Ключові слова
permanent magnet electric motor
external rotor
numerical simulation
thermal calculation безпілотний літальний апарат
електродвигун із постійними магнітами
зовнішній ротор
чисельне моделювання
тепловий розрахунок
Як цитувати
Анотація
Представлено результати моделювання електромагнітних та теплових процесів чотирьох варіантів безколекторних синхронних електродвигунів із постійними магнітами та зовнішнім ротором, призначених для силових установок мультироторних безпілотних літальних апаратів (БПЛА). Як вихідну модель розглянуто електродвигун типу А40, для якого виконано зіставлення розрахункових та експериментальних характеристик, що підтвердило адекватність застосованої чисельної моделі. На основі базової конструкції досліджено три модернізовані варіанти зі збільшеним зовнішнім діаметром ротора і висотою пазів статора. Виконано порівняльний аналіз вихідної потужності, коефіцієнта корисної дії, струмового навантаження, втрат і температурного стану двигунів з урахуванням усередненого польотного циклу БПЛА. Показано, що збільшення геометричних розмірів магнітної системи та площі паза дає змогу підвищити вихідну потужність двигуна в 2,5-3 рази із збереженням високого ККД. Встановлено, що за сукупністю розглянутих критеріїв оптимальним є варіант, який забезпечує максимальний ККД 92,05% за вихідної потужності 8,95 кВт. За результатами аналізу магнітного поля встановлено відсутність насичення магнітної системи статора в даному варіанті, при цьому максимальна індукція зубців статора не перевищує 1,7 Тл. Тепловий розрахунок для заданого польотного циклу показав, що температури обмоток і постійних магнітів не перевищують допустимих значень. Отримані результати можуть бути використані під час проєктування високоефективних електродвигунів для безпілотних літальних апаратів мультироторного типу. Характеристики електродвигунів, що розглянуті, розраховувалися в програмних пакетах Simcenter Magnet і Simcenter MotorSolve. Бібл. 11, рис. 6, табл. 4.
Посилання
1. De la Cruz Soto J., Gascon-Avalos J.J., Rumbo-Morales J.Y., Ortiz-Torres G., Zurita-Gil M.A., Sor-cia-Vázquez F.D.J., Pérez-Ramírez J., Valle-López O.A., Garcia-Castro S.E., Buenabad-Arias H.M. Analysis and As-sessment of a Brushless DC Outrunner Motor for Agriculture Drones Using JMAG. Appl. Syst. Innov. 2025. Vol. 8. No 3. Article no: 81. DOI: https://doi.org/10.3390/asi8030081.
2. Yuan Y., Meng W., Sun X., Zhang L. Design Optimization and Analysis of an Outer-Rotor Direct-Drive Permanent-Magnet Motor for Medium-Speed Electric Vehicle. World Electr. Veh. J. 2019. Vol. 10. No 2. Article no: 16. DOI: https://doi.org/10.3390/wevj10020016.
3. Çabuk A. S. Sensorless Control of Outer Rotor Brushless DC Motor With Back-EMF Observer for Drone. Balkan Journal of Electrical and Computer Engineering. 2021. Vol. 9. No 4. Pp. 379–385. DOI: https://doi.org/10.17694/bajece.958760.
4. Saemi F., Benedict M. Brushless DC Motor Sizing Algorithm for Small UAS Conceptual Designers. Aerospace. 2024. Vol. 11. No 8. Article no: 649. DOI: https://doi.org/10.3390/aerospace11080649.
5. Prasetia A.S., Wai R.-J., Wen Y.-L., Wang Y.-K. Mission-based energy consumption prediction of multirotor UAV. IEEE Access. 2019. Vol. 7. Pp. 33055–33063. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2903644.
6. Gong H., Huang B., Jia B., Dai H. Modelling power consumptions for multi-rotor UAVs. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2023. Vol. 59. No 6. Pp. 7409–7422. DOI: https://doi.org/10.1109/TAES.2023.3288846.
7. Liu Z., Sengupta R., Kurzhanskiy A. A power consumption model for multi-rotor small unmanned aircraft systems. Proceedings of the International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), Miami, Florida, USA, 13-16 June 2017. Pp. 310–315. DOI: https://doi.org/10.1109/ICUAS.2017.7991310.
8. Morbidi F., Cano R., Lara D. Minimum-energy path generation for a quadrotor UAV. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Stockholm, Sweden, 16-21 May 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/ICRA.2016.7487285.
9. Jacewicz M. Quadrotor model for energy consumption analysis. Energies. 2022. Vol. 15. No 19. Article no: 7136. DOI: https://doi.org/10.3390/en15197136.
10. Steup C., Parlow S., Mai S., Mostaghim S. Generic component-based mission-centric energy model for micro-scale UAVs. Drones. 2020. Vol. 4. No 4. Article no: 63. DOI: https://doi.org/10.3390/drones4040063.
11. A40 Brushless Outrunner Motor Drone Strong Power Supply UAV 75KV High Speed Airplane Large Thrust Aircraft. URL: https://thedroneflight.com/products/a40-brushless-outrunner-motor-drone-strong-power-supply-uav-75kv-high-speed-airplane-large-thrust-aircraft (accessed at 15.02.2026).
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2026 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА