Высокоиспользованные электродвигатели постоянного тока с полым якорем и возбуждением от постоянных магнитов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, кандидат технических наук Соловьев, Анатолий Алексеевич

• Соловьев, Анатолий Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Соловьев, Анатолий Алексеевич

Введение.

1. СОВРЕМЕННЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОЛЫМ ЯКОРЕМ: ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ.

1.1 Классификация электродвигателей по назначению и области применения. Технические требования и характеристики.

1.2 Магнитные материалы электродвигателей малой мощности и применяемые материалы.

1.3 Проблемы повышения ресурсных характеристик высокоиспользован-ных коллекторных электродвигателей с полым якорем.

Выводы и постановка задачи.

2. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

2.1 Магнитное поле индуктора.

2.2 Магнитное поле якоря и его индуктивные параметры.

Выводы.

3. РЕСУРС КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОЛЫМ ЯКОРЕМ.

3.1 Коммутационные параметры двигателей с полым якорем.

3.2 Современные материалы и перспективные технические решения в области щеточно-коллекторного узла.

3.3 Влияние конструкции щеточно-коллекторного узла на ресурсные характеристики двигателя.

Выводы.

4. ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ С ПОЛЫМ ЯКОРЕМ.

4.1 Методы решения оптимизационных задач. Критерии оптимальности и ограничения.

4.2 Функциональные связи параметров электродвигателей с полым якорем.

4.3 Серия электродвигателей с полым якорем и возбуждением от высокоэнергетических постоянных магнитов.

4.4 Методы электромагнитных расчетов ДП-Р11 с высокоэнергетическими магнитами и предельным уровнем основных электромеханических параметров.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Высокоиспользованные электродвигатели постоянного тока с полым якорем и возбуждением от постоянных магнитов»

В современном мире в условиях формирования новой военной доктрины страны и изменения приоритетов при проведении военной реформы происходит интенсивное совершенствование видов вооружения и военной техники (В и ВТ) при одновременном сокращении количества находящихся в производстве и эксплуатации объектов этой техники. Электропривод постоянного тока, содержащий коллекторный электродвигатель в качестве исполнительного элемента, традиционно является "сердцем" любого автоматического устройства военного, авиационного, ракетно-космического и т.п. назначения, обычно относящимся к объектам специального назначения. Выпускаемые промышленностью микроэлектродвигатели автоматических устройств все чаще не удовлетворяют предъявляемым к ним повышенным требованиям, в частности, по энергетическим и весогабаритным характеристикам, по сохранению параметров в течение длительной работы или хранения.

Широкое применение в автоматических устройствах различного вида, в том числе и специального назначения, получили микроэлектродвигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Задача их совершенствования, в конструкторско-техналогическом смысле, является актуальной по следующим причинам:

1.Современные достижения в области электротехнического материаловедения дают возможность существенно улучшить электромеханические характеристики двигателей при одновременном уменьшении их габаритов и веса.

2. Увеличение срока службы двигателя, в том числе минимальной наработки на отказ и срока сохраняемости в условиях штатного хранения, позволяет использовать его в условиях жестких длительных механико-климатических воздействий внешних факторов (далее ВВФ).

3. Сочетание улучшенных динамических качеств со стойкостью к нагреванию в кратковременных или повторно-кратковременных режимах работы определяют возможность применения коллекторного двигателя для средств высокоточных следящих систем разового использования.

4. Более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с двигателями переменного тока дает возможность использовать коллекторный электродвигатель в любой аппаратуре, имеющей ограниченную мощность источника питания (аккумулятора, генератора и т.п.) при одновременном уменьшении массы или полётного веса агрегата в целом.

Особое место среди современных электродвигателей постоянного тока занимают двигатели с полым якорем (ДПР). К числу их несомненных преимуществ перед другими типами коллекторных двигателей относятся: низкий собственный момент инерции якоря, обусловливающий лёгкость и плавность регулирования скорости; отсутствие металлического магнитопровода якоря, приводящее к исключению одного из существенных видов потерь - потерь в стали и повышающее качество коммутации; отсутствие зубцов на якоре, позволяющее снизить собственный момент трогаяия при пуске от минимального напряжения (напряжения трогания) и добиться его независимости от угла поворота вала. Возможность выполнить магнитоэлектрическое возбуждение как «внешним», так и «внутренним» по отношению к якорю приводит к большему разнообразию конструкций магнитных систем, что ставит задачу выбора оптимальной из них.

Под термином "высокоиспользованный двигатель" здесь и далее понимается двигатель постоянного тока с магнитоэлектрическим возбуждением с предельным уровнем электромагнитных и тепловых нагрузок, обеспечивающих рабочий процесс в пределах заданного технического ресурса, обладающий максимальными удельными характеристиками, такими как мощность и пусковой момент на единицу объема, минимальными энергопотреблением и постоянной времени.

