Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

Чильдинов П.А., Панин М.Г.

Уфимский государственный авиационный технический университет, Россия

Высокомоментный электромагнитный двигатель для мотор-колеса

Бурный рост городского автотранспорта привел к необходимости разработки машин, не загрязняющих воздушные бассейны выхлопными газами, имеющих низкий уровень шума и прогрессивные конструктивные решения. Современные технические системы имеют ряд недостатков по своим тактико-техническим и экономическим показателям за счет наличия редуктора, т.к. всегда предполагается определенный процент потерь передаваемой мощности за счет сил трения [1].

Новая концепция безредукторного привода исключает многие механические потери между двигателем и рабочим агрегатом (рис. 1). При выполнении привода ведущих колес по типу «мотор-колесо», в едином агрегате конструктивно объединены тяговый электродвигатель и механическая передача, соединяющая его с колесным движителем [2].

Рисунок 1 – Модель безредукторного двигателя

В качестве двигателя безредукторного привода выбран и спроектирован вариант бесконтактной синхронной электрической машины с кольцевой обмоткой на статоре и постоянными магнитами на роторе, что обеспечивает более широкие функциональные возможности в самых тяжелых условиях и режимах по сравнению с асинхронной. При этом для большинства объектов управления бесконтактный двигатель выполняется тихоходным. Высокий КПД – характерный признак такого низкооборотного, но высокомоментного двигателя с частотным управлением [3].

Высокомоментный электромагнитный двигатель для мотор-колеса работает следующим образом. При подводе к обмотке якоря трехфазного тока из сети, в результате взаимодействия магнитных полей якоря и индуктора, поле якоря увлекает за собой индуктор. Возбуждаясь от поля постоянных магнитов, индуктор приходит во вращение, обуславливая электромагнитный момент. При этом индуктор вращается в ту же сторону и с такой же скоростью, как и поле якоря [4].

При питании обмоток статора системой синусоидальных напряжений с необходимым временным сдвигом имеет место режим синхронного двигателя. Электромагнитный двигатель способен также работать в режиме генератора электрической энергии. Имеется возможность осуществлять программирование параметров, изменять характеристики привода путем изменения его структуры, а также путем изменения формы фазных напряжений или переключения секций обмотки статора синхронной машины.

Конструкция якоря данной электрической машины позволяет упростить обмотку, обеспечить надежное крепление обмотки к сердечнику, защитить обмотку от различных воздействий. За счет очень малых лобовых частей кольцевой обмотки электрическая машина имеет лучшие энергетические и массогабаритные характеристики.

Конструкция ротора и магнитопровода позволяет при максимальном использовании поля постоянных магнитов, получить высокий тормозной момент, улучшить условия охлаждения, при этом не нарушается требование минимальных веса и габаритов. Равномерное распределение обмотки якоря дает возможность получать совершенно равномерное вращение двигателя, что значительно улучшает свойства электрических машин.

Применение высококоэрцитивных магнитов Nd-Fe-B (неодим-железо-бор) решает также задачу обеспечения максимально возможной статической добротности и устойчивости двигателя к значительным перегрузкам по току и моменту.

Литература

1. Ставров О.А. Перспективы создания эффективного электромобиля. – М.: Наука, 1994. – 165 с.

2. Яковлев А.И. Конструкция и расчет электромотор-колес. – М.: Машиностроение, 1995. – 238 с.

3. Исмагилов Ф.Р. Электромагнитные элементы систем управления со сложной геометрией ротора. – Уфа: УГАТУ, 1997. – 139 с.

4. Хайруллин И.Х. Электромагнитные поля и параметры электромеханических преобразователей энергии: учебное пособие / И.Х. Хайруллин, В.А. Папернюк, Д.Ю. Пашали. – Уфа: УГАТУ, 2007. – 165 с.