Анализ электродвигателей постоянного тока с полым якорем с целью улучшения их технико-эксплуатационных характеристик тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, кандидат технических наук Хомяк, Наталья Викторовна

• Хомяк, Наталья Викторовна
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хомяк, Наталья Викторовна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Современные высокоэнергетические ПМ и их основные свойства.

1.1.1. Магнитные сплавы группы 8т-Со.

1.1.2. Магнитные сплавы группы Ш-Ре-В.

1.1.3. Новые технологические способы получения неодимовых ПМ.

1.2. Обоснование целесообразности применения ПМ на основе композиции Ш-Бе-В в двигателях малой мощности вместо литых группы «АЬМСО».

1.3. Особенности использования новых высокоэнергетических магнитов для возбуждения двигателей. Перспективные магнитные системы.

1.4. Выводы и постановка задачи.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУМЕРНОГО МАГНИТОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ В МАГНИТНЫХ СИСТЕМАХ С РЗМ-МАГНИТАМИ.

2.1. Физическое моделирование магнитного поля.

2.2. Расчёт магнитного поля на ЭВМ.

2.3. Анализ результатов моделирования.

2.4. Выбор окончательных вариантов магнитных систем для ДП.

2.5. Выводы.

3. ОПТИМИЗАЦИОННЫЕ РАСЧЁТЫ СЕРИИ ДП С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ.

3.1. Обоснование критерия оптимальности.

3.2. Расчёты размеров активных частей по всем габаритам серии.

3.3. Электромагнитные расчёты для определения основных электромеханических параметров.

3.4. Сравнение технического уровня новой серии ДП с отечественными и зарубежными аналогами.

3.5. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАКЕТНЫХ ОБРАЗЦОВ ДП.

4.1. Температурная стабильность РЗМ-магнитов из композиции НмЗОДибР

4.2. Исследование поперечной реакции якоря.

4.3. Вопросы намагничивания РЗМ-магнитов.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ электродвигателей постоянного тока с полым якорем с целью улучшения их технико-эксплуатационных характеристик»

Актуальность темы. Коллекторные электродвигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов (ПМ) малой мощности (далее - двигатели) находят самое широкое применение в различных областях общепромышленной и специальной техники. Они отличаются большим разнообразием конструктивных исполнений и выполняемых функций, поскольку в зависимости от области применения к ним предъявляются самые разнообразные технические, эксплуатационные и экономические требования.

Особое место среди них занимают двигатели с полым бескаркасным якорем и проволочной обмоткой. Преимущества их настолько существенны, что в таких отраслях промышленности как приборостроение, радиоэлектроника, авиационная техника зачастую только двигатели этого типа позволяют успешно решать поставленные технические задачи.

Из-за отсутствия потерь в стали сердечника якоря эти двигатели имеют значительно более высокий КПД и более благоприятные условия коммутации по сравнению с двигателями с зубцовым якорем. Поэтому их целесообразно использовать для привода механизмов и машин, для которых первостепенное значение имеют максимальный ресурс и минимальное энергопотребление (например, - переносная и транспортируемая аппаратура с автономным источником электропитания).

Кроме того, двигатели с полым якорем, благодаря высокому быстродействию, минимальному статическому моменту трения и хорошей равномерности вращения, являются практически идеальными исполнительными элементами для высококачественных широкодиапазонных регулируемых электроприводов. Примерами такого применения являются приводы органов управления полётом летательных аппаратов, приборные приводы и т. п.

Технический уровень двигателей может быть оценен по следующим важнейшим показателям:

-5

- удельному объёму на единицу полезной мощности У/Р, см /Вт;

- удельной массе на единицу полезной мощности в/Р, г/Вт;

- электромеханической постоянной времени Тэм, с -10"3;

- максимальному коэффициенту полезного действия г\тах, %.

Отечественные двигатели с полым якорем имеют достаточно высокий технический уровень. Самыми массовыми в производстве и эксплуатации двигателями этого типа являются выпускаемые с начала 70-х годов двигатели серии ДПР [55]. Конструкция их отличается повышенной надёжностью, обеспечивающейся специальной технологией изготовления и системой контроля качества. Это электрические машины закрытого исполнения, степень защиты от попадания посторонних частиц и воды 1Р44. Возбуждение осуществляется от двухполюсного цилиндрического диаметрально намагниченного магнита марки ЮН14ДК24 или ЮНДК35Т5АА, расположенного внутри полого якоря и концевым приливом из алюминиевого сплава закреплённого к корпусу (рис. 1).

Серийные двигатели с полым якорем разработаны с учётом жёстких требований к габаритам и имеют высокие эксплуатационные характеристики, к основным из которых относятся их устойчивость и работоспособность в условиях воздействия внешних механических и климатических факторов, а также ресурсовые показатели. Они могут обеспечить виброустойчивость в пределах до (15-^20^ для малых габаритов (диаметром 20 и 25 мм) и не более 10g для старших габаритов (диаметром 35 и 40 мм). Причём для габаритов 50 и 60 мм, как показали специальные исследования, их виброустойчивость ещё больше снижается. Вместе с тем по этому показателю они намного уступают двигателям с зубцовым якорем и шихтованным магнитопроводом. Это объясняется тем, что полые, бескаркасные, консольно закреплённые на валу якоря этих двигателей имеют меньшую механическую прочность и жёсткость. Поэтому при воздействии в широком диапазоне частот, вибраций или акустических шумов эти якоря и щёточно-коллекторные узлы имеют значительно большую амплитуду колебаний при работе в резонансных полосах частот, что приводит к потере их устойчивости и работоспособности на этих частотах. Без заливки компаундом, когда обмотка выполнена из самоспекающегося провода с дополнительным клеящим слоем или печатным способом [29], виброустойчивость и надёжность конструкции якоря ещё ниже.