Работа содержит результаты более чем 30-летней деятельности автора в составе коллектива научно-производственного предприятия "ЭЛТОН ЭНВО", входящего в концерн "Энергия", г. Воронеж - головного предприятия: страны в области разработки и производства двигателей для объектов специальной техники. Большинство из публикуемых здесь результатов получены под руководством и при непосредственном участии автора настоящей работы совместно со следующими сотрудниками НПП "ЭЛТОН ЭНВО": лауреатами Государственной премии СССР И.А.Цирлиным и ЮДШироковым, канд. тех. наук, нач. секторов Ю.Д.Харизманом и В.А.Хомяком, нач. отделов В.В.Чумаком, В.В.Малышевым и Ю.А.Илларионовым, инженерами С.А.Чмищенко, Р.Б.Колосковым, В.П.Остапенко и др. Работа выполнена в соответствии с «Комплексной программой развития ЭМММ на 19811990гг. №001-1», утвержденной Минэлектротехпромом СССР; госзаказам, утвержденным постановлением Правительства РФ №227-15 от 02.03.1996г.; госзаказом, утвержденным постановлением Правительства РФ №35-2 от 27.01.2003г

Цель работы. Комплексные исследования способов улучшения энергетических и ресурсных характеристик электродвигателей постоянного тока с полым немагнитным якорем, направленные на выработку рекомендаций по их оптимальному проектированию.

Для достижения этой цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Классифицировать двигатели указанного типа по показателям назначения, электромеханическим характеристикам, устойчивости к ВВФ и технологическим параметрам. Установить причинно-следственные связи между применяемыми типами магнитных систем и получаемыми характеристиками двигателей.

2. Определить предельные значения критериев эффективности магнитных систем на базе численного моделирования картины поля индуктора с учётом физических характеристик современных магнитов на основе редкоземельных материалов (РЗМ) и влияния поля якоря.

3. На основе моделирования магнитного поля в зоне коммутации определить, индуктивные параметры полого якоря с возможностью прогнозирования ресурса электродвигателя.

4. Проанализировать существующие и предложить перспективные технические решения по выбору щёточных материалов, формированию микрорельефа и многокомпозиционных покрытий поверхности коллектора, устойчивых к ВВФ конструкций щёткодержателей.

5. Создать математическую модель и разработать методику оптимального проектирования высокоиспользованных электродвигателей с полым якорем и принципы построения серии таких машин.

Методы исследования. Решение поставленных задач выполнено на основе современных средств численного моделирования магнитных полей, с использованием программ высокого уровня Quick Field и ANSYS. Оптимизационные расчёты электродвигателей осуществлялись с использованием методов нелинейного и целочисленного программирования (метод сканирования). Математическая модель реализована на языке программирования С++, обработка результатов расчётов произведена с помощью программного средства MATH-CAD. Ресурсные характеристики электродвигателей исследовались экспериментально по существующим методикам натурных и ускоренных испытаний на наработку и сохраняемость.

Научная новизна работы:

1. Предложено и научно обосновано комплексное понятие "высокоис-пользованный двигатель" применительно к методике его проектирования и эксплуатационным требованиям; установлены причинно-следственные связи между показателями назначения и типом применяемой магнитной системы, а также между синтезированными критериями оптимальности и получаемой при этом геометрии поперечного сечения двигателя с полым ротором.

2. Обоснованы критерии эффективности магнитной системы двигателей по максимальному использованию материала магнита и максимальной энергии в немагнитном зазоре между якорем и индуктором. Установлено, что для РЗМ магнитов (в отличие от магнитов ЮНДК) оптимальные геометрические размеры машины, синтезированные по обоим критериям, существенно различаются.

3. Получено аналитическое выражение для расчёта среднего значения магнитной индукции в зазоре для базовой магнитной системы ВЦН2 (рис.2) и поправочные коэффициенты к расчёту средних значений индукции для пяти других широко применяемых магнитных систем .

4. На основе анализа магнитного поля двигателя в зоне коммутации предложены совокупности коэффициентов для оценки влияния электромагнитных факторов на процесс коммутации в двигателях с различными типами магнитных систем.

5. Сформирована методика оптимального проектирования серии двигателей по обмоточным данным, по стандартизованной шкале мощностей и показателям назначения, реализующая выполнение проектных расчетов с учетом специфики Хранения и эксплуатации.

Практическая ценность работы:

1. Предложена современная классификация силовых и управляемых двигателей для объектов спецтехники, позволяющая установить причинно-следственные связи между показателями назначения и типами магнитных систем.

2. Установлены и обоснованы оптимальные геометрические соотношения между поперечными размерами магнита и якоря для различных магнитных систем и двух критериев энергетической эффективности, дающие возможность выбора конфигурации индуктора из общей номенклатуры магнитных систем и обеспечивающие целенаправленное решение задачи проектирования и обеспечения высокого использования двигателя, повышения его быстродействия, экономичности и ресурса.

