полым якорем, основанная на известных электромагнитных соотношениях из общей электротехники и адаптированная под особенности конструкции данных электродвигателей. Проведен численный анализ параметров магнитного поля и уточнена методика проектирования электродвигателей в части введения коэффициента краевого эффекта, который позволяет учесть особенности распределения магнитного поля на торцах магнитопровода. Представлена математическая модель теплового поля двигателя, проведен численный анализ в программе Flow simulation комплекса SolidWorks и получены коэффициенты теплоотдачи на поверхности электродвигателя.

Проведен сравнительный анализ пусковых и рабочих характеристик электродвигателя, полученных по результатам расчета с помощью классической методики проектирования данного типа двигателей, уточненной методики и численным моделированием.

В третьей главе описана конструкция разработанного электродвигателя постоянного тока, предложен способ изготовления полого ротора и приведено описание разработанной оснастки для изготовления ромбовидной обмотки, представлено описание технологического процесса изготовления полого якоря на основе гибких печатных плат.

В четвертой главе описан разработанный стенд для проверки параметров изготовленных электродвигателей, приведены результаты натурных измерений опытных образцов. Разработана программа и методики проведения испытаний изготовленных электродвигателей. Приведены результаты испытаний электродвигателей в конечном изделии.

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМ

1.1 Особенности конструкции электродвигателей постоянного тока для следящих систем

В следящих антенных системах электропривод обеспечивает изменение положения исполнительного органа рабочей машины с заданной точностью в соответствии с задающим сигналом управления, произвольно изменяющимся во времени [3].

Для обеспечения стабильной работы следящих систем, таких как антенные устройства станций спутниковой связи, работающих в движении, к исполнительным двигателям предъявляют следующие основные требования [4]:

- быстродействие (минимальное время разгона до установившейся частоты вращения);

- малоинерционность, определяющаяся своевременной остановкой двигателя;

- линейность характеристик;

- отсутствие самовозбуждения якоря двигателя;

- минимальное токопотребление;

- высокий КПД;

- минимальные массогабаритные показатели;

- стойкость к климатическим воздействиям;

- высокая надежность.

Как показывает практика, в больших стационарных системах спутниковой связи с автосопровождением зачастую используются двигатели с обмотками возбуждения (рисунок 1.1).

Положительной стороной таких двигателей является возможность держать большую нагрузку [5]. При увеличении нагрузки на валу скорость слабо снижается, это обеспечивает стабильность скорости вращения и в следствии позиционирования, что критически важно при использовании в следящих системах. Кроме того, данные типы двигателей имеют высокий пусковой момент и неплохое быстродействие из-за малой электромагнитной

постоянной времени, что позволяет разгонять исполнительный механизм с большим ускорением и быстро преодолевать силы трения покоя [6].

Рисунок 1.1 - Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения

Примером двигателя с обмотками возбуждения является электродвигатель марки ДИ-250, характеристики которого представлены в таблице 1. 1.

Таблица 1.1 - Основные характеристики электродвигателя ДИ-250

Наименование параметра Значение

Напряжение питания, В 27

Обмотки возбуждения якоря 27

Частота вращения, об/мин 6000

Ток, А 1,2

Обмотки возбуждения якоря 14

Номинальный вращающий момент, Нм 0,4

Номинальная мощность, Вт 250

Масса, кг 5,5

К основным минусам можно отнести его массогабаритные показатели. В сравнении, коллекторные двигатели с постоянными магнитами от компании Махоп серии ЯЕ 65 при схожих характеристиках весят около 2 кг.

Таким образом целесообразность применения данного типа двигателей в больших стационарных следящих системах становится под вопросом.

Для следящих систем, не требующих больших мощностей, обычно используются коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. По сравнению с коллекторными двигателями с обмотками возбуждения, электродвигатели с постоянными магнитами дешевле в производстве. Такие двигатели отличаются быстродействием и простотой управления, но их момент ограничен полем постоянных магнитов статора.

Преимуществом таких двигателей является высокий момент на низких оборотах; более оптимальное соотношение цена/качество; мгновенный отклик на изменение напряжения.

К недостаткам можно отнести потерю магнитных свойств под воздействием высоких температур, а также со временем. Таким образом, для достижения максимальных энергетических и динамических показателей необходимо применение высокоэнергетических постоянных магнитов.

В таблице 1.2 приведены сравнительные характеристики магнитных материалов различных марок [7].

Таблица 1.2 - Виды магнитных материалов и их характеристики

Марка постоянного магнита Вг, Тл Не, кА/м (ВН)тах, кДж/м3 Рабочая температура, X Температура Кюри, X

КС20ММ17 0,70 520 95 120-150 725

КС37 0,77 540 110 150-200 725

КС25ДЦ-150 0,90 690 150 150-300 825

КС25ДЦ-175 0,95 720 180 150-300 825

КС25ДЦ-190 0,98 710 190 150-300 825

КС25ДЦ-210 1,02 740 210 150-300 825

КС25ДЦ-240-780 1,10 780 220 150-300 825

КС25ДЦ-240-840 1,16 840 240 150-300 825

N40S 1,24 939 302 до150 340

N40U 1,26 940 303 до 180 350

N35E 1,17 860 263 до 200 350

Ш4Л 1,17 860 255 до 240 350

От структуры вещества не зависят температура Кюри, магнитострикция насыщения, константы магнитной кристаллографической анизотропии, намагниченность насыщения. Данные свойства зависят только от основного

химического состава. Но такие параметры как коэрцитивная сила магнита, остаточная намагниченность и магнитная проницаемость сильно зависят от структуры вещества [8].

Учитывая существующие достижения в области материаловедения, многообразие электродвигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов стремительно увеличивается. В следящих антенных системах в основном используются три типа якорей: пазовый, гладкий и полый. Конструктивно электродвигатели постоянного тока представлены на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Пример конструкции двигателей постоянного тока: а - с пазовым якорем, б - гладким якорем, в - полым якорем (1 - вал, 2 - постоянный магнит, 3 - защитная оболочка, 4 - обмотка якоря, 5 - магнитопровод, 6 - корпус)

Анализируя более ранние источники информации можно сделать вывод, что в следящих системах в основном применялись электродвигатели с гладким якорем и в меньшей степени с пазовым (рисунок 1.3) [9].