Что касается устойчивости к воздействию климатических факторов, то здесь первостепенное значение имеет теплостойкость. По теплостойкости двигатели с полыми якорями значительно уступают двигателям с зубцовыми якорями. Если у последних теплоустойчивость обусловлена теплостойкостью эмальпровода (в пределах (200-к250)°С и даже более [97]), то у двигателей с полым якорем - теплостойкостью конструкции якоря. Поскольку обмотка залита эпоксидным компаундом, их теплостойкость определяется температурой начала деформации этого компаунда и находится в пределах (125-^135)°С. Несмотря на длительные исследовательские работы повысить теплостойкость компаунда не удалось. По этой причине предельная допустимая повышенная температура окружающей среды у двигателей с полым якорем ниже, чем у зубцовых.

Есть ещё один фактор, резко ограничивающий возможность форсирования двигателей с полыми якорями по мощности, особенно при кратковременных и повторно-кратковременных режимах работы. Из-за малой массы и теплоёмкости полых якорей, скорость достижения полыми обмотками предельно допустимой температуры при перегрузках по току во много раз больше, чем у обычных, зубцовых якорей. Это резко ограничивает допустимую длительность работы их в режимах форсированной мощности в сравнении с двигателями, имеющими зубцовые якоря.

По величине ресурса (наработки) двигатели с полыми якорями значительно превышают ресурс двигателей с зубцовыми якорями при той же мощности и частоте вращения. Из-за очень малой величины индуктивности якорной обмотки и больших воздушных зазоров наработка у современных двигателей с полыми якорями находится в пределах от 1000 до 5000 ч - в зависимости от мощности и частоты вращения.

В настоящее время в промышленно развитых странах мира происходит интенсивное совершенствование электротехники за счёт широкого внедрения во все её виды современной электроники, автоматизации и компьютеризации, в том числе электромеханических приводов различного назначения и автоматизированных систем управления с электромеханическими исполнительными органами. При этом первостепенное внимание уделяется повышению качества, предъявляются всё более высокие требования как к основным функциональным, так и к эксплуатационным характеристикам этой техники. В связи с этим возрастают и технические требования к двигателям как к основным исполнительным элементам таких приводов и систем. В ряде случаев требуется создание таких приводов и систем, для реализации которых необходимы двигатели с предельно достижимыми значениями функционально-основных параметров.

Поскольку реализовать в одной машине предельные значения основных параметров и характеристик технически невозможно [82,83, 107], целесообразно классифицировать двигатели по функциональному назначению. Многолетний опыт предприятий-разработчиков по проектированию и применению подобных силовых и управляемых двигателей для различной техники [106, 108] позволяет выделить для каждой группы функционально-основные и лимитирующие параметры в соответствии с табл. 1.

Как следует из предыдущего анализа, наиболее предпочтительной сферой применения двигателей с полыми якорями являются классы 1 и 3 (см. табл. 1). Противоречивость требований, предъявляемых к силовым и

Таблица 1

Классификация двигателей по функциональному назначению

Класс Назначение Режим работы Функционально основные параметры Лимитирующие параметры

1 Силовые 81,83 при ПВ > 40% Максимальный ресурс. Максимальный КПД Объём и масса

2 Силовые 82, 83 при ПВ < 25% Минимальный объём и масса на единицу полезной мощности и пускового момента Предельная температура обмоток. Устойчивость к действию МДС реакции якоря в переходных режимах

3 Управляемые (исполнительные) 83 при ПВ > 40% Минимальные электромеханические и электромагнитные постоянные времени. Максимальный диапазон регулирования частоты вращения Предельная температура обмоток. Устойчивость к воздействию МДС реакции якоря в переходных режимах. Ресурс, объём и масса

4 Управляемые (исполнительные) 83 при ПВ < 25% Предельная температура обмоток. Устойчивость к воздействию МДС реакции якоря в переходных режимах. Объём и масса управляемым двигателям, часто диктует необходимость выбора в качестве основного показателя (критерия оптимальности) какого-либо одного -определяемого назначением, областью применения и типом машины. Так, например, из опыта разработок двигателей предельного быстродействия [38, 86] следует, что получение высоких динамических параметров неизбежно ведёт к увеличению габаритов магнитной системы (МС) и стоимости. Поиск возможного компромисса, когда в одной машине или серии машин удовлетворяются самые разнообразные требования, является важной проблемой. Успешное её решение соответствовало бы наилучшим образом требованиям потребителя. Это, в свою очередь, ведёт к увеличению объёмов выпуска, внедрению серийной технологии, снижению затрат на производство.

В условиях перехода к рыночной экономике и наличии конкуренции со стороны ведущих иностранных электротехнических фирм, указанные вопросы требуют пристального внимания. Поэтому дальнейший поиск путей улучшения основных технических параметров и эксплуатационных характеристик двигателей с полым якорем является актуальной задачей.

Одним из таких путей является внедрение новых марок ПМ на основе редкоземельных элементов (РЗМ-магнитов), в частности прессованных на основе композиции Ш-Бе-В (так называемых неодимовых магнитов). Рекордно высокая магнитная энергия этих ПМ позволяет существенно снизить массу и габаритные размеры машин, значительно повысить их технический уровень. Из-за высокой стоимости РЗМ-магниты до сих пор применялись только в отдельных уникальных образцах объектов специальной техники. Однако в последнее время ситуация изменилась, - наметилась устойчивая тенденция к относительному снижению цен на неодимовые ПМ, что объясняется в первую очередь отсутствием в исходных компонентах дефицитного кобальта. Именно поэтому целый ряд бывших оборонных предприятий приступил к промышленному выпуску этих магнитов и предлагает их на внутреннем и внешнем рынках [48, 52].