3. Выработаны рекомендации по применению современных марок графитных и металлосодержащих щеток для низковольтных коллекторных двигателей в сочетании с нормируемым рельефом рабочей поверхности коллектора и многокомпозиционными покрытиями, повышающие как наработку на отказ, так и срок сохраняемости двигателя.

4. Экспериментально получены вольтамперные характеристики наиболее распространенных марок щеток в сочетании с предложенными приемами подготовки поверхностей коллектора, пригодные для использования в качестве справочного материала при проектных расчетах.

5. Сформулированы и экспериментально подтверждены теоретические предположения о механизме деградации щеточно-коллекторного узла, позволяющие и обосновано выбирать материал щеток, параметры нормированного микрорельефа и многокомпозиционных покрытий поверхности коллектора, устойчивых к широкому комплексу ВВФ.

Основные положения работы, представляемые к защите:

1. Комплексный подход к понятию "высокоиспользованный двигатель" применительно к методике его проектирования и эксплуатационным требованиям, причинно-следственные связи между показателями назначения и типом применяемой магнитной системы.

2. Оптимальные соотношения между величиной воздушного зазора и размерами магнита, полученные по различным критериям энергетической эффективности магнитных систем различных типов.

3. Совокупность коэффициентов для оценки коммутационных параметров электродвигателя на стадии синтеза магнитной системы.

4. Способы минимизации напряжения трогания, увеличения наработки на отказ и срока хранения путем сочетания никель-палладий и никель-палладий-бор содержащих покрытий рабочей поверхности коллектора с нормированным микрорельефом рабочей части.

5. Уточнение математической модели и методики оптимального проектирования "высокоиспользованного" микродвигателя постоянного тока с полым якорем.

Апробация работы

Основные положения: работы докладывались и обсуждались на секции НТС "Электрические машины и электропривод" концерна "Энергия" и научном семинаре кафедры "Электромеханические системы и электроснабжение" Воронежского государственного технического университета, а также 5-ой Всесоюзной научно-технической конференции (Каунас, 1991), X Всесоюзной конференции по постоянным магнитам (Суздаль, 1991), Совещании по проблемам применения электроугольных изделий (Электроугли, 1993) и ряде других.

Реализация работы.

Работа является результатом более 10 НИР прикладного и 5 НИР поискового характера выполненных в течение 1985-2003 гг. в концерне «Энергия" и завершившаяся созданием свыше 40 типоисполненией электродвигателей, в т.ч. 2 освоенных в производстве серий для объектов В и Вт.

Внедрение результатов работы производилось на предприятиях оборонного комплекса страны - основных потребителях двигателей указанной номенклатуры, в том числе КБ им. С.А.Лавочкина, НПО им. Н.В.Хруничева, НПО "Геофизика", НПО им. А.Я. Нудельмана, КБ "Вымпел", г. Москва, НПО "Светлана", НПВК "Ленинец", ЦНИИ РТК, г. Санкт-Петербург, НИИ прикладной механики, г. Красноярск и многих других.

Публикации:

Всего по теме настоящей работы опубликовано 9 печатных работ и получено 6 авторских свидетельств и патентов на изобретения.В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: [13,112,113] - анализ применимости синтезированных критериев оптимальности для оптимизации силовых и управляемых электродвигателей; [107,110,120] - анализ влияния технологической подготовки коллектора и режимов работы двигателя на устойчивость контактирования и ресурс; [6,108,119] - совершенствование методики натурных испытаний, исследование влияния ВВФ и конструкции щеточно-коллекторного узла (ЩКУ) на параметры и сохраняемость контакта; [7,8] - разработка и исследование конструкций щеткодержателей; [9,10] - экспериментальное исследование микротвердости коллектора с различными покрытиями; [11,12] - использование резонансных явлений и пьезоэлектрических эффектов для экспериментальных исследований ЩКУ.

Во введении показана актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены общие сведения о применяемых методах, структуре работы и предполагаемых результатах.

В первой главе на основе анализа технической литературы, имеющихся публикаций и специальных источников сформулирована проблема выбора исполнения в сочетании с условиями применения электродвигателей постоянного тока в приводах специального и гражданского назначения применительно к современным тенденциям совершенствования видов и образцов новой техники. Функционально основные параметры силовых и управляемых двигателей дополнены такими характеристиками, как ресурс по наработке и сохраняемости, специальные характеристики, условия хранения и применения, экономические параметры и др. Ранжирование факторов по уровню значимости произведено по методике [90] с использованием синергетических коэффициентов. Ранги определены по пятибалльной шкале. Для наглядности процедура выбора представлена' в виде диаграмм. Показано, что реализовать в одном изделии все предельные значения требований невозможно. На основе анализа специальной литературы, реальных технических заданий и перспективных проектов сделан вывод об актуальности поиска путей и исследовании способов получения высокоиспользованных микродвигателей с предельными ресурсными характеристи ками. Перспективным в этом плане является двигатель постоянного тока с полым якорем, достоинства которого обусловлены отсутствием магнитопровода, вращающегося вместе с якорем. На основе анализа имеющихся конструкций выбраны перспективные типы магнитных систем, допускающие применение высокоэнергетических постоянных магнитов.