Основой для создания магнитного потока в двигателях с пазовым якорем являются либо постоянный магнит, либо обмотка возбуждения. В случае с обмоткой возбуждения, корпус и полюсы изготавливают из штампованных листов необходимого профиля и собирают в общий пакет, в пазы которого укладывается обмотка.

Во втором варианте на статоре располагают постоянный магнит, который может являться как цельным, так и состоять из нескольких магнитов, выполненных в виде полюсных сердечников. Чтобы исключить реакцию якоря на магнитный поток, магнитную систему делают ненасыщенной. Якорь

конструктивно состоит из пластин с пазами, собранных в единый сердечник, в которые укладывается обмотка, присоединенная к коллектору [10].

а б в

Рисунок 1.3 - Общий вид ротора электродвигателя: а - с пазовым якорем, б - с гладким ферромагнитным якорем, в -

полым якорем

В двигателях малой мощности в основном применяют полузакрытые пазы якоря круглой или овальной формы (рисунок 1.4).

а б

Рисунок 1.4 - Пазы якоря: а - круглый паз, б - овальный паз

В электродвигателях с пазовой намоткой имеются существенные ограничения, связанные с формой катушки, а также присутствует реактивный зубцовый момент, что не позволяет обеспечить необходимую плавность хода на низких оборотах для работы следящих систем [11].

В электродвигателях с гладким якорем пазы отсутствуют. Якорь выполняют из листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Обмотка укладывается на гладкой наружной поверхности якоря и заливается

эпоксидной смолой или клеем. Перед заливкой каждый слой обмотки обматывают стеклолентой. Вал изготавливают из немагнитной стали типа 36НХТЮ или XI8H9T [12].

Из-за большей индукции в воздушном зазоре, электродвигатели с гладким якорем являются более эффективными для применения в следящих системах, так как имеют более высокое быстродействие из-за меньшего момента инерции по сравнению с электродвигателями с пазовым якорем [10].

В отечественных двигателях в качестве возбуждения как правило, используются постоянные магниты из литых магнитотвердых сплавов (ЮН15Ж25БА, ЮНДК35Т5БА) [12].

На рисунке 1.5 представлены примеры магнитных систем электродвигателей с гладким якорем.

Рисунок 1.5 - Конструктивные схемы магнитных систем электродвигателей с гладким якорем

Одним из самых популярных электродвигателей с гладким якорем, применяемым в следящих антенных системах наземных станций

спутниковой связи, является двигатель ДП60-90-6-Р10-Д41 производства АО «Электромаш».

Особый интерес при проектировании следящего электропривода антенной системы представляют электрические машины с полым якорем, пришедшие на смену машинам с гладким якорем, которые позволяют получить наиболее выгодные массогабаритные показатели при требуемых значениях мощности и момента (рисунок 1.6).

В данном конструктивном решении полностью отсутствует железный сердечник. Якорь выполнен в виде полого стакана таким образом, чтобы внутри можно было разместить постоянный магнит, который устанавливается на неподвижную втулку, соединенную с корпусом. Обмотка двигателя как правило изготавливается в виде отдельных заготовок с необходимым количеством витков, которые в последующем при укладке формируют цилиндрический каркас. Далее происходит заливка клеем или эпоксидной смолой.

Благодаря полой обмотки, вес якоря значительно меньше, по сравнению с пазовым или гладким, в связи с чем снижается момент инерции и повышается быстродействие электродвигателя.

Индукцию в воздушном зазоре можно увеличить за счет отсутствия насыщения в зубцовой зоне. Это позволяет увеличить магнитный поток и номинальный вращающий момент.

Щеточно-кол лектор н ый

узел

С

Рисунок 1.6 - Строение электродвигателя с полым якорем

Кроме этого, момент можно повысить за счет увеличения тока в обмотке, так как охлаждение проводников полого якоря происходит гораздо интенсивнее, чем в пазах сердечника.

Условия коммутации позволяют повысить стабильность характеристик электродвигателя и сократить износ щеток за счет меньшей индуктивности и отсутствия стали в якоре [10, 13].

К недостаткам можно отнести увеличение немагнитного зазора в магнитной цепи электродвигателя. Это компенсируется использованием высококоэрцитивных магнитов на основе Неодим-Железо-Бор или Самарий-Кобальт [14].

Сравнение технических характеристик некоторых двигателей с пазовым, гладким и полым ротором приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Характеристики электродвигателей

Наименование параметра Двигатели постоянного тока 90.000.05 ООО «НПО «Электромаш»/ ДП60-90-6-Р10-Д41 Maxon/RE 35 273753

Напряжение питания, В 24 27±2,5 30

Номинальная мощность, Вт 92 90 90

Номинальный вращающий момент, Нм 0,29 0,1432 0,1

Номинальная частота вращения, об/мин 3000 6000 6470

Потребляемый ток в номинальном режиме, А 6,1 6 2,68

Пусковой момент, Нм - 0,72 0,976

Пусковой ток, А - 45 25

Электромеханическая постоянная времени, с, не более - 0,005 0,005

Диапазон рабочих температур, °С -40.. .+50 -60.. .+85 -30...+50

Масса, кг 4 2 0,34

Как видно из таблицы масса двигателей с пазовым и гладким якорем составляет 2-4 кг при номинальной мощности около 90 Вт. При схожих параметрах электродвигатели с полым якорем от компании Maxon серии RE 35 имеют массу 0,34 кг.

Разработкой и изготовлением электродвигателей с полым якорем на сегодняшний день занимается ряд зарубежных компаний: Maxon motor

(Швейцария); группа компаний Faulhaber (Германия); Nidec Motors (Япония); Portescap (США), Assun motor (Китай) и другие.

