ПОВЫШЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО МОМЕНТА СВЕРХМИНИАТЮРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Р.А. Романов, Т.В. Мясникова, А.Н. Матюнин

DOI: 10.47026/1810-1909-2021-1-111-121

Ключевые слова

сверхминиатюрная электрическая машина, сверхминиатюрный вентильный электродвигатель, поликапиллярная технология, редкоземельные магниты, магнитная индукция, электромагнитный момент.

Аннотация

Статья посвящена вопросам улучшения энергетических и рабочих характеристик сверхминиатюрных электродвигателей, получивших широкое распространение в современных устройствах робототехники и механотроники. С развитием цифровых и автономных робототехнических систем задачи повышения эффективности исполнительных микромеханизмов, влияющих на функциональность и продолжительность работы в автономном режиме, стали особенно актуальными. Традиционные конструкторские и технологические решения, применяемые в электрических машинах более высоких мощностей, не масштабированы в область сверхминиатюрных электрических машин. Отечественными и зарубежными разработчиками предлагаются различные варианты конструкции и технологии изготовления. Ключевая особенность конструкции рассматриваемого электродвигателя заключается в стеклянном статоре, изготовленном методом поликапиллярной волоконной технологии, и системе возбуждения от редкоземельных постоянных магнитов. В стенке стеклянного корпуса равномерно по окружности распределены отверстия, в которые уложена обмотка управления. Система возбуждения двигателя представляет собой двухполюсный постоянный магнит, расположенный на вращающемся валу ротора. Целью проведения исследований является определение влияния изменения конструкции системы возбуждения путем изменения расположения магнитных полюсов. Для исследования используется программное обеспечение, моделирующее электромагнитное поле методом конечных элементов. В ходе проведения исследований выявлено, что снижение тела постоянного магнита приводит к снижению электромагнитного момента, не компенсируемому уменьшением краевых эффектов на границе полюсов магнита. Однако увеличение значения максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре позволяет сделать вывод о том, что краевые эффекты на границе полюсов оказывают значительное влияние на снижение энергетических характеристик сверхминиатюрных микромашин. Таким образом, предложенные авторами решения являются недостаточными для увеличения коэффициента полезного действия двигателя, но полученные данные указывают на необходимость снижения краевых эффектов постоянных магнитов.

Литература

1. Афанасьев А.А., Белов В.В., Ефимов В.В., Николаев А.В. Метод удельной магнитной проводимости в расчётах радиальных и тангенциальных магнитных полей магнитоэлектрических машин // Электричество. 2013. № 4. С. 39–44.
2. Лифанов В.А., Помогаев Г.В., Ермолин Н.П. Расчёт электрических машин малой мощности. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. 127 с.
3. Нестерин В.А., Генин В.С., Романов Р.А., Нестерин А.В., Матюнин А.H. Исследование сверхминиатюрной магнитоэлектрической машины с возбуждением от высокоэнергетических постоянных магнитов в режиме датчика скорости // Проблемы и перспективы развития энергетики, электротехнике и энергоэффективности: материалы II Междунар. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2018. С. 243–248.
4. Нестерин В.А., Генин В.С., Романов Р.А., Токмаков Д.А. Конструктивные особенности сверхминиатюрных электрических машин // Вестник Чувашского университета. 2017. № 3. С. 115–122.
5. Нестерин В.А., Романов Р.А., Матюнин А.Н., Мясникова Т.В. Бесконтактные высокотемпературные датчики углового положения на базе сверхминиатюрной магнитоэлектрической машины // Вестник Чувашского университета. 2019. № 3. С. 176–184.
6. Романов Р.А. Определение рабочих точек постоянных магнитов разных типов для магнитной системы сверхминиатюрного вентильного электродвигателя // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: материалы XIII Всерос. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2019. С. 113–118.
7. Nesterin V.A., Genin V.S., Romanov R.A., Tokmakov D.A. Mathematical simulations of the electromagnetic system of a subminiature magnetoelectric engine. Russian Electrical Engineering, 2017, vol. 88, no. 7, pp. 400–403.
8. Stolting H.-D. von, Hanser C. Handbuch Elektrische Kleinantriebe. München, Verlag, 2011, 464 р.
9. Seegen A. Kleinstmotoren bewegen die «Welt». Antriebs & Schalttechnik, 2015, Ausgabe 6.
10. Schönfeld R., Hofmann W. Elektrische Antriebe und Bewegungssteuerungen. VDE, 2005, 454 р.

Сведения об авторах

Романов Роман Артемьевич – ассистент кафедры электротехнологий, электрооборудования и автоматизированных производств, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (ragnum@mail.ru).

Мясникова Татьяна Вячеславовна – кандидат педагогических наук, доцент кафедры автоматизированных электротехнологических установок и систем, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (tatyanamyasnikova@yandex.ru).

Матюнин Алексей Николаевич – кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры автоматизированных электротехнологических установок и систем, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (matyunin86@mail.ru).

Формат цитирования

Романов Р.А., Мясникова Т.В., Матюнин А.Н. Повышение электромагнитного момента сверхминиатюрного электрического двигателя с возбуждением от редкоземельных постоянных магнитов // Вестник Чувашского университета. – 2021. – № 1. – С. 111–121. DOI: 10.47026/1810-1909-2021-1-111-121.

Загрузить полный текст статьи