Другое направление, выбранное в работе, состоит в совершенствовании методов расчёта и оптимального проектирования двигателей с РЗМ-магнитами. Это связано с тем, что при использовании новых ПМ кардинально меняются конструкция магнитной системы, размеры активных частей двигателей. Всё это требует тщательного подхода к их проектированию с учётом присущих таким магнитам свойств и особенностей, поскольку эти вопросы практически не исследованы и не освещены в литературе.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка комплексного метода анализа магнитных систем с РЗМ-магнитами и на этой основе совершенствование методов расчёта и оптимального проектирования серии двигателей с полым якорем, повышение их технического уровня и эксплуатационных характеристик.

Для новой серии была принята шкала из четырёх габаритов по диаметрам корпусов, обеспечивающая взаимозаменяемость с серийными двигателями. Эта шкала соответствует нормальному ряду линейных размеров, и позволяет при минимальном количестве типоразмеров охватить диапазон мощностей от 10 до 90 Вт.

Таким образом, объектом исследований являются двигатели с полым якорем мощностью до 90 Вт и наружным диаметром корпуса 25, 30, 35 и 40 мм (в дальнейшем - ДП).

Методика исследований. Поставленные задачи решались теоретическими и экспериментальными методами. Математическое моделирование на ЭВМ двумерного магнитного поля проводилось с использованием в качестве базового - метода конечных элементов по прикладной программе «Quick Field». При разработке алгоритмов использовались элементы теории электромагнитного поля, теории цепей, вычислительные методы алгебры и анализа. Физическое моделирование осуществлялось на моделях, при этом использовался модульный принцип, когда каждый полюс индуктора набирался из ПМ-модулей в виде тонких призматических плиток, которые располагались вплотную друг к другу наподобие мозаики. Распределение индукции в воздушном зазоре и величина магнитного потока оценивались с помощью измерительного вращающегося витка. Для получения информации о ПМ зарубежных фирм использовалась глобальная компьютерная сеть Internet.

Научная новизна.

1. Предложен метод физического моделирования двумерных магнитостатических полей на моделях, который, в отличие от известных, позволяет простое изменение контура области исследуемого поля за счёт использования предварительно намагниченных одинаковых ПМ-модулей в различных магнитных системах.

2. Исследовано магнитное поле в рабочем воздушном зазоре систем с РЗМ-магнитами в зависимости от ширины полюсной дуги, полюсности, анизотропии ПМ и других факторов. При этом данные физического моделирования хорошо согласуются с численными методами расчёта поля на ЭВМ. Определена наиболее эффективная магнитная система, получены выражения для расчёта проводимостей путей рассеяния. Установлены способы формирования различного распределения поля.

3. Обоснован обобщённый критерий оптимальности, разработана методика и алгоритм, составлена программа, позволяющая рассчитать геометрию активных частей и удовлетворить целый ряд взаимно-противоречивых требований к ДП.

4. Доказана возможность существенного повышения технического уровня ДП новой серии, по сравнению с современными двигателями с полым якорем, за счёт использования для возбуждения неодимовых ПМ и оптимального проектирования.

5. Предложен импульсный способ проверки воздействия поля поперечной реакции якоря на магнитное состояние ПМ, позволяющий производить её при токах, в десятки раз превышающих номинальные.

Основные положения, представляемые к защите.

1. Метод физического моделирования двумерного магнитостатического поля, использующий модульный принцип для изменения контура исследуемой области поля и позволяющий произвести его предварительный расчёт и оценку.

2. Результаты анализа магнитного поля в рабочем воздушном зазоре систем с РЗМ-магнитами, полученные на основе физического и численного экспериментов.

3. Методика и программа расчёта на ЭВМ оптимальной геометрии активных частей ДП с РЗМ-магнитами, обеспечивающая оптимум по большинству функционально-основных параметров.

4. Конструктивно-схемные решения и результаты оптимизации новой серии ДП с существенно улучшенными техническими характеристиками.

5. Результаты исследования поперечной реакции якоря в ДП с РЗМ-магнитами из материала НмЗОДибР, а также вопросов их намагничивания и температурной стабильности.

Практическая ценность работы.

1. Показаны специфические особенности и свойства новых магнитотвёрдых материалов, обоснована экономическая целесообразность более широкого внедрения неодимовых ПМ вместо литых группы «АЬМСО».

2. Создана и реализована в виде программы методика оптимизации ДП с РЗМ-магнитами, позволяющая рассчитывать не только размеры активных частей и интегральные характеристики магнитного поля, но и строить его топографию в воздушном зазоре.

3. Разработаны конструкторские решения по выполнению двух вариантов внутриякорного индуктора с неодимовыми ПМ для серийных двигателей с полым якорем с целью улучшения их эксплуатационных характеристик при сохранении электромеханических параметров на прежнем уровне.

4. Предложена конструктивная схема и размерно-параметрические ряды ДП новой серии мощностью от 10 до 90 Вт. Эти двигатели имеют ориентировочно в два раза большую полезную мощность в единице объёма, значительно меньшую электромеханическую постоянную времени, более высокий КПД, чем современные отечественные двигатели с полым якорем, и не уступают образцам-аналогам иностранных фирм.

5. Разработаны практические рекомендации по намагничиванию ДП с РЗМ-магнитами и их температурной стабилизации. Доказано экспериментально, что в этих ДП не существует проблемы размагничивания при прямом пуске в нормальных условиях.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и получили одобрение на семинарах кафедры электромеханических систем Воронежского Государственного технического университета (1995-1998 гг.), на XXXV (1997 г.) и XXXVI (1998 г.) отчётных научных конференциях Воронежской Государственной технологической академии, на ежегодной научно-технической конференции студентов и аспирантов вузов России «Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве» (г. Москва, 1998г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в семи печатных работах.

Структура и объём работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав и заключения, изложенных на 153 страницах машинописного текста, и содержит 25 рисунков, список литературы, включающий 125 наименований, и 3 приложения.

Заключение диссертации по теме «Электромеханика и электрические аппараты», Хомяк, Наталья Викторовна

4.4. Выводы.