Еще одной из разновидностей коллекторных двигателей постоянного тока является электродвигатель с торцевой магнитной системой и дисковым неферромагнитным якорем (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 - Электродвигатель с дисковым неферромагнитным якорем

Конструкция якоря электродвигателя представляет собой тонкий диск, выполненный из изоляционного материала (стеклотекстолита), на обе стороны которого нанесена электрохимическим путем печатная обмотка, соединенная между собой через переходные отверстия. Проводниками служит медная фольга, каждый виток обмотки изолирован воздухом и материалом диска. Свойства таких двигателей как правило схожи со свойствами двигателей постоянного тока с полым якорем.

Данные двигатели применяются в случаях, когда требуется малая длина вала двигателя. Основной магнитный поток в таких двигателях проходит через воздушный зазор между ротором и статором в направлении, параллельном оси вращения.

К недостаткам можно отнести сравнительно малый срок службы диска из-за небольшой толщины плоской печатной обмотки, по которой скользят щетки. Данный недостаток можно нивелировать путем снабжения запасными дисками, ввиду с простотой их замены, либо путем изготовления дискового якоря с коллектором. Таким образом концы секций обмотки якоря выводятся к коллектору небольшого диаметра, расположенному на одном валу рядом с

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Солдатов Александр Викторович, 2026 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бесекерский, В.А. Динамический синтез систем гироскопической стабилизации / В.А. Бесекерский, Е.А. Фабрикант - Ленинград: Судостроение, 1968. - 350 с.

2. Хомяк, Н. В. Анализ электродвигателей постоянного тока с полым якорем с целью улучшения их технико-эксплуатационных характеристик: диссертация ... кандидата технических наук: 05.09.01 / Хомяк Наталья Викторовна. - Воронеж, 1998. -153 с.

3. Встовский, А.Л. Электрические машины: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника» / А. Л. Встовский; М-во образования и науки Российской Федерации, Сибирский федеральный ун-т, Политехнический ин-т. - Красноярск: СФУ, 2013. - 462 с.

4. Комиссаров, Ю. А. Основы электротехники, микроэлектроники и управления в 2 т. Том 1: учебное пособие для среднего профессионального образования / Ю. А. Комиссаров, Л. С. Гордеев, Г. И. Бабокин, Д. П. Вент. — 2-е изд., испр. и доп. - Москва: Юрайт, 2023. — 455 с.

5. Кацман, М.М. Электрические машины и электропривод автоматических устройств: учебник для электротехнических специальностей техникумов / М. М. Кацман - М.: Высшая школа, 1987. - 385 с.

6. Пиотровский, Л.М. Электрические машины: учебник для учащихся электромашиностроительных, энергетических и электротехнических техникумов / Л.М. Пиотровский. - Л.: Энергия, 1972. - 257 с.

7. Балагуров, В.А. Новые магнитные материалы и разработка магнитоэлектрических машин. / Тр. МЭИ. // Применение постоянных магнитов в электромеханических системах. - 1982. - вып. 562 - с.6-13.

8. Новые материалы. / Под науч. ред. Ю. С. Карабасова - М.: МИСИС -2002. - 532 с.

9. Васильев, Ю. К. Электрические двигатели с гладким якорем для систем автоматики / Ю. К. Васильев. - М.: Энергия, 1979. - 176 с.

10. Бабокин, Г. И. Основы функционирования систем сервиса. В 2 ч. Часть 2: учебник для академического бакалавриата / Г. И. Бабокин, А. А. Подколзин, Е. Б. Колесников. — 2-е изд., перераб. и доп. - Москва, 2019. -407 с.

11. Агапов, А.А. Микрозубцовая обмотка бесконтактных машин постоянного тока беспазового исполнения / Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники // Инженерные идеи XXI века: научное издание / А.А. Агапов, С.А. Белозоров. 2018. - 51 с.

12. Лифанов, В.А. Расчет электрических машин малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов: учебное пособие / В.А. Лифанов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Челябинск: ЮУрГУ, 2010. - 54 с.

13. Бурковская, Т. А. Проектирование электрических машин малой мощности: учебное пособие / Т. А. Бурковская, Ю. В. Писаревский, О. В. Мяснянкина. ВГТУ, 1999. - 74 с.

14. Кенио, Т. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами / Т. Кенио, С. Нагамори. - пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 184 с.

15. Кочетков, В.П. Основы электромеханики: учеб. пособие для студентов вузов / В. П. Кочетков, В. Я. Беспалов [и др.]/ ред. В. П. Кочетков // Сиб. федерал. ун-т. - Красноярск: ИПК СФУ, 2010. - 221 с.

16. Беляков, П.Ю. Теоретический анализ диагональной обмотки / П.Ю. Беляков, Ю.В. Писаревский, Л.Н. Титовая // Электротехника. - 2000. - №8. -С. 15-17.

17. Coil unit of coreless armature and method of manufacturing the same: пат. 4463267; заявл. 31.10.1980; опубл. 31.07.1984 / Yoshimitsu Nakamura; заявитель Matsushita Electric Works. - 14 с.

18. Агапов, А.А. Анализ перспективных типов обмоток бесконтактных микродвигателей постоянного тока беспазового исполнения / А.А. Агапов // Энергия - XXI век. - 2018 - № 3 (103). - С. 63-65.

19. Электрический двигатель с многослойными ромбовидными обмотками: пат. 2359387 Рос. Федерация № 2006137171/09 ; заявл. 23.10.2006; опубл. 20.06.2009, Бюл. №17 / Рорер Рихард, Шульце Енс, Хофер Реми, Фон Мос-Вёрль Альбин, Гауль Мартин, Миттербек Петер, Майер Йорген ; заявитель Максон Мотор. - C. 17.

20. Изотов, В.А. Беспазовые машины постоянного тока, состояние и перспективы развития / В.А. Изотов, В.В. Фетисов // Электротехника. - 1997. - №6. - С. 1-5.