Обоснована целесообразность использования современных программных средств (Quick Field, ANSYS и др.), предусматривающих возможность реализации моделей объекта и их анализа с применением метода конечных элементов. Одновременно, на основе анализа материалов по промышленным испытаниям и штатной эксплуатации двигателей, сформулировать направления оптимизации элементов щеточно-коллекторного узла (ЩКУ) с целью достижения предельных значений ресурса по наработке и сохраняемости, в том числе в объекте назначения.

Во второй главе выполнен анализ магнитного поля различных конструкций магнитных систем, определены основные критерии для сравнения и выбора магнитной системы в зависимости от функционального назначения электродвигателя. Ранее детальные исследования магнитных систем двигателей с полым якорем с целью оценки их энергетических показателей и влияния на ресурсные показатели электродвигателя проводились недостаточно. В качестве основных программных средств при моделировании магнитного поля использовались Quick Field и ANSYS. Результатом анализа является картина распределения магнитного поля в поперечном сечении активной зоны магнитной системы. Основу численных методов расчета электромагнитных полей составляет система уравнений Максвелла. Для оценки энергетических параметров магнитной системы и оптимальных геометрических соотношений целесообразно, на первом этапе, рассмотреть магнитную систему с малым полем рассеяния. Для этого идеально подходит система ВЦН 2 (рис. 1.2). Она позволяет аналитически находить оптимальные геометрические соотношения в магнитной системе, обеспечивающие предельные энергетические параметры электродвигателя. Решение уравнений в примененных программных средствах сводится к решению уравнений Пуассона при заданных граничных условиях и выполнено с допущениями, что материал корпуса (магнитопровода) не насыщен, магнит намагничен в однородном поле в собранной магнитной системе, магнитное поле плоскопараллельное. В результате получены уравнения, позволяющие выполнить анализ энергетических параметров магнитной системы. Проанализированы по отдельности магнитные поля различных индукторов, магнитное поле якоря и его влияние на основное магнитное поле возбуждения. Получены рекомендации по проектированию магнитных систем с высококоэрцитивными магнитами, в частности: ЮН 14ДК24 и Нм28Ди4Р.

Третья глава посвящена анализу факторов, определяющих срок службы коллекторного микродвигателя с полым якорем: ресурс по наработке и сохраняемости.

Для оценки коммутационной составляющей использованы аналитические выражения МДС якорной обмотки при четном и нечетном числе секций. С учетом результатов анализа магнитных полей индуктора и якоря уточнены аналитические выражения для ЭДС самоиндукции (eL), ЭДС от поперечной составляющей поля якоря (eaq) и ЭДС от поля индуктора в наиболее перспективных вариантах магнитных систем с учетом ограниченного числа секций. Наилучшие показатели должны обеспечивать явнополюсные магнитные системы с диаметрально намагниченными постоянными магнитами.

Исследования природы механического износа носят преимущественно эмпирический характер, что связано с большим числом факторов, одновременно влияющих на показатели износа. Среди них первостепенное внимание уделено материалам контактной пары щётка — коллектор, шероховатости поверхности контакта и типам применяемых щёткодержателей. Анализу наблюдаемых явлений и разработке новых технических решений посвящены три подраздела главы. Приводится большой экспериментальный материал, в том числе собранный по результатам испытаний на сохраняемость электродвигателей - типа представителей в различных климатических зонах страны. Период натурных испытаний составляет около 18 лет наблюдений, а представленный в приложениях 2, 3 экспериментальный материал ранее в открытой печати не публиковался. Глава заканчивается выводами и задачами последующих исследований.

В четвертой главе изложены рекомендации оптимального проектирования электродвигателей с полым якорем. Дана краткая характеристика методов решения оптимизационных задач применительно к высокоиспользованным электродвигателям. Делается вывод о том, что наилучшим методом в данном случае является упорядоченный перебор вариантов. Формируются целевые функции, которые в общем случае могут одновременно содержать до 8 — 10 переменных. Подробно обсуждается состав независимых переменных при анализе, а также ограничений, накладываемых на систему уравнений. Последние формируются как в виде неравенства, так и в виде равенств. Решение производится методом сканирования по всему пространству независимых переменных, даются практические рекомендации по использованию результатов решения в проектной практике. Далее в главе описывается методика инженерного проектирования серии электродвигателей с полым якорем, в которой исходными данными служат результаты предшествующего электромагнитного оптимизационного расчёта. Обращается внимание на различие в подходах к проектированию электродвигателей военного и гражданского назначения. Результаты проектирования отрезка серии ДП-Р11 с редкоземельными магнитами приведены в виде таблиц оптимизированных параметров. В конце главы проводится анализ полученных оптимальных соотношений на примере одной из широко распространённых магнитных систем ВЦН.