1. Исследования температурной стабильности магнитов марки НмЗОДибР в системе ВСР для В1/ЛоН--0,в5 показали, что при нагреве в диапазоне температур от 20 до 125°С магнитный поток в рабочем воздушном зазоре монотонно изменяется (уменьшается). Величина этого уменьшения составляет 0,12% на 1°С, что хорошо согласуется с данными, приведёнными в технической документации. При температуре равной 125°С необратимое изменение потока составляет 2%, а обратимое - 10% от исходного значения. Температуру равную (120-г125)°С следует считать предельно допустимой для данной марки РЗМ-магнитов, поскольку при дальнейшем нагреве происходит более резкая потеря потока. При сборке и регулировке ДП, предназначенных для работы в высококачественных электроприводах, следует предусматривать температурную стабилизацию ПМ за счёт кратковременного нагрева (в течение одного часа) до температуры (122 ± 3)°С.

2. Поле поперечной реакции якоря возрастает от оси полюсов к их краям по линейному закону и может быть рассчитано известными из общего курса электрических машин методами. Это хорошо подтверждается исследованиями искажения кривых поля в воздушном зазоре ДП при нагрузке. В системе типа ВСР4 деформация основного поля от тока якоря приблизительно в два раза больше для сегментных магнитов по сравнению со скобообразными.

3. Предложенный импульсный метод проверки воздействия поля поперечной реакции якоря на магнитное состояние ПМ заключается в пропускании через обмотку якоря разрядного тока от предварительно заряженного конденсатора большой ёмкости. Этот способ даёт тот же размагничивающий эффект, что и прямые пуски и реверсы ДП (если амплитуда тока в обоих случаях одинакова). Но, за счёт кратковременности протекающих процессов, он позволяет производить проверки при токах в десятки раз превышающих номинальные, исключая возможность повреждения обмотки и подгорания коллектора.

4. Сравнительные исследования показали, что РЗМ-магниты практически не размагничиваются полем поперечной реакции якоря, в то время как в аналогичных условиях серийные магниты марки ЮНДК размагничиваются более чем наполовину. То есть проблемы с размагничиванием в исследуемых ДП при прямых пусках и реверсах в нормальных условиях не существует. Наиболее вероятна необратимая потеря намагниченности в ДП старших габаритов при реверсах в условиях эксплуатации, когда ПМ нагреты до предельно допустимой температуры, а напряжение питания значительно превышает номинальное.

5. В двухполюсных двигателях со сборными магнитными системами (ВСР2, НСР2), когда каждый полюс индуктора набирается из ПМ-модулей, необходимо прикладывать намагничивающее поле многократно, поворачивая ДП вокруг его оси между полюсами намагничивающей установки для промагничивания каждой пары РЗМ-магнитов.

6. Для основного четырёхполюсного варианта конструкции ДП наиболее целесообразным представляется использование отдельно намагниченных ПМ,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Отечественные двигатели постоянного тока малой мощности с полым якорем широко используются в электроприводах и автоматизированных системах управления, выпускаются серийно, имеют высокие технико-эксплуатационные характеристики, качество и надёжность.

Однако в последнее время они уже не удовлетворяют возросшим требованиям ряда потребителей, которым необходимы двигатели с предельно достижимыми значениями функционально-основных параметров, в связи с созданием качественно новой техники, в которой они применяются. Кроме того, задачи совершенствования существующих двигателей этого типа и разработки новых объективно обусловлены процессами перехода к рыночной экономике и усиливающейся конкуренцией со стороны ведущих иностранных электротехнических фирм.

Одним из способов решения этих задач является использование для возбуждения новых марок ПМ из сплавов на основе редкоземельных элементов, разработанных и освоенных отечественной промышленностью за последние 10-15 лет. Но простая замена не даёт желаемого эффекта. Требуется полное изменение конструкции и размеров, как якоря, так и индуктора, учёт всех свойств и особенностей, присущих только этим магнитам. Вопросы по конструкциям магнитных систем, оптимальному проектированию, инженерным методам расчёта, производству двигателей с новыми магнитами практически не изучены. Кроме этого, дальнейшее улучшение их эксплуатационных характеристик невозможно без более точных представлений о распределении магнитного поля в воздушном зазоре этих машин.

В настоящей диссертационной работе исследованы двигатели с полым якорем и возбуждением от РЗМ-магнитов из композиции Ыё-Ре-В мощностью до 90 Вт и наружным диаметром корпуса 25, 30, 35 и 40 мм с целью улучшения функционально-основных параметров и эксплуатационных характеристик, совершенствования методов расчёта и оптимального проектирования, получения практических рекомендаций по применению новых магнитов.

В соответствии с задачами, поставленными в диссертационной работе, получены следующие наиболее важные результаты.

1. Предложен метод физического моделирования двумерных магнитостатических полей, использующий модульный принцип, который позволил произвести предварительный расчёт и оценку магнитного поля перспективных магнитных систем, оценить потоки рассеяния, установить способы формирования различного распределения поля.

2. Одновременное моделирование с помощью ЭВМ и построение топографии магнитного поля методом конечных элементов этих же МС подтвердили адекватность математического моделирования и целесообразность постановки численного эксперимента для выполнения дальнейших оптимизационных расчётов.

3. Используя возможности вычислительной техники, уточнены внешние магнитные поля и проводимости рассеяния альтернативных магнитных систем, выбрана наиболее эффективная МС для применения в исследуемых ДП. Предлагаются два варианта конструкции внутриякорного индуктора с минимальной массой РЗМ-магнитов для двигателей серии ДПР. Одновременно предлагается расширить конструктивные воздушные зазоры и изменить форму поля в зоне коммутации с целью улучшения их эксплуатационных характеристик при сохранении электромеханических параметров на прежнем уровне.

4. Для новой серии с максимальным техническим уровнем предложена конструктивная схема, разработана математическая модель и, на её основе, -инженерная методика расчёта оптимальной геометрии активных частей ДП. Методика реализована в виде программных средств для современной вычислительной техники.