21. Комиссаров, Ю. А. Основы электротехники, микроэлектроники и управления в 2 т. Том 1: учебное пособие для среднего профессионального образования / Ю. А. Комиссаров, Л. С. Гордеев, Г. И. Бабокин, Д. П. Вент. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва: Юрайт, 2023. - 455 с.

22. Электронный ресурс https: //e-metall. ru/blo g/tablitsa-temperatury-plavleniya-metallov-i-splavov/

23. Hsu, L. Novel flexible printed circuit windings for slotless linear motor design / L. Hsu, G. Yan, M. Tsai // 13 th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), October 2010, pp. 1578-1582.

24. Yan, G. Design and fabrication of the slotless winding on flexible printed circuit boards for micro brushless motors / G. Yan, J. Wang, L. Hsu, M. Tsai // 13th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), October 2010, pp. 1278-1281.

25. Федоров, А.А. Конструкции электрических машин с постоянными магнитами / А.А. Федоров // Концепции, теория и методика фундаментальных и прикладных научных исследований: сборник статей Международной научно-практической конференции. 2021. C. 76.

26. Каюмов, Д. А. Магнитная система Хальбаха / Д. А. Каюмов, Р. Д. Каримов, М. А. Берлов // Инновационные технологии, экономика и менеджмент в промышленности: сборник научных статей VIII международной научной конференции, Волгоград, 19-20 августа 2021 года. -Волгоград: Общество с ограниченной ответственностью "КОНВЕРТ", 2021. -С. 73-74. - EDN EJEUZP.

27. Кафтанатий, В.Т. Расчет микроминиатюрного электродвигателя постоянного тока / В.Т. Кафтанатий // Энергия - XXI век. - 2014.- № 3.- С. 9156.

28. Анненков, А. Н., Кобзистый, С. Ю. Оценка влияния числа пар полюсов бесконтактного двигателя с постоянными магнитами на его энергетические показатели с использованием численного расчета электромагнитного поля // Информационные технологии в связи, вычислительной технике и энергетике /Сборник трудов международной научной конференции, 20-22 мая 2010 г. В 3 ч. Ч. 3. - Воронеж: Международный институт компьютерных технологий, 2010. - С. 108 - 115.

29. Вольдек, А.И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы / А.И. Вольдек, В.В. Попов. - СПб.: Питер, 2018. - 320 с.

30. Тамм, И.Е. Основы электричества: учеб. пособие для вузов. 10-е изд., - М. // Наука. 1989. - 504 с.

31. Домбровский В.В. Справочное пособие по расчету электромагнитного поля в электрических машинах. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 256 с.

32. Андреева, Е.Г. Расчет стационарных магнитных полей и характеристик электромеханических устройств с помощью программного пакета Ansys / Е.Г. Андреева, С.П. Шамец, Д.В. Колмогоров. - Омск, 2004. -10 с.

33. Мордвинцев, И. М. Учет краевых эффектов электрических и магнитных полей при спектроскопии ионных потоков из релятивистской лазерной плазмы / И. М. Мордвинцев, С. А. Шуляпов, А. Б. Савельев // Приборы и техника эксперимента. - 2019. - № 6. - С. 11-19.

34. Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов / Программа ANSYS: Учеб. Пособие для студ. Высш. Учеб. Заведений. // О.Б. Буль. - М.: Академия, - 2006. - 288 с.

35. Самарский А.А. Введение в численные методы. / А.А Самарский.

- СПб.: Лань, 2005. - 288 с.

36. Солдатов, А.В. Учет краевых эффектов при определении рабочего магнитного потока в микродвигателях с постоянными магнитами с помощью метода конечных элементов / А.В. Солдатов, С.Н. Афанасьев // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. -2025. Т.18, №7. - С. 863-871.

37. Агапов, А.А. Исследование температурного состояния бесконтактных микроэлектродвигателей постоянного тока беспазового исполнения / А.А. Агапов, С.А. Белозоров // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды Всерос. студенческой науч.-техн. конф. [Электронный ресурс] - Электрон. текстовые и граф. Данные (8,49 Мб). - Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2018. - 43 с.

38. Анненков А.Н., Акимов С.С. Анализ теплового поля на постоянных магнитах с применением обратных связей по температурам // Энергия-ХХ1 век / Журнал. - Воронеж: 2013, - №1(84), - С. 35-39.

39. Кригель, А. М. О применимости приближения свободной конвекции к атмосферной турбулентности // Вестник Ленинградского гос. университета.

- Сер.7. -1991. - Вып.2(14). - С. 107-110.

40. Крайнов, А.Ю. Основы теплопередачи. Теплопередача через слой вещества: учеб. пособие. - Томск: STT, 2016. - 48 с.

41. Алиферов, А.И. Теоретические основы и аспекты электротехнологий. Физические принципы и реализация / А. И. Алиферов, Э. Бааке, Д. Барглик // Интенсивный курс Основы I. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. 359 с.

42. Лукинских, С. В. Компьютерное моделирование и инженерный анализ в конструкторско-технологической подготовке производства : учебное пособие / С. В. Лукинских ; М-во науки и высш. обр. РФ. — Екатеринбург: Урал. ун-та, 2020. - 168 с.

43. Алямовский, А. А. SolidWorks Simulation. Инженерный анализ для профессионалов: задачи, методы, рекомендации / А. А. Алямовский. — Санкт-Петербург: Лань, 2015. - 562 с.

44. Свидетельство о гос. регистрации прогр. для ЭВМ №2025615424. Программный комплекс автоматизации расчета бесколлекторных двигателей постоянного тока с постоянными магнитами / Солдатов А.В., Афанасьев С.Н.; заявитель АО «НПП «Радиосвязь»; заявл. 12.02.2025, опубл. 04.03.2025.

45. Gandzha, S. Kosimov, B. Aminov, D. Application of the Ansys Electronics Desktop Software Package for Analysis of Claw-Pole Synchronous Motor. Machines 2019, 7, 65.

