PDF Печать E-mail

DOI: https://doi.org/10.15407/techned2020.02.028

УДК 621.313.8

ЕЛЕКТРИЧНА МАШИНА З ОСЬОВИМ МАГНІТНИМ ПОТОКОМ, ПОСТІЙНИМИ МАГНІТАМИ І БАГАТОШАРОВИМИ ДРУКОВАНИМИ ОБМОТКАМИ

Журнал Технічна електродинаміка
Видавник Інститут електродинаміки Національної академії наук України
ISSN 1607-7970 (print), 2218-1903 (online)
Випуск № 2, 2020 (березень/квітень)
Cторінки 28 – 35

 

Автори
В.В. Гребеніков1*, докт. техн. наук, Р.В. Гамалія1, канд. ф-мат. наук, А.Н. Соколовський2
1-Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна,
e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
2-ДП «Гальванотехніка» ПАО «Київський завод «Радар» вул. Предславинська, 35, Київ, 03150, Україна, e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
* ORCID ID : https://orcid.org/0000-0002-1114-1218

Застосування друкованих обмоток в електричних машинах з постійними магнітами і осьовим магнітним потоком дозволяє зменшити їхній осьової розмір і суттєво збільшити щільність струму в обмотках. Експериментальні дослідження друкованих обмоток на нагрівання підтвердили, що при щільності струму J = 22 А/мм2 усталена температура друкованих обмоток не перевищує 80 °С. Для заданих розмірів електричної машини з осьовим магнітним потоком, постійними магнітами і багатошаровими друкованими обмотками (зовнішній діаметр статора, осьова довжина статора) проведені чисельні дослідження і визначена оптимальна товщина постійних магнітів, при якій досягається максимальне значення електромагнітного моменту. Також у результаті чисельних досліджень встановлено, що наявність зубців на статорі дає змогу збільшити електромагнітний момент електричної машини приблизно на 25% в порівнянні з варіантом магнітної системи без зубців на статорі. Виготовлено дослідний зразок електричної машини з багатошаровими друкованими обмотками і визначено залежності напруги і потужності в генераторному режимі при підключенні обмоток через діодний міст випрямляча до активного навантаження. Розрахункова модель генератора адекватно описує фізичну модель. Розбіжність між розрахунковими і експериментальними значеннями не перевищує ε=5.5%. Розрахунок характеристик досліджуваних генераторів проводиться в пакетах програм Simcenter MagNet і Simcenter MotorSolve. Бібл. 10, рис. 7, табл. 1.

Ключові слова: постійні магніти, друковані обмотки, електромагнітний момент, зовнішні характеристики, експериментальний зразок.

 

Надійшла                       10.01.2020
Підписано до друку        26.02.2020



УДК 621.313.8

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ОСЕВЫМ МАГНИТНЫМ ПОТОКОМ, ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ И МНОГОСЛОЙНЫМИ ПЕЧАТНЫМИ ОБМОТКАМИ.

Журнал Технічна електродинаміка
Издатель Институт электродинамики Национальной академии наук Украины
ISSN 1607-7970 (print), 2218-1903 (online)
Выпуск № 2, 2020 (март/апрель)
Cтраницы 28 – 35

 

Авторы
В.В. Гребеников1, докт. техн. наук, Р.В. Гамалея1, канд. ф-мат. наук, А.Н. Соколовский2
1-Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев, 03057, Украина,
e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
2-ГП «Гальванотехника» ПАО «Киевский завод «Радар»
ул. Предславинская, 35, Киев, 03150, Украина,
e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Применение печатных обмоток в электрических машинах с постоянными магнитами и осевым магнитным потоком позволяет уменьшить их осевой размер и существенно увеличить плотность тока в обмотках. Экспериментальные исследования печатных обмоток на нагрев подтвердили, что при плотности тока J = 22 А/мм2 установившаяся температура печатных обмоток не превышает 80 °С. Для заданных размеров электрической машины с осевым магнитным потоком, постоянными магнитами и многослойными печатными обмотками (наружный диаметр статора, осевая длина статора) проведены численные исследования и определена оптимальная толщина постоянных магнитов, при которой достигается максимальное значение электромагнитного момента. Также в результате численных исследований установлено, что наличие зубцов на статоре позволяет увеличить электромагнитный момент электрической машины примерно на 25% по сравнению с вариантом магнитной системы без зубцов на статоре. Изготовлен опытный образец электрической машины с многослойными печатными обмотками и определены зависимости напряжения и мощности в генераторном режиме при подключении обмоток через диодный мост выпрямителя к активной нагрузке. Расчетная модель генератора адекватно описывает физическую модель. Расхождение между расчетными и экспериментальными значениями не превышает ε=5.5%. Расчет характеристик исследуемых генераторов проводится в пакетах программ Infolytica MotorSolve и Magnet. Библ. 10, рис. 7, табл. 1.