В приложениях к работе содержится программа оптимизационного расчета электродвигателя постоянного тока с РЗМ магнитами (магнитная система ВСР4) и результаты оптимизационного расчета электродвигателя, соответствующего габариту машины ДПР-62 (приложение 1), результаты экспериментальных исследований (приложения 2 и 3) электродвигателей с различными материалами щёточно-коллекторных узлов, в том числе характеристик износа щёток и параметров сохраняемости (напряжение трогания, вероятность внезапного отказа и ряд других). В приложении 4 приводятся материалы о внедрении результатов работы.

Заключение диссертации по теме «Электромеханика и электрические аппараты», Соловьев, Анатолий Алексеевич

Выводы

1. Актуальность выполнения оптимизационных расчетов определяется потребностью совершенствования спецтехники и прогрессом в области новых магнитных материалов и связанных с ними новых конструкций магнитных систем, с современными технологическими возможностями производства.

2. Анализ основных критериев, ограничений и независимых переменных, их число и характерные свойства позволяют заключить, что из всех методов нелинейного программирования наиболее эффективного применение метода сканирования, который позволяет установить, степень влияния каждого из параметров в отдельности на функцию цели и не чувствителен к виду оптимизируемой функции.

3. В результате проведенных исследований установлено, что общепринятый набор критериев оптимизации целесообразно дополнить модифицированным критерием эффективности, учитывающим особенности конструкции ДПР уже на стадии проектирования магнитной системы электродвигателя.

4. Для проектирования электродвигателей с полым якорем целесообразно применение способа проектирования, основанного на задании параметров механической характеристики электродвигателя.

5. На основе полученных рекомендаций и методик спроектирован ряд микродвигателей постоянного тока для средств спецтехники, большинство из них освоены в серийном производстве экспериментальные исследования подтверждают т^оретрюсюр выводы с приемлемой точностью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Создание высокоиспользованных электродвигателей постоянного тока возможна на базе двигателей с полым якорем, обладающих серьезными достоинствами в связи с отсутствием перемагничиваемого сердечника якоря и возможностью применения различных типов магнитных систем электродвигателей общепромышленного и специального назначения. Множество применяемых в этих двигателях типов индукторов свидетельствует об отсутствии универсальных рекомендаций по достижению максимального использования объема по мощности и вращающему моменту. Установлено, что повышение удельных характеристик машины приводит к необходимости увеличения нагрузки на активные элементы якоря и щеточно-коллекторных узел. Это требует глубоких исследований магнитного поля в активном объеме машины, а также условий работы щеточно-коллекторного узла. В итоге проведенных исследований:

1. Предложено комплексное понятие "высокоиспользованный двигатель" применительно к методике его проектирования и эксплуатационным требованиям; установлены причинно-следственные связи между показателями назначения и типом применяемой магнитной системы, а также между синтезированными критериями оптимальности и получаемой при этом геометрией поперечного сечения двигателя с полым ротором.

2. Обоснованы критерии эффективности магнитных систем ДПР по максимальному использованию материала магнита и обеспечению максимальной плотности энергии в немагнитном зазоре, позволяющие выбрать тип и определить оптимальные геометрические размеры активных частей с учетом заданного функционального назначения машины.

3. Установлены оптимальные соотношения между величиной воздушного зазора и параметрами магнитов для различным магнитных систем, что обеспечивает целенаправленное решение задачи высокого использования двигателя, его быстродействия, экономичности и ресурса.

4. Предложены методы синтеза геометрии активных частей двигателей с полым якорем путем многофакторной оптимизации параметров и характеристик магнитных систем с помощью современных программных средств, а также математическая модель и методика оптимизационного расчета двигателя с полым якорем; сформирована методика оптимального проектирования серии двигателей по обмоточным данным, по стандартизованной шкале мощностей и показателям назначения, дающая возможность выполнить проектные расчёты с учетом специфики хранения и эксплуатации. Достоверность методики подтверждается результатами испытаний двигателей разного габарита и назначения.

5. Определены способы увеличения ресурса электродвигателей с полым якорем на базе применения покрытий коллектора и подбора соответствующих марок щеток. Даны рекомендации по регламентированному микрорельефу и покрытиям коллектора, типам щеткодержателей, что обеспечивает повышение ресурса "высокоиспользованных" двигателей по наработке и сроку сохраняемости.

6. Теоретически и экспериментально определены требования к характеристикам щеточных материалов, микрорельефу поверхности коллектора, многосекционным покрытиям для получения конструкций, устойчивых к широкому комплексу механико-климатических ВВФ;

7. Получено большое количество экспериментального материала, позволяющего прогнозировать ресурс двигателей по сохраняемости в различных климатических зонах страны, в том числе и рекомендации по ускоренным испытаниям на наработку и сохраняемость.

8. Рекомендации, полученные в работе, направлены на совершенствование конструкции электродвигателя с полым якорем, а разработанная методика расчета подтверждена опытом проектирования и промышленного выпуска изделий и может быть включена в систему автоматизированного проектирования подобных машин.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Соловьев, Анатолий Алексеевич, 2004 год

1. Абрамкин ЮЗ. Теория и расчет пондеромоторных и электродвижущих сил и преобразования энергии в электрическом поле. - М.: Изд-во МЭИ, 1997. -208 с.

