Проектирование конструкции активной части электрической машины тягового двигателя для беспилотных летательных аппаратов

Автор: Варкентин Виталий Владимирович, Согрин Андрей Игоревич, Федоров Виктор Борисович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering

Статья в выпуске: 2 т.22, 2022 года.

Бесплатный доступ

В данной работе описан процесс проектирования конструкции активной части электрической машины тягового двигателя для беспилотных летательных аппаратов и оценка его массово-геометрических и энергетических параметров. Целью работы является повышение удельной мощности электродвигателя путем снижения его массы при помощи замены электротехнической меди для обмоток якоря на электротехнический алюминий без увеличения габаритных размеров конструкции. В разделе «Описание проектируемой конструкции» приведен эскиз проектируемой конструкции активной части электрической машины тягового двигателя. В качестве тягового двигателя рассматривается трехфазный вентильный электропривод, относящийся к бесколлектроным двигателям постоянного тока. Также здесь описаны требования к параметрам проектируемой активной части электрической машины. В разделе «Расчет модели конструкции» приведена методика расчета массово-геометрических характеристик и электромагнитных параметров проектируемой конструкции активной части электрической машины тягового двигателя и его математическое описание. В разделах «Проектирование конструкции» и «Основные результаты» приведены результаты расчетов двух вариантов конструкции - с медной обмоткой и с алюминиевой обмоткой, выбраны материалы компонентов, а также описаны методы, при помощи которых выполнялась доработка этих конструкций, и способы изготовления некоторых компонентов конструкции. В результате работы был достигнут эффект снижения массы проектируемой конструкции в 1,16 раза без увеличения габаритных размеров при сохранении значения КПД выше 90 % и при сохранении значения полезной мощности в 2,6 кВт. Также были оценены общие электрические потери разработанных конструкций, которые при равенстве сопротивления обмоток и рабочего тока оказались разными.

Еще

Бдпт, бпла, вентильный двигатель

Короткий адрес: https://sciup.org/147238120

IDR: 147238120 | DOI: 10.14529/engin220201

Список литературы Проектирование конструкции активной части электрической машины тягового двигателя для беспилотных летательных аппаратов

Park, J.S. Design and implementation of BLDC motor with integrated drive circuit. International / J.S. Park, K.D. Lee // Journal of Power Electronics and Drive System. - 2017. - Vol. 8 , № 3, P. 1109-1116. DOI: 10.11591/ijpeds. v8i3.pp1109-1116.
Ping, C. Fast Torque Optimization Technology of Brushless Motor Using ANSYS Finite Element Software andMaxwell2D. / C. Ping, X. Chang // J. Phys.: Conf. Ser. - 2021 - Vol. 2143. - № 1-012036. DOI: 10.1088/1742-6596/2143/1/012036.
Chen, W. Analytical Comparison Between Ferrite Core and Steel Laminations Losses of MultiPolar Brushless DC Motor. / W. Chen, C. Lin, C. Chen // IECON 2007 - 33rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. - 2007. P. 1192-1197. DOI: 10.1109/IECON.2007.4460318.
Huang, C. -L. Comparison of High Speed Permanent Magnet Machine Sensorless Drive using Trapezoidal BLDC and Sinusoidal FOC under Insufficient PWMFrequency / C. -L. Huang, G. -R. Chen, S.-C. Yang et al. //IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). - 2019. - P. 321-325, DOI: 10.1109/ECCE.2019.8912495.
Simpson, N. Additive Manufacturing of Shaped Profile Windings for Minimal AC Loss in Electrical Machines / N. Simpson, P.H. Mellor // IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). - 2018. - P. 5765-5772, DOI: 10.1109/ECCE.2018.8557999.
Carev, V. Multilayer Brushless DC Motor for Heavy Lift / V. Carev, J. Roha'c, M. Sipos et al. // Drones.Energies. - 2021, 14, 2504. DOI: 10.3390/en14092504.
Ekmen, A BLDC motor drive with four switch three phase inverter / Ekmen, B. Fincan, M. Imeryuz // IEEE International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA). - 2016. - P. 804-808, DOI: 10.1109/ICRERA.2016.7884447.
Solomon, O. Model Reference Adaptive Control of a Permanent Magnet Brushless DC Motor for UAV Electric Propulsion System / O. Solomon // IECON 2007 - 33rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. - 2007. - P. 1186-1191. DOI: 10.1109/IECON. 2007.4460304.
Koteich, M. A real-time observer for UAV's brushless motors / M. Koteich, T.L. Moing, A. Janot // IEEE 11th International Workshop of Electronics, Control, Measurement, Signals and their application to Mechatronics. - 2013. - P. 1-5. DOI: 10.1109/ECMSM.2013.6648964.
Ekmen, A BLDC motor drive with four switch three phase inverter / Ekmen, B. Fincan, M. Imeryuz // IEEE International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA). - 2016. - P. 804-808. DOI: 10.1109/ICRERA.2016.7884447.
Согрин, А.И. Стартер-генератор для дизельной силовой установки / А.И. Согрин, П.О. Шабуров, Б.Д. Шумаков // Электротехника. - 2013. - № 10. - С. 25-28.
Шевченко, А.Ф. Многополюсные синхронные машины с дробными q < 1 зубцовыми обмотками с возбуждением от постоянных магнитов /А.Ф. Шевченко //Электротехника. 2007. -№ 9. - С. 3-8.
Электротехнические комплексы и системы [Электронный ресурс]: межвузовский научный сборник / Уфимский государственный авиационный технический университет (УГАТУ); отв. ред. Ф.Р. Исмагилов. - Уфа: УГАТУ - 2011. - Режим доступа: URL: https://e-library.ufa-rb.ru/dl/lib_net_r/Elektrotekhn_kompl_sist_2011.pdf (дата обращения: 29.04.2022).
Ледовский, А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами / А.Н. Ледовский. - М. : Энергоатомиздат, 1985. - 168 с.
Бут, Д.А. Бесконтактные электрические машины: учебное пособие / Д.А. Бут. - М.: Высшаяшк., 1990. - 416 с.
Копылов, И.П. Проектирование электрических машин /И.П. Копылов. - Кн. 2: учеб. для вузов по спец. «Электромеханика»: в 2 кн. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 382 с.
Копылов, И.П. Проектирование электрических машин /И.П. Копылов. - Кн. 1: учеб. для вузов по спец. «Электромеханика»: в 2 кн. - М. : Энергоатомиздат, 1993. - 462 с.
Лифанов, В.А. Расчет электрических машин малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов: учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию / В.В. Лифанов. - Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2003. - 169 с.
Шевченко, А.Ф. Анализ магнитодвижущих сил дробных зубцовых обмоток электрических/ А.Ф. Шевченко, Т.В. Честюнина //Электротехника. - 2009. - № 12. - С. 3-7.
Воронин, С.Г. Разработка специализированных механизмов с бесконтактными моментными двигателями постоянного тока / С.Г. Воронин, С.А. Петрищев и др. - Отчет о НИР. № государственной регистрации 82/67.

Еще

Статья научная