Ключевые слова: постоянные магниты, печатные обмотки, электромагнитный момент, внешние характеристики, экспериментальный образец.

 

Поступила                           10.01.2020
Подписано в печать             26.02.2020



Роботу виконано за бюджетною темою «Розвиток наукових основ і розробка принципів побудови електромеханічних перетворювачів енергії з постійними магнітами та магнітними редукторами». Номер державної реєстрації № 7/7/3-135 від 25.04.2019.

Література
1. Yan G., L. Hsu, J. Wang, M. Tsai and Wu X. Axial-Flux Permanent Magnet Brushless Motor for Slim Vortex Pumps. IEEE Transactions on Magnetics. 2009. Vol. 45. No 10. Pp. 4732-4735. DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2009.2022499
2. Wu J. Design of a miniature axial flux flywheel motor with PCB winding for nanosatellites. International Conference on Optoelectronics and Microelectronics. Changchun. China. 23-25 Aug. 2012. Pp. 544-548. DOI: https://doi.org/10.1109/ICoOM.2012.6316334
3. Tsai M. and Hsu L. Design of a Miniature Axial-Flux Spindle Motor With Rhomboidal PCB Winding. IEEE Transactions on Magnetics. 2006. Vol. 42. No 10. Pp. 3488-3490. DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2006.879438
4. Jang G. H. and Chang J. H. Development of an axial-gap spindle motor for computer hard disk drives using PCB winding and dual air gaps. IEEE Transactions on Magnetics. 2002. Vol. 38. No 5. Pp. 3297-3299. DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2002.802292
5. Ying-Chi Chuo, Chien-Chang Wang, Chien-Sheng Liu, Hsing-Cheng Yu, Yu-Hsiu Chang and Ji-Bin Horng. Development of a miniature axial-field spindle motor. IEEE Transactions on Magnetics. 2005. Vol. 41. No 2. Pp. 974-976. DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2004.842139
6. Neethu S., Nikam S. P., Singh S., Pal S., Wankhede A. K. and Fernandes B. G. High-Speed Coreless Axial-Flux Permanent-Magnet Motor With Printed Circuit Board Winding. IEEE Transactions on Industry Applications. 2019. Vol. 55. No 2. Pp. 1954-1962. DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2018.2872155
7. Wang X., Li C. and Lou F. Geometry Optimize of Printed Circuit Board Stator Winding in Coreless Axial Field Permanent Magnet Motor. 2016. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC). 2016. Hangzhou. Pp. 1-6. DOI: https://doi.org/10.1109/VPPC.2016.7791695
8. Marignetti F., Volpe G., Mirimani S. M. and Cecati C. Electromagnetic Design and Modeling of a Two-Phase Axial-Flux Printed Circuit Board Motor. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2018. Vol. 65. No 1. Pp. 67-76. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2716865
9. ThinGap high power density brushless motors. URL: https://www.thingap.com/
10. Dobzhanskyi O., Hossain E., Amiri E., Gouws R., Grebenikov V., Mazurenko L., Pryjmak M. and Gamaliia R. Axial-Flux PM Disk Generator with Magnetic Gear for Oceanic Wave Energy Harvesting. IEEE Access. 2019. Vol. 7. Pp. 44813-44822. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS. 2019.2908348

 

PDF

 

 

Ліцензія Creative Commons
Цей твір ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства — Некомерційна — Без Похідних 4.0 Міжнародна.