5. В результате оптимизационных расчётов с использованием комплекса программ «Quick Field» было принято наиболее целесообразное число пар полюсов, форма и размеры магнитов, составлены размерно-параметрические ряды по всем исполнениям ДП. Электромагнитные расчёты новой серии подтвердили возможность реализации в заданных габаритах принятых электромеханических параметров при работе в режиме S1, позволили оценить тепловую напряжённость, выполнить разделение потерь.

6. Предлагаемая серия состоит из четырёх исполнений мощностью 10, 16, 25, 40 и 90 Вт при номинальных частотах вращения 6000 и 4000 мин"1 и номинальном напряжении 27 В. По комплексу основных параметров новые двигатели превосходят лучшие отечественные серии ДПР: по удельному объёму на единицу полезной мощности - в 2-3 раза; по удельной массе - в 1,5 раза; по быстродействию (электромеханической постоянной), - в среднем в 3 раза; по абсолютной величине КПД, - в среднем на 10%. При сравнении с зарубежными образцами-аналогами установлено, что ДП также превосходят их по всем перечисленным показателям.

7. Исследовано влияние поперечной реакции якоря на деформацию основного поля, предложен импульсный метод проверки воздействия поля якоря на магнитное состояние ПМ. Установлено, что в исследуемых ДП с РЗМ-магнитами не существует проблемы размагничивания при прямых пусках и реверсах в нормальных условиях. Даны практические рекомендации по температурной стабилизации и намагничиванию ДП с магнитами марки НмЗОДибР.

8. Результаты и выводы, полученные в диссертационной работе, а также приведённые сведения о новых РЗМ-магнитах различных марок могут быть использованы при расчёте и конструировании магнитных муфт, различных датчиков и генераторов сигналов, опор, фиксаторов и других устройств электромеханики, в которых, по нашему мнению, РЗМ-магниты в скором времени должны вытеснить традиционные ЮНДК и ферриты.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хомяк, Наталья Викторовна, 1998 год

1. Аветисян Д. А. и др. Оптимальное проектирование машин на ЭВМ. -М.: Энергия, 1976. - 208 с.

2. Арнольд Р. Р. Расчёт и проектирование магнитных систем с постоянными магнитами. М.: Энергия, 1969. - 184 с.

3. Астахов Н. В., Кравцов О. А. Методика проектирования коллекторных двигателей постоянного тока высокого быстродействия // Научно-практический вестник «Энергия», 1990, № 2. с. 6-12.

4. Астахов Н. В. Оптимальные геометрические соотношения печатного якоря // Тр. МЭИ. 1984. Вып. 56, с. 27-30.

5. Балагуров В. А. и др. Электрические машины с постоянными магнитами / Балагуров В. А., Галтеев Ф. Ф., Ларионов А. М. - Л.: Энергия, 1964.-480 с.

6. Безрученко В. А., Галтеев Ф. Ф. Электрические машины с постоянными магнитами. Итоги науки и техники. Сер. Электрические машины и трансформаторы. ВИНИТИ, 1982, т. 5. - 115 с.

7. Бинс К., Лауренсон П. Анализ и расчёт электрических и магнитных полей: Пер. с англ. М.: Энергия, 1970.

8. Бухгольц Г. Расчёт электрических и магнитных полей. М.: Изд-во иностр. лит., 1961.

9. ВолчихинВ. И. Повышение технико-эксплуатационных характеристик двигателей постоянного тока с внешним кольцевым магнитом: Дисс. . канд. техн. наук. ВПИ, 1987 г. - 238 с.

10. Выбор рационального направления намагниченности постоянных магнитов-модулей и составных магнитов в устройствах электромеханики / В. Н. Горюнов, Л. Е. Серкова, В. Э. Тиль, О. А. Тищенко // Электротехника. -1993. -№ 1.-е. 65-70.

11. Высокоэнергетические постоянные магниты и их применение в электротехнике, М, ВНИИЭМ, 1987. Труды ВНИИЭМ, т. 85.

12. Гольдберг О. Д., Турин Я. С., Свириденко И. С. Проектирование электрических машин. М.: Энергия, 1984. - 234 с.

13. Горюнов В. Н. Беспазовые электрические машины с многополюсными и униполярными индукторами на высококоэрцитивных магнитах: Автореф. дисс. . докт. техн. наук. -М, 1994. -40 с.

14. ГОСТ 21559-76 Материалы магнитотвёрдые спечённые. Марки, технические требования, методы контроля. Переиздание с изменениями 1, 2, 3 группа В83, СССР.

15. ГОСТ 8.268-77 ГСИ. Методика выполнения измерений при определении статических магнитных характеристик магнитотвёрдых материалов.

16. ГуринЯ. С., Кузнецов Б. И. Проектирование серий электрических машин. М.: Энергия, 1978.

17. ДарьинС. Г. Математическое моделирование и автоматизация расчётов магнитных полей электрических машин с произвольной конфигурацией магнитопровода: Автореф. дисс. . канд. техн. наук, Томск, 1991.-19 с.

18. ДикаревЕ. А. Определение оптимальных по объёму параметров двигателя постоянного тока с полым якорем. В кн.: Электрические машины. Чебоксары: Чуваш, ун-т, 1982, с. 38-45.

19. Домбровский В. В. Справочное пособие по расчёту электромагнитного поля в электрических машинах. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1983. - 256 с.

20. Ермолин Н. П. Переходные процессы в машинах постоянного тока. М.: Энергия, 1974. 137 с.

21. Ермолин Н. П. Расчёт коллекторных машин малой мощности. Л.: Энергия, 1973.-216 с.

22. Завалишин Д. А., Бардинский С. М., Певзнер О. Б. и др. Электрические машины малой мощности. М. Л.: Госэнергоиздат, 1963. -432 с.