46. User's Guide of ANSYS Maxwell 3D Field Simulator v15, edition REV6.0, 2012. - 1006 с.

47. Патент № 2120174 C1 Российская Федерация, МПК H02K 3/04, H01F 41/06, H02K 3/47. Способ изготовления обмотки возбуждения электродвигателя или генератора: № 94020732/09: заявл. 11.09.1992: опубл. 10.10.1998 / Э. Михалко; заявитель Фэреди Энерджи Фаундейшн, Инк. - C. 15.

48. Солдатов, А.В. Технология изготовления обмоток электродвигателей с полым якорем на основе гибких печатных плат / А.В. Солдатов, С.Н. Афанасьев, М.С. Самсонов // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. - 2025. - Т. 18, №5. - С. 644-648.

49. Патент на промышленный образец №148191. Электродвигатель / Солдатов А.В., Афанасьев С.Н.; заявитель АО «НПП «Радиосвязь»; заявл. 25.02.2025, опубл. 07.07.2025.

50. Афанасьев, А.А. Математическое моделирование электромеханических систем / А.А. Афанасьев. - Чебоксары: Чуваш. Унта, 2020. - 274 с.

51. Шрейнер, Р. Т. Системы подчиненного регулирования электроприводов: учеб. пособие / Р. Т. Шрейнер. — Екатеринбург: ГОУ ВПО «Рос. гос. проф. —пед. ун-т», 2008. — 279 с.

52. Анучин, А. С. Встраиваемые высокопроизводительные цифровые системы управления. Практический курс разработки и отладки программного обеспечения сигнальных микроконтроллеров TMS320x28xxx в интегрированной среде Code Composer Studio: учеб. пособие / Анучин А. С., Алямкин Д. И. - Москва: МЭИ, 2017. - 270 с.

53. Bruno Dehez, François Baudart, Miroslav Markovic, and Yves Perriard. Theoretical and Experimental Investigation of Flex-PCB Air-GapWindings in Slotless BLDCMachines // IEEE Transactions on Industry Applications - 2014. 50(5). pp. 3153-3160.

54. Bruno Dehez, François Baudart, and Yves Perriard. Analysis of a new topology of flexible PCB winding for slotless BLDC machines. In International ElectricMachines and Drives Conference (IEMDC) // IEEE - 2017.

55. Тамм, И.Е. Основы электричества: учеб. пособие для вузов. 10-е изд., - М. // Наука. 1989. - 504 с.

56. Ишутинов, В.В. Применение методов оптимизации при проектировании вентильных электродвигателей постоянного тока с постоянными магнитами для специальных приводов. / Электротехника. -2014. - №4. - с.46-50.

57. Ильинский, Н. Ф. Перспективы развития регулируемого электропривода / Н. Ф. Ильинский // Электричество. - 2003. - № 2. - С. 3-7.

58. Макаров, Е. Инженерные расчеты в Mathcad 15: Учебный курс. -СПБ.: Питер, 2011. - 400 с.

59. Вольдек, А. И. Продольный краевой эффект во вторично цепи линейной индукционной машины. Труды ТПИ, серия А, 1968, №266.

60. Кафтанатий, В.Т. Метод расчета обмотки якоря микроэлектродвигателя постоянного тока по заданным значениям основных параметров / В.Т. Кафтанатий // Энергия. Науч.-практ. вестн. - Воронеж: 1999. - Вып. 1 (15). М С. 13-16.

61. Проничев, Д. В. Графические средства пакета Matlab. Методические указания // «ВГТУ». - Волгоград: 2004, - С. 30 - 33.

62. Филиппов И. Ф. Теплообмен в электрических машинах // Учебное пособие для вузов // «Энергоатомиздат» Л.: 1986, - С. 197 - 199.

63. Чигарев А. В., Кравчук А. С., Смалюк А. Ф. Ansys для инженеров // Справочное пособие / «Машиностроение». - М.: 2004, - С. 25 - 31.

64. Афанасьев, А.А. Аналитический расчёт беспазового микродвигателя, не имеющего статорного сердечника / А.А. Афанасьев, В.А. Ваткин, В.С. Генин, В.В. Ефимов, В.А. Нестерин, Р.А. Романов // Вестник Чувашского университета. - 2019. - №1. - С.13-22.

65. Nesterin, V.A. Mathematical simulations of the electromagnetic system of a subminiature magnetoelectric engine / V.A. Nesterin, V.S. Genin, R.A. Romanov, D.A. Tokmakov // Russian Electrical Engineering. - 2017. - vol. 88. -no.7. - pp. 400-403.

66. Кафтанатий, В.Т. Особенность проектирования высокоскоростных бесконтактных микроминиатюрных электродвигателей постоянного тока / В.Т. Кафтанатий // Энергия. Науч.-практ. вестн. - М.: 2006. - Вып. 1 (59).- С. 12-15.

67. Ледовский, А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат. - 1985. - 168 с.

68. Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов / Программа ANSYS: Учеб. Пособие для студ. Высш. Учеб. Заведений. // О.Б. Буль. - М.: Издательский центр «Академия», - 2006. - 288 с.

69. ГОСТ 3478-2012 Подшипники качения. Присоединительные размеры. - М.: Стандартинформ, 2014. - 59 с.

70. ГОСТ ИСО 4379-2006 Подшипники скольжения. Втулки из медных сплавов. - М.: Стандартинформ, 2009. - 8 с.

71. Афанасьев, А.А. Физико-математические основы электродинамических систем: учеб. Пособие: в 2 кн. Кн. 1. Основы теории электромагнитного поля и аналитические методы решения полевых задач /

A.А. Афанасьев. - Чебоксары: Чуваш. Ун-та, 2014. - 380 с.

72. Беляев, Е.Ф. Дискретно-полевые модели электрических машин: учеб. Пособие. Ч. I, II/ Е.Ф. Беляев, Н.В. Шулаков. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. - 457 с.

73. Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин / И.П. Копылов - М.: Высш. школа, 2001 - 327 с.