2. Абрамкин Ю.В. Об определении электромагнитных сил в нелинейной магнитной системе по их объемной плотности // Электричество.-1988.- № 10.

3. Аванесов МА. Вывод формул Максвелла для натяжений в магнитном поле на основе понятий пробной оболочки // Электричество.- 1988.- № 10.

4. Аветисян Д.А. Автоматизация проектирования электрических систем. -М.: Высшая школа, 1998. 331 с.

5. Акулич И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах. М.: Высшая школа, 1993. - 335 с.

6. А.с. 1534585 МПК НО 1R 39/58 Способ стабилизации эксплуатационных характеристик щеточно-коллекторного узла микромашин / Ю.Д.Харизман, А-А.Соловьев и др., опубл. Бюл № 1,07.01.90г.

7. Патент 2046476 РФ, МПК НО 1R 39/04 Коллектор для микромашин постоянного тока / Ю.Д.Харизман, А.А. Соловьев и др. Ооо НПК «ЭЛТОН ЭНВО»; Заявлено 18.05.93г., опубл. 20.10.95 г. Бюл. № 29.

8. Патент 2061800 РФ, МПК C25D 3/56 Электролит для электромеханического осаждения сплава на основе палладия / Ю.Д.Харизман, А.А. Соловьев и др. ООО НПК «ЭЛТОН ЭНВО»; Заявлена 19.07.93г., опубл. 10.06.96г. Бюл. № 16.

9. Патент 1741214 РФ, МПК H01R 39/58 Устройство для измерения нажатия щетки на коллектор электрической машины / Ю.Д. Харизман, А.Н. Сабуров, А.И. Скороспешкин, А,А, Соловьев и др. НПО «Энергия»; Заявлено 21.11.89г., опубл. 15.06.92 г. Бюл. № 22.

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

11. Брынекий Е.А., Данилевич Я.Б., Яковлев В.И. Электромагнитные поля в электрических машинах. Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1979. - 176 с.

12. Болотин В.В. Теория: оптимальной виброзащиты при случайных: воздействиях// Труды МЭИ "Динамика и прочность машин" М.т 1975. - Вып. 74.- С. 240-242.

13. Вайвод А.С., Хлыстов Н.Ф., Полуэктова А.Ф. Определение допустимых плотностей тока в щеточном контакте электрических машин малой мощности в пусковом режиме // Изв. вузов. Электромеханика. 1987. - № 5.- С. 42-45.

14. Вегнер О.Г, Теория: и практика коммутации электрических машин постоянного тока. М.; - Л,: Госэнергоиздат, 1961. - 387 с.

15. Вольдек АЛ. Электрические машины. Л.: Энергия, 1966, - 782 с.

16. Высокоэнергетические постоянные магниты и их применение в электротехнике. М.: ВНИИЭМ, 1987.

17. Влияние формы магнита на величину магнитного потока в зоне коммутации в магнитоэлектрических машинах постоянного тока с внутриякорным магнитом // В.Ф.Костин, Ф.А. Сердюк, Э.Я. Остапенко и др.// Электрические машины.- Воронеж: ВПИ, 1971. С. 57-67.

18. Воронин С.М., Козлов А.А. О неравномерности износа щеток высоко-использованных электрических машин // Электрические машины. Куйбышев, 1978. - С. 92-98 .

19. Гершман П.Я. К расчету цилиндрических, диаметрально намагниченных магнитов в свободном состоянии // Тр. Челябинского политехнического института. 1982.- № 270. - С. 40 - 43.

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

21. ГОСТ 183-74. Машины электрические вращающиеся. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1980. - 35 с.

22. ГОСТ 23264-78. Машины электрические вращающиеся. Условные обозначения. М.: Изд-во стандартов, 1980. - 12 с.

23. ГОСТ 16264.3-85*. Электродвигатели постоянного тока коллекторные. Общие технические условия. М.: Издательство стандартов, 1988. - 32 с.

24. ГОСТ 27.401-86. Комплексная система управления качеством продукции (КСУКП). Надежность изделий радиотехники и электроники. Термины и определения. — М.: Издательство стандартов, 2000. 39 с.

25. ГОСТ 26669-88. Материалы магнитотвердые спеченные. Марки, основные параметры и характеристики. М.: Изд-во стандартов, 1980. - 31 с.

26. ГОСТ 20.39.304-76. Изделия электронные и электротехнические специального назначения. Группы аппаратуры в части устойчивости к воздействиям внешних механико-климатических факторов. М.: Изд-во стандартов, 1975. -31 с.

27. ГОСТ 21126-76. Машины электрические вращающиеся малой мощности. Методы ускоренных испытаний на сохраняемость в агрессивных средах. -М.: Изд-во стандартов. 1975. 31 с.