23. Зечихин Б. С., Старовойтова Н. П. Расчёт межполюсного рассеяния генератора с РЗМ постоянными магнитами. Тр. МАИ. Исследование электромеханических преобразователей энергии систем автоматического управления, 1981, с. 48-52.

24. Зечихин Б. С., Старовойтова Н. П. Электромагнитные поля и расчётные коэффициенты магнитных цепей генераторов с тангенциальными РЗМ магнитами. М.: 1979. - 12 с. Рукопись деп. в «Информэлектро» 4.06.79, № 152-8/79.

25. Иванов-Смоленский А. В. Электромагнитные поля и процессы в электрических машинах и их физическое моделирование. М.: Энергия, 1969.

26. Кафтанатий В. Т. Определение основных размеров магнитоэлектрических микроэлектродвигателей постоянного тока с помощью синтезированных критериев оптимальности. Информэлектро. Сер. Электрические машины, 1978, вып. 6 (68). с. 5-7.

27. Кафтанатий В. Т. Расчёт оптимальной геометрии магнитоэлектрических машин с полым ротором с учётом насыщения магнитомягкого ярма. В кн.: Электрические машины. Воронеж: ВПИ, 1973.

28. Кенио Т., Нагамори С. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами: пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1989. 184 с.

29. Кирсанов А. Г., ГридневА. И. Расчёт магнитного поля в зазоре электрической машины с цилиндрическим магнитом на основередкоземельных элементов. Изв. вузов. Электромеханика, 1979, № 5, с. 433435.

30. Кислицын А. Л., Крицштейн А. М., Солнышкин Н. И. Метод конечных элементов расчёта магнитного поля электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов. В кн.: Вопросы теории и проектирования электрических машин. Саратов, 1980, № 2, с. 66-71.

31. Кислицын А. Л., Крицштейн А. М., Солнышкин Н. И., Эрнст А. Д. Расчёт магнитных полей электрических машин методом конечных элементов. -Саратов: Саратов, ун-т, 1980. 173 с.

32. Клименко В. Н. Методика оптимального проектирования двигателей для периферийного оборудования ЭВМ: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. -Киев, 1987.- 18 с.

33. Клименко В. Н. Расчёт пульсаций коэффициента элетродвижущей силы малоинерционного элетродвигателя постоянного тока. // Известия ВУЗов. Электромеханика. 1990. -№ 8. -с. 51-56.

34. Клименко В. Н., Сивкович А. Ю. Экспериментальное определение перегрузочной способности исполнительных двигателей постоянного тока для робототехники. // Известия ВУЗов. Электромеханика. 1986. -№ 10 - с. 20-24.

35. Клименко В. И. Экспериментальное определение неравномерности электромагнитного момента и угловой частоты вращения малоинерционного двигателя постоянного тока // Известия ВУЗов. Электромеханика. 1988. -№8. -с. 41-45.

36. Ковалёв Ю. 3., Горюнов В. Н., Ходько Д. Г. Расчёт трёхмерных полей в электрических машинах с редкоземельными магнитами // Электричество. 1991. -№ 5. - с. 15-19.

37. Коган В. Г. Электроприводы с предельным быстродействием для систем воспроизведения движений. М.: Энергия, 1974. 568 с.

38. Коген-Далин В. В., Комаров Е. В. Расчёт и испытание систем с постоянными магнитами. М.: Энергия, 1977. 248 с.

39. Конечноэлементная модель магнитных систем многополюсных дисковых устройств электромеханики с постоянными магнитами / с. В. Н. Горюнов, В.Н.Козлов, Л. Е. Серкова, В. Э.Тиль // Электричество. -1991. -№ 5. с. 15-19.

40. Кононенко Е. В., Хомяк Н. В., Хомяк В. А. Улучшение технико-экономических показателей электродвигателей серии ДПР за счёт применения РЗМ-магнитов // Научно-практический вестник «Энергия»; Воронеж, 1995, №3-4 (25-26), с. 18-21.

41. Кононенко Е. В., Хомяк Н. В. Моделирование плоскопараллельного магнитного поля для различных магнитных систем в электродвигателях с полым якорем и РЗМ-магнитами // Радиотехнические тетради. М.: Моск. энерг. ин-т. 1998, № 14. С. 93-94.

42. Королёв Н. И. Писаревский Ю. В. К расчёту магнитного поля в малоинерционных двигателях с полым якорем и внутриякорным постоянным магнитом. Воронеж, 1984. - 9 с. - Рукопись представлена ВПИ. Деп. в «Информэлектро», 1984, № 205 эт. - 84 Деп.

43. Коррозионные свойства порошков и ПМ из сплавов типа РЭМ-Бе-В / Яковлев Л. С., Илескина Г. С. // Порошк. магн. материалы: Тез. докл. сем. 6-8 июня 1991 г. / Рост. н/Д ин-т с.-х. машиностр. Пенза, 1991. - с. 33-35.

44. Костин В. Ф. Исследование магнитных систем микроэлектродвигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов со сложной формой полюса: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. -Воронеж: ВПИ, 1969. 27 с.

45. Ледовский А. Н. Особенности проектирования электрических машин с цилиндрическими постоянными магнитами из сплава 8т-Со5 // Электричество, 1981, № 10, с. 36-41.

46. Ледовский А. Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 168 с.

47. Линецкий Я. Л., Сергеев В. В. Перспективы развития материалов для постоянных магнитов. Электротехника, 1985, № 2, с. 27.

48. Львович А. Ю. Электрические системы: Учебн. пособие. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1989 - 296 с.

49. Магниты из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом. -Материалы 2-го междун. семинара по ПМ из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом и их применению, Москва, «Металлургия», 1978.

50. Математическая модель оптимального построения унифицированной серии электродвигателей малой мощности / В. А. Игнатов, Я. Л. Рудерман, В. П. Гусев, В. Е. Доценко // Электротехника. 1983. № 8, с. 3840.