74. Карпова, И.М. Компьютерные технологии в науке и производстве. Расчёт физических полей в электроэнергетике: учеб. пособие/ И.М. Карпова,

B.В. Титков. - СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2010. - 212 с.

75. Анненков, А.Н. Проектирование и технология изготовления микроэлектромеханических устройств / А.Н. Анненков, В.Я. Беспалов, А.И. Шиянов // Электричество. - 2012. - №12 - С.51-56.

76. Пашковский, А.В. Численно-аналитические методы стандартных элементов для моделирования стационарных физических полей в линейных кусочно-однородных и нелинейных средах: дис. ... д-ра техн.наук. -Новочеркасск, 2014.

77. Афанасьев, С.Н. Автоматизированный расчет магнитной цепи в вентильном двигателе постоянного тока малой мощности с постоянными магнитами и полым якорем для электропривода систем спутниковой и тропосферной связи / С.Н. Афанасьев, А.В. Солдатов // материалы VIII Всерос. науч.-техн. конф. «Системы связи и радионавигации». - Красноярск: АО «НПП «Радиосвязь», 2024. - С. 8-11.

78. Солдатов, А.В. Особенности изготовления печатных обмоток микродвигателей постоянного тока беспазового исполнения с постоянными магнитами / А.В. Солдатов, О.Г. Сухарева, С.Н. Афанасьев // Успехи современной радиоэлектроники. 2025. С. 59-62.

79. Солдатов, А.В. Особенности применения малоинерционного электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами и полым печатным якорем в электроприводах систем спутниковой и тропосферной связи / А.В. Солдатов, С.Н. Афанасьев // материалы IX Всерос. науч.-техн. конф. «Системы связи и радионавигации». - Красноярск: АО «НПП «Радиосвязь», 2025. - С. 127-129.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Программа расчета электродвигателя

%Номинальное напряжение,В: и=27;

%Удельное электрическое сопротивление меди, Ом*мм: р_1=1.75/(100000);

%Потребляемый ток при номинальныхзначениях напряжения питания

%и вращающего момента, А:

1=3.85;

%Ток холостого хода, А: 10=0.13;

%Начальный пусковой момент, Нм: Мр=28.6/1000;

%Номинальная частота вращения, об.мин: п=800/(2*3.14*1.1);

%Номинальный вращаюшийся момент , Нм: М=112.5/1000;

%Номинальная мощность , Вт: Р2=90;

%Частота вращения холостого хода, об.мин: п0=800/(2*3.14);

%Максимальная магнитная мошность, Вт: Р_ет_тах=2*Р2;

%Отношение внешнего диагметра магнита к его аксиальной длине, б/з: lyambda=0.583;

%Отношение диаметра отверстия магнита к внешнему диаметру, б/з: К0=0.55;

%Отношение квадратов магнитного потока к длине,(Вб/м)А2:

Beta0=(3.5638*3)/1000000;

%Внешний диаметр магнита,м:

Dm=(2.8/1000)*(((P_em_max*lyambda)/(Beta0*(1-((K0).А2))*((n0).А2)))А(1/3))

%Средняя длина силовой линии магнита,см:

Lm=0.762*Dm*(100)*(1+0.308*(K0));

%Воздушный зазор между ротором и пакетом статора,м:

delta=0.1180*Dm;

%Отверстие магнита,м:

dm=K0*Dm;

%Аксиальная длина магнита,м: Lp=Dm/lyambda

%Аксиальная длина пакета статора,м:

Lc=2.0830*Lp;

%Число пар полюсов,б/з:

р=1;

%Толщина спинки пакета статора,м: hc= 0.2485*((3.14*Dm)/(4*p))*(Lp/Lc); %Внутренний диаметр расточки пакета статора,м: Dp=Dm+2*delta;

%Внешний диаметр пакета статора,м:

Dc=Dp+2*hc;

%Полюсное деление,см:

tau_m=(3.14*Dm*(100))/(2*p);

%Полюсное деление,б/з:

alpha=2/3.14;

%Полюсная дуга,см:

bp=alpha*tau_m;

%Площадь поверхности полюса,смЛ2: Sm=bp*Lp*(100);

%Площадь воздушного зазора между ротором и статором,смЛ2: S_delta=alpha*((3.14*(100)*(Dm+delta))/(2*р)) * (Lp+delta) *(100); %Площадь сечения спинки статора,смЛ2: Sc=0.5*(10000)*(Dc-Dp)*Lc;

%Средняя длина силовой линии пакета статора,см:

Ls=0.785*(100)*(Dc+Dp);

%Магнитная проницаемость среды, Гн/см:

пуи_0=1.25*(1/100000000);

%Проводимость основного потока рассеяния,Вб/А:

Lya_delta=(alpha*3.14*(Dm+delta)*10000*(delta+Lp)*nyu_0)/(2*p*delta*100); %Проводимость потока рассеяния с торцевых поверхностей на границе раздела полюсов,Вб/А:

Lya_p1=nyu_0*0.26*(Dm-dm)*100;

%Суммарная проводимость торцевого рассеяния, Вб/А:

lya_sum=2* (Lya_p1);

%Коэффициент рассеяния магнитной системы,б/з: sigma=1 +(lya_sum/Lya_delta);

%Характеристики магнита марки №0ТН. Остаточная индукция, Тл, Вг=1.27;

%Коэрцитивная сила, кА/м, НсЬ=915000; %Построение графиков: х=[0.5 0.75 0.9 1]; У=[-НСЬ/2 0];

%Индукция в теле магнита, Тл:

Bm=x*Br;

%Индукция в воздушном зазоре, Тл: B_delta=(Bm*Sm)/(sigma* S_delta); %МДС воздушного зазора, А: F_delta=1.6*B_delta*delta*1000000; %Индукция в спинке пакета статора, Тл: Bc=B_delta*(S_delta)/(2*Sc); %Сталь статора:Сталь 10895

%Напряженность магнитного поля в пакете статора,А/см;

Hc=[110 165 488 2275];

%М.д.с спинки пакета статора, А:

Fc=Hc*Ls;