28. Демирчян К.С. Моделирование магнитных полей. Л.: Энергия, 1974. -288 с.

29. Дикарев Е.А. Определение оптимальных по объёму параметров двигателя постоянного тока с полым якорем // Электрические машины. Чебоксары: Чуваш, ун-т. 1982. - С. 38-45.

30. Дикарев Е.А. Оптимальное отношение длины к диаметру якоря в электрических машинах // Автоматика и электромеханика. Воронеж: ВПИ, 1977. -С. 15-17.

31. Дикарев Е.А. Определение оптимальных по потерям параметров двигателя постоянного тока с гладким якорем // Изв. вузов. Электротехника. -1982.-№5.- С. 540-546.

32. Дикарев Е.А. Оптимальное проектирование электрических машин постоянного тока с беззубцовым якорем: Учеб. пособие. Воронеж: ВПИ, 1985. -80с.

33. Домбровский В.В. Справочное пособие по расчёту электромагнитного поля в электрических машинах. JI.: Энегроатомиздат, 1983. - 256 с.

34. Домбровский В.В., Зайчик В.М. Асинхронные машины: Теория, расчёт, элементы проектирования. — JI.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. -368 С.

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

36. Еругин В.П. Справочник по высшей математике для экономистов. -М.: Высшая школа, 1989. 329 с.

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

38. Захаров Ю.С. Поперечная реакция якоря в двигателях постоянного тока с постоянными магнитами // Труды ВВИА. Л., 1958. - Вып. 243, - С. 42 -47.

39. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.

40. Зечихин Б.С., Старовойтова Н.П. Исследование магнитного поля возбуждения в активной зоне генератора с тангенциальными постоянными магнитами // Тр. МАИ 1979. - №475, - С.24-32.

41. Зечихин Б.С., Старовойтова Н.П. Расчёт межполюсного рассеяния генератора с РЗМ постоянными магнитами // Тр. МАИ "Исследование электромеханических преобразователей энергии систем автоматического управления" -1881.- С. 48-52.

42. Зыков Б.Н. Расчет магнитного поля в равномерном зазоре магнитной системы с цилиндрическим магнитом, намагниченным по диаметру // Тр. КАИ. 1971.- Вып. 134,-С. 26-31.

43. Иванов-Смоленский А.В. Электромагнитные поля и процессы в электрических машинах и их физическое моделирование. М.: Энергия, 1969. -304 с.

44. Ильинский B.C. Защита РЭА и прецизионного оборудования от динамических воздействий. М.: Радио и связь, 1982. - 296 с.

45. Исследование влияния центрального отверстия в цилиндрическом магните при его работе на внешнюю магнитную цепь / В.Ф. Костин, И.А. Цыр-лин, Э.Я. Остапенко и др. // Тр. ВПИ. 1972. - С. 197-202.

46. Исследование возможности создания коллекторных многополюсных электродвигателей с полым якорем с возбуждением от высокоэнергетических магнитов мощностью от 10 до 250 Вт НИР "Орион- 1": Отчет о НИР. гос. per. № 01.20.00. 13806 Воронеж, 2000. - 224 с.

47. Исследование возможности создания серии коллекторных электродвигателей постоянного тока с предельными характеристиками для специальной техники: Отчет о НИР. ч. I, гос. per. №01.9.20 015847 Воронеж, 1992. -161с.

48. Исследование возможности создания коллекторных многополюсных электродвигателей с полым якорем с возбуждением от высокоэнергетических магнитов мощностью от 10 до 250 Вт: Отчет о НИР. гос. per. № 01.20.00 13806 -Воронеж, 2000. -129 с.

49. Исследование возможности создания электродвигателей коллекторных постоянного тока со сверхвысоким быстродействием: Отчет о НИР (заключит.), гос. Per. № 01.83.00 57228 Воронеж, 1986. - 136 с.

50. Разработка электродвигателя постоянного тока ДП35-12-3-100-Р09 ОКР "Пласт". Отчет о НИР. гос. per. №01.20.02 15395 Воронеж, 2002. -125 с.

51. Исследование стабильности характеристик скользящего контакта микромашин при хранении / Ю.Д.Харизман и др. // Труды ВНИИЭМ . М.: т.81, -С. 81-85.

52. Разработка электродвигателя постоянного тока высокого быстродействия мощностью 25 Вт с малым ресурсом работы для изделия 9МЗЗ8 (9М338-1) ОКР "Бром 14". Отчего НИР. гос. per. №01.20.02 15396- Воронеж, 2002. 129 с.

53. Исследование возможности создания серии коллекторных электродвигателей постоянного тока для специальной техники с повышенными эксплуатационными характеристиками щеточно-коллекторного узла (шифр темы "Контакт" / НПО "Энергия", 1991. 221 с.

54. Исследования по коррозии металлов: Труды ин-та физ.химии. М.: АН СССР, 1990. - Вып. 6. - 400 с.