51. Материалы международного симпозиума «Исследование проблем создания магнитных систем новых электрических машин и применения в них высокоэнергетических магнитов с целью совершенствования параметров и конструкций», Суздаль, 15-18 мая 1990 г. 345 с.

52. Металлопластичные постоянные магниты на основе сплавов 8тСо и 8т (Со0,84 Си0,1б)б,9 // В. И. Ермолин, Я. Д. Линецкий, В. А. Сеин, В. В. Сергеев, В. В. Федякин / Электротехника. 1981, № 2, с. 51-53.

53. Методика сертификации магнитных сплавов системы Ыё-Ре-В / Столяров В. В., Корзникова Г. Ф., Сазонов С. Н., Файзирахманов Р. М., Валиев Р. 3. // Физ. мет. и металловед. 1991 - № 5, с. 53-57.

54. Микроэлектродвигатели для систем автоматики: Технический справочник / Под. ред. Э. А. Лодочникова, Ф. М. Юферова. М.: Энергия, 1969.-272 с.

55. Несбитт Е., Верник Дж. Постоянные магниты на основе редкоземельных элементов. М.: Мир, 1977. - 168 с.

56. Оптимизация двигателей постоянного тока с автономными источниками энергии / Токарев Б. Ф., Морозкин В. П., Киселёв В. И., Шилов С. Г. Электротехника, 1982, № 11. - 44 с.

57. ОСТ 16.0.800.830.-81 Изделия электрические и электротехнические. Методика оценки технического уровня и номенклатура показателей качества вновь разработанных электротехнических изделий. М.: Изд.-во стандартов,1984.-78 с.

58. Паластин JI. М. Электрические машины автономных источников питания. М.: Энергия, 1972. 464 с.

59. Патент Великобритании № 1598257, кл. Н02К 1/00.

60. Патент Великобритании № 2275134, кл. Н02К У2.

61. Патент США № 3296471, кл. Н02К 23/04.

62. Патент США № 3836801, кл. Н02К 23/04.

63. Патент США № 4727273, кл. Н02К 21/12.

64. Патент США № 5232652, кл. В29С 39/10.

65. Патент США № 5302876, кл. Н02К 21/12.

66. Патент США № 5345129, кл. Н02К 21/12.

67. Патент США № 5345130, кл. Н02К 21/12.

68. Патент Франции № 0308369, кл. Н02К-21/08.

69. Патент Франции № 2283572, кл. Н02К '/г, 1/06, 15/02.

70. Патент ФРГ № 4240885, кл. Н02К-21/02.

71. Патент Японии № 0163747, кл. 21/08.

72. Патент Японии № 0193611, кл. 21/08, 21/16.

73. Писаревский Ю. В. Анализ и расчёт электродвигателей постоянного тока с внутриякорными магнитами: Дисс. . канд. техн. наук. Воронеж: ВПИ,1985.-291 с.

74. Полковников В. А. и др. Электропривод самолётных агрегатов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1991. 396 с.

75. Постоянные магниты: Справочник / Под ред. Ю. М. Пятина. 2-е изд. - М.: Энергия, 1980. - 488 с.

76. Полак Э. Численные методы оптимизации, М.: Мир, 1974, 37 с.

77. Постников И. М. Выбор оптимальных геометрических размеров в электрических машинах. М. Л.: ГЭИ, 1952.

78. Преображенский А. А., Бишард Е. Г. Магнитные материалы и элементы: учебник для студ. вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики». 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986. - 352 с.

79. Преображенский А. А. Намагничивание и размагничивание постоянных магнитов. В сб.: Энциклопедия измерений, контроля, автоматизации. -М.: Энергия, 1970, № 14.

80. Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов / И. П. Копылов, Ф. А. Горяинов, Б. К. Клоков и др.: Под. ред. И. П. Копылова. -М.: Энергия, 1980.-496 с.

81. Разработка серии электродвигателей сверхвысокого быстродействия с повышенным ресурсом для средств вычислительной техники // Научно-технический отчёт по ОКР, НПК(О) «Энергия», Воронеж, 1991. 65 с.

82. Разумовский Н. Н. Расчёт магнитной системы измерительного прибора с внутрирамочным магнитом, «Вестник электропромышленности», 1957, №5, с. 9-12.

83. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979.-392 с.

84. Сергеев В. А. Исследование особенностей и совершенствование математической модели динамических режимов электродвигателей постоянного тока малой мощности высокого быстродействия: Дисс. . канд. техн. наук. ВПИ, 1993. - 218 с.

85. Спечённые материалы для электротехники и электроники. Справочник / Под ред. Г. Г. Гнесика. М.: Металлургия, 1981.

86. Столов Л. И., Афанасьев А. Ю. Моментные двигатели постоянного тока. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 224 с.

87. Структура и магнитные свойства горячепрессованного сплава системы Ре-Ыё-В / Столяров В. В., Корзникова Г. Ф., Сазонов С. Н., Файзирахманов Р. М., ВалиевР. 3. // Физ. мет. и металловед. 1991 - №5, с. 53-57.

88. Тазов Г. В., Хрущёв В. В. Автоматизирование проектирование электрических машин малой мощности: Учебное пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. - 336 с.

89. ТАИК 750717.001 ТУ Материалы магнитотвёрдые спечённые. / Утверждено ВНИИЭМ, согласовано НПО «Магнетон», г. Владимир.

90. Терзян А. А. Автоматизированное проектирование электрических машин. -М.: Энергоатомиздат, 1983. -256 с.

91. Тозони О. В., Маергойз И. Д. Расчёт трёхмерных электромагнитных полей. Киев: Техника, 1974. — 352 с.

92. ТУ 16-586.250-86 Материалы магнитотвёрдые спечённые. Технические условия / Утверждено НПО «Магнетон», г. Владимир, 1986.