%Суммарная м.д.с, приведенная к силовой линии магнита, А/см:

Fm=(F_delta+Fc)/Lm;

%Зависимость Br(Hc):

Br1=(y+Hcb)/Hcb;

plot(-Fm,x);

xlabel("Bm(x)");

xlabel("x");

йАе('Трафик зависимости Bm(x)");

hold on

plot(y,Br1);

xlabel("Br(y)");

xlabel("y");

йАе('Трафик зависимости Br(y)"); hold off

%Рабочая индукция, Тл: Bm0=0.992;

%Рабочая напряженность, А/см: Hm0=7205;

%Индукция в воздушном зазоре, Тл: B_delta=(Bm0*Sm)/(sigma*S_delta); %Индукция в спинке пакета статора, Тл: Bc=B_delta*(S_delta)/(2*Sc); %Магнитный поток,Вб: Fe_delta=S_delta*B_delta*( 1/10000);

%Технологический коэффициент учитывающий увеличение потерь в пакете

%сердечника статора в результате механической обработки,б/з:

Kt=1.8;

%Технологический коэффициент, учитывающий увеличение момента трения %в подшипниковых опорах из-за воздействия магнитного потока рассеяния %магнита ротора на вращающиеся элементы подшипниковой опоры (вал, шарики),

%б/з: Кр=2.5;

%Внутренний диаметр якоря, м Db=Dm+2*0.00015; %Внешний диаметр якоря,м Dh=32/1000;

%Толщина стенки якоря, м delta0=(2*0.56)/1000;

%Диаметр рабочей поверхности коллектора, м dk=10.8/1000;

%Аксиальная длина рабочей поверхности коллектора,м Lk=8/1000;

%Аксиальная длина якоря,м Lz=66/1000;

% Усилие нажатия контактного элемента чистометаллической щетки на коллектор на

основании установившейся практики выбирается из условия:

F=0.004;

%Составляющая момента холостого хода, обусловленная трением щеток о

%коллектор

M_tk=0.35*F*dk;

%Составляющая момента холостого хода номинальная, обусловленная потерями в стали, Нм

Мс_п=(9.75*Рс_п)/п;

%Коэффициент для подшипников качения: к_п=2.5;

%Диаметр отверстия подшипника,м: d=4/1000;

%Внешний диаметр подшипника,м: D1=12/1000;

%Ширина подшипника,м: В=4/1000;

% Диаметр расположения центров шариков качения,м: D0=(D1+d)*0.5;

%Реакции в подшипниковой опоре,Н: Ra=abs(9.85*(Gp/2)); %Конструктивный коэффициент: A=Ra*(0.14+exp(-(0.3+5*Ra)));

%Поправочные коэффициенты, зависящие от величины реакции в подшипниковых

%опорах и частоты вращения:

С_р^=(1+ехр(-4*А))/(1-ехр(-4*А));

C_Y=0.01+3*(1/10000)*n0.л(0.5);

C_Y_n=0.01+3*(1/10000)*n.л(0.5);

%Составляющая момента холостого хода при ХХ, обусловленная потерями %в узлах трения (подшипниковые узлы),Нм: Mmx=1.3*D0*A*C_psi*C_Y*k_n;

%Составляющая момента холостого хода номинальная, обусловленная потерями

%в узлах трения (подшипниковые узлы),Нм:

Mmx_n=1.3*D0*A*C_psi*C_Y_n*k_n;

%Момент холостого хода при ХХ, Нм:

M0=M_tk+Mmx;

%Момент холостого хода номинальный, Нм:

M0_n=Mc_n+Mmx_n;

%Потери холостого хода при ХХ, Вт:

P0=0.1025*M0*n0;

%Потери холостого хода номинальные, Вт: P0_n=0.1025*M0_n*n;

%Коэффициент заполнения секции изолированным проводом при

%рядовой намотки провода, б/з:

&=0.75;

Кс=0.73;

%Коэффициент машины C1=(Fe_delta*Kc)/(2*3.14);

%Определение предварительного количества эффективных проводников обмотки якоря

Ni=(M+M0)/(C1*I);

%Число коллекторных пластин:

пп=13;

W=Ni/(2*nn)

%Диаметр голого провода, мм: d0=0.14;

%Диаметр изолированного провода, мм: du=0.175;

%Угол ромбовидной обмотки alpha 1=atan(2*(Lp+2*delta) *(1/(3.14*(Dm+delta)))) %Средняя длина полувитка обмотки якоря, мм lc=3.14*((Dm+delta)/(2*cos(alpha1))); %Диаметр изолированного провода: d_ui=(((Dm+delta)*delta0*fu)/Ni).А0.5

%Первое условие. Обеспечение заданного значения потребляемого тока.Число витков в секции обмотки статора, б/з: W1=(3*(M+M0_n))/(Fe*m*q*I); if W1>0

disp("Первое условие выполнено") else

disp("Ошибка в первом условии") end

%Второе условие. Обеспечение заданного значения частоты вращения. Число витков в секции обмотки статора, б/з:

W2=((28.6*U)/(Fe*m*q*n))-((2.9*100*(M+M0_n)*p_1*lc)/((Fe.A2)*((m*q).A2)*n*(d0.A2))); if W2>0

disp("Второе условие выполнено") else

disp("Ошибка во втором условии") end

%Третье условие. обеспечение коэффициента заполнения обмотки статора

изолированным проводом (fu), меньше предельного значения (fn), б/з:

W3=(1.275*delta_c*bc*fu)/(du.A2);

%Число витков:

Wc=70;

%Условие четвертое. Максимальный диаметр, мм: du1=0.475*delta_c;

%Используем провод ПЭТВ-2 0.16, 1 сорта ТУ 16-705.110-79 %Число рядов проводников по высоте(толщине секции): a1=fl oor(delta_c/du);

%Число проводников по ширине сторон секции:

a2=floor(Wc/a1);

%Уточнения:

Wc=a1*a2;

delta_c=a1*du;

bc=a2*du;

y2=y1-2*bc;