93. ТУ БИТА 757164.013 Магниты постоянные на основе соединений Ыё-Ре-В для электродвигателей / Утверждено МП «Лантан», г. Екатеринбург, согласовано НПП «ЭЛИМ-ЭНВО», г. Воронеж, 1996.

94. Хабиб М. Ш. Пути улучшения технико-экономических показателей электродвигателей постоянного тока предельного использования.: Автореф. дисс. . канд. техн. наук, Харьков, 1992. 22 с.

95. Харизман Ю. Д., Сергеев В. А., Соловьёв А. А. И др. О некоторых особенностях теплового режима высокоиспользованных электродвигателей постоянного тока малой мощности // Научно-практич. вестник «Энергия», Воронеж, 1992, №5, с 3-8.

96. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир, 1975.-536 с.

97. Хомяк В. А. Особенности расчёта и проектирования многополюсных микроэлектродвигателей с уменьшенным числом секций обмотки якоря // Научно-практический вестник «Энергия», Воронеж, 1992 г., № 2(8), с. 23-28.

98. Хомяк В. А., Хомяк Н. В. Экспериментальное исследование применения высокоэнергетических магнитов в микроэлектродвигателях постоянного тока серии ДИМ // Научно-практический вестник «Энергия», Воронеж, 1994 г., № 4 (18), с. 14-18.

99. Хомяк В. А., Хомяк Н. В. Исследование реакции якоря в микроэлектродвигателях постоянного тока // Материалы XXXV отчётной научной конференции за 1996 год: в 2 ч. / Воронеж, гос. технол. акад. Воронеж, 1997 г., ч. 1, с. 137.

100. Хомяк Н. В. Экономическое обоснование целесообразности применения редкоземельных магнитов в микроэлектродвигателях постоянного тока // Научно-практический вестник «Энергия»; Воронеж, 1995, № 2-3 (20-21), с. 53-56.

101. Хомяк Н. В., Кононенко Е. В. Сравнение параметров микродвигателей с РЗМ-магнитами с различными типами магнитных систем // Материалы XXXVI научной конференции ВГТУ, Воронеж, 1996.

102. ШеминовВ. Г. Современное состояние и перспективы развития коллекторных двигателей постоянного тока малой мощности // Электротехн. пр-сть. Сер. «Электрические машины», 1984, вып. 4 (158), с. 9-11.

103. Шеминов В. Г., Широков Ю. П., ЦырлинИ. А. Проектирование коллекторных двигателей постоянного тока малой мощности // Электротехника, 1984, № 9, с. 42-44.

104. Электрические двигатели с гладким якорем для систем автоматики / Васильев Ю. К., Лазарев Г. В., Рубан Н. С. и др.; под ред. Д. К. Васильева. М.: Энергия, 1979. - 176 с.

105. Электрические машины малой мощности / Под. общ. ред. Д. А. Завалишина. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 432 с.tVi

106. Copal motors-encorders. Промышленный каталог фирмы Copal electronic Co. Ltd., Япония, 1990.

107. DC Servomotors Super R. Промышленный каталог фирмы Sanyo Denki Co. Ltd., Япония, 1990.

108. Energy qualeties putrare-earth magnets in demand amond motor makers / Yajima Koichi // J. Electron. Eng. 1993. - 30, № 319. - C. 46-49.

109. Escap Motion Systems. Промышленный каталог фирмы Portescap, ФРГ, 1990.

110. Key issues attecting the global market growth trends for neogymium-iron-boron magnets / Campbell Peter // Intens. Conf. Limit. Re gistrat. Bas. And Techn. Execut., Monterey, Calif., Febr. 26-28, 1989, c. 1-13.

111. La stabilité des aimants permanents a base de terres rares / Velicescu M., Hock St. // Rev. gen. elec. 1991. - № 4. - С. 19-25.

112. Magnetic structure design method / Blache С., PaccardD. // IEEE Trans. Magn. 1993. - 29, № 5. - C. 2228-2231.

113. Methode semi-numerique de predimensionnement des machines a aimants permanents ef a bobinage global / Ben Ahmed A., Lucidarme J., Deses-quelles P. F. // J. phys. Sec. 3. 1995. - 5, № 6. - C. 703-725.

114. Nanjing hangkong hangtian daxue xuebao / Zhu Zhenlian, Yan Yangguang // J. Nanjing Univ. Aeron. and Astronaut. 1994. - 26, 2 - C. 152-159.

115. Nouveaux types daimants NdFeB a comportement amélioré vis-a-vis de la corrosion et de la temperature / Tenaund P. Vial F., Sagawa M. // Rev. gen. elec. -1991. -№ 4. -С. 26-29.

116. Overviev and outlook of bonded magnets in Japan / Hamano Masaaki // J. Alloys and Compounds. 1995. - 222. - C. 8-12.

117. Perspectives in permanent magnetism: Pap. Int. Conf. Magnet., Warsaw, 22-26 Aug. 1994. Pt.2 Chapters 10-19 Сосу J. M. D. // J. Magn. Mater. -1995. 140-144, № 2. - C. 1041-1044.

118. Production and properties of Nd-Fe-B permanent magnets / Talvitie Mikko // Acta polytechn. Scand. Appl. Phys. Ser. 1993, № 187. - C. 1-58.

119. Rare earth permanent magnets: Int. Conf., Magnetism, Warsaw, 22-26 Aug., 1994 / BuschowK. H. J, FeijenF. H., De Kort Kees // J. Magn. and Magn. Mater. 1995. - 140-144, № 1. - c. 9-12. - Англ.

120. Recent developments in high-tech magnetic materials / Kronmuller H. // J. Magn. And Magn. Mater. 1995. - 140-144, № 1. C. 25-28.

121. Teplotni zavislosti magnetickych velicin materialu NdFeB pro permanentni magnety / Mejzlik V. // Techn. Elek. Stroj u. 1990 - 35, № 3-4, c. 1925.