L2=L1-2*bc;

alpha 1=atan(L2/y2);

lc=(y2+bc)/(cos(alpha1));

Kc=(0.5*(Lc*1000-2*bc)*y2+2*lc*bc)/(tau_delta*L_delta); %Число эффективных проводников обмотки статора, б/з: N_e=2*m*q*Wc;

%Площадь сечения проводников, ммА2: S_pr=((d0/2).A2)*3.14;

%Сопротивление секции обмотки статора, Ом: Rc=0.167*p_1*N_e*(lc/S_pr); %Сопротивление фазы, Ом: Rf=q*Rc;

%Сопротивление обмотки статора, Ом: R=(2/3)*q*Rc;

%Момент инерции ротора, кг*мА2:

J=(0.125)*Gp*(DmА2);

%Ток холостого хода, А:

I0=M0/(0.167*Fe*N_e);

%Частота вращения холостого хода, об/мин:

n0=(9.55*(U-I0*R))/(0.167*Fe*N_e);

%Потребляемый ток при номинальном вращающем моменте, А: I=(M+M0)/(0.167*Fe*N_e);

%Частота вращения при номинальных значениях напряжения питания и вращающего

момента, об/мин:

n=(9.55*(U-I*R))/(0.167*Fe*N_e);

%Номинальная полезная мощность, Вт:

P2=0.1025*M*n;

%Падение напряжения на полупроводниковых элементах, В:

delta_U_e=0.15*U;

%Начальный пусковой ток, А:

Ip=(U-delta_U_e)/R;

%Начальный пусковой момент, Нм:

Mp=0.167*Fe*N_e*Ip-M0;

%Электромеханическая постоянная времени, с:

T_em=J*R*(I/(M0+M)).А2;

%Коэффициент полезного действия в номинальном режиме работы б/з:

KPD=P2/(U*I);

%Толщина обмотки,мм:

delta_0=2*delta_c;

%Внутренний диаметр обмотки, м:

D_oc=Dp-((2*delta_0)/1000);

%Поверхность схода теплового потока с поверхности обмотки статора, см2:

S0=(3.14*(Dp+D_oc)*Lc*10000)/2;

%Аксиальная длина электродвигателя,м:

L=0.023;

%Поверхность схода теплового потока с внешних поверхностей электродвигателя, см2:

Sb=((3.14*D*L)+((2*3.14*(D.А2))/4))*10000;

%Коэффициент теплоотдачи поверхности, Вт/см*0С:

alpha_p=50/10000;

%Тепловое сопротивление перепада температур от внешней поверхности %электродвигателя в окружающую среду,°С/Вт: R_th2=1/(Sb*alpha_p);

%Тепловое сопротивление перепада температур от обмотки статора к внешней

%поверхности электродвигателя, °С/Вт:

R_th1=R_th2*(S0/Sb);

%Электрические потери в меди, обмотки статора, Вт:

Рт=(1.л2)*^

%Суммарные потери в электродвигателе,Вт: Sum_P=P0_n+Pm;

%Собственный нагрев электродвигателя,°С: Teta_c=Sum_P *(R_th1+R_th2); %Температура окружающей среды,0С: Teta_0=25;

%Полная температура нагрева электродвигателя, °С:

Teta=Teta_0+Teta_c;

%Индуктивность секции обмотки, мГн:

L_0=(2/3.14)*lc*(WcЛ2)*(10л(-6))*(0.44+((3.14*Wc*d0)/(2*lc)));

%Индуктивность фазы, мГн:

L0a=L_0*0.85*2;

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Патент на промышленный образец

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Акт о внедрении результатов диссертации

Акционерное общество «Научно-производственное предприятие «Радиосвязь» (АО «НПП «Радиосвязь»)

ул. Декабристов, д. 19, Красноярск, 660021 Тел. [phone], тел./факс [phone] E-mail: [e-mail] ОКПО 44589548, ОГРН 1122468072231, ИНН/КПП 2460243408/246001001

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Солдатова Александра Викторовича, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 2.4.2, «Электротехнические комплексы и системы»

Комиссия в составе: председателя - заместителя генерального директора по научно-техническому развитию АО «НПП «Радиосвязь» Е.В. Богатырева; членов комиссии: первого заместителя технического директора - главного конструктора A.A. Казакова; заместителя технического директора - главного конструктора по технике специального назначения П.В, Луферчика; начальника отдела разработки и конструирования комплексов, антенных систем и приборов Ю.Н. Приходько, составили настоящий акт о том, что были использованы и внедрены результаты диссертационной работы «Методика проектирования и технологические особенности производства малоинерционных

МИНОБРНДУКИ РОССИИ Федеральное государственное автономное

СИБИРСКИМ SIBERIAN ФЕДЕРАЛЬНЫЙ FEDERAL УНИВЕРСИТЕТ UNIVERSITY

образовательное учреждение высшего образования «Сибирский федеральный университет»

660041, Красноярский край, г. Красноярск, проспект Свободный, д. 79 телефон: [phone], тел./факс: [phone] http://www.sfu-kras.ru, e-mail: [e-mail]

ОКПО 02067876; ОГРН 1022402137460; ИНН/КПП 2463011853/246301001

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы Солдатова A.B. в учебный процесс

Политехнического института ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный

университет»

Теоретические результаты диссертационной работы Солдатова A.B. на тему «Методика проектирования и технологические особенности производства малоинерционных электродвигателей постоянного тока с полым якорем для следящих систем», выполненной в Политехническом институте ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» и представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, используются в учебном процессе для подготовки магистров по направлению «Электроэнергетика и электротехника» в дисциплине «Автоматизированное проектирование ЭТУиС» по направлению подготовки магистров 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника».

Использование результатов диссертационной работы позволяет повысить качество подготовки специалистов в области электротехнологии и электротехники и расширяет диапазон знаний студентов.

Заведующий кафедрой «Электротехника»

№

на №

от

Директор ПИ СФУ, д.т.н., профессор