55. Кац A.M. Вынужденные колебания при прохождении через резонанс. Инж. Справ, ин-та механики АН СССР. - 1947. - Т.З, вып.2. - С.40-47 .

56. Кафтанатий В.Т. Магнитные системы магнитоэлектрических микроэлектродвигателей постоянного тока и методы их исследований // Электротехническая промышленность. Сер. Электрические машины, 1977. - вып. 3 (73).

57. Кафтанатий В.Т. Определение основных размеров магнитоэлектрических микроэлекгродвигателей постоянного тока с помощью синтезированных критериев оптимальности // Информэлектро. Сер. Электрические машины. -1978.-Вып. 6. (88).-с. 5-7.

58. Кафтанатий В.Т. Расчет оптимальной геометрии магнитоэлектрических машин с полым ротором с учетом насыщения магнитомягкого ярма // Электрические машины. Воронеж: В ПИ, 1973.

59. Кирсанов А.Г., Гриднев А.И. Расчет магнитного поля в зазоре электрической машины с цилиндрическим магнитом на основе редкоземельных элементов // Изв. вузов. Электромеханика. 1979, - № 5, - С. 433-435 .

60. Кислицын А.А., Крингпггейн А.М., Солнышкин Н.И. Метод конечных элементов расчета магнитного поля электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов // Вопросы теории и проектирования электрических машин. Саратов. - 1980. - № 2, - С. 66 - 71.

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

62. Коген-Далин В.В., Коняев Ю.А., Курбатов П.А. Расчет магнитных систем с редкоземельными магнитами и ненасыщенной арматурой методом интегральных уравнений // Электричество. 1975, - № 7, - С. 65-67.

63. Коген-Далин В.В., Солодова М.Л. Характеристики магнитотвердых материалов, определяющие состояние магнита в сложных системах // Проблемы магнитных измерений и магнитно-измерительной аппаратуры. М.; - Л.: Изд-во стандартов, 1971. - С. 71-75 .

64. Кононенко Е.В., Королев Н.И., Писаревский Ю.В. Расчет магнитного поля в электродвигателях с цилиндрическими постоянными магнитами. — Электротехника, 1984, № 12. с.9-11 .

65. Кононенко Е.В., Фурсов В.Б., Писаревский Ю.В. Магнитное поле возбуждения в электродвигателях постоянного тока с внутриякорным анизотропным магнитом цилиндрической формы // Изв. вузов. Электромеханика. 1985. -№ 8,-С. 46-51 .

66. Королев Н.И., Писаревский Ю.В. К расчету магнитного поля в малоинерционных двигателях с полым якорем и внутриякорным постоянным магнитом. Воронеж, 1984. - 9 с. ДЕП в "Информэлектро", 1984, № 205 эт. - 84 Деп.

67. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1957, ч. 1,464 с.

68. Курбатов П.А., Аринчин С.А. Численный расчет электромагнитных полей. -М.: Энергоатомиздат, 1984. 168 с.

69. Каган В.Г. Электроприводы с предельным быстродействием для систем воспроизведения двигателей М.: Энергия, 1979. - 129 с.

70. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. М: Высшая школа, 2002-564 с.

71. Капитанов Б.А., Корнилов Н.В., Линецкий Я.П., Соколовский С.Е., Цветков В.Ю. Напыленные постоянные магниты с перпендикулярной анизотропией и системы с такими магнитами // Тез. докл. 10-й Всесоюзн. конф. по постоянным магнитам. — М.: 1991. — С. 95.

72. Кошкин В.Г. и др. Расчет ресурса работы и коммутационной надежности коллекторных электрических машин постоянного тока // Электромеханические преобразователи и машинно-вентильные системы. Томск, ТПИ, 1992. — С. 45-46.

73. Кононенко Е.В., Хомяк Н.В., Хомяк В.А. Улучшение технико-экономических показателей электродвигателей серии ДПР за счет применения РЗМ магнитов // Научно-практический вестник "Энергия" - 1996. - № 3-4 (25-26).

74. Ламенко Ю.Я., Ложкин Л.В. Исследование механики скользящего контакта высокоскоростных электродвигателей малой мощности методом планирования эксперимента // Электротехническая промышленность. Сер. Электрические машины. 1978. - Вып. 12 (94). - 9 с.

75. Линецкий Я.Л., Сергеев В.В. Перспективы развития материалов для постоянных магнитов // Электротехника. 1986. - № 2. - С. 27.

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

77. Малые электродвигатели постоянного тока серий КТ, КЕ, RS. Каталог фирмы «GEC ALSTHOM». Франция, 1991.

78. Микродвигатели постоянного тока. Каталог фирмы «RANK PULLIN CONTROLS». Англия, 1990.

79. Материалы в приборостроении и автоматике: Справочник // Под ред. Ю.М. Пятина. 2-е изд. Перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982. - 528 с.

80. Мишон Е.В., Преображенский Б.Г., Смольянов Е.Н. Синергетические коэффициенты и матрицы ранжирования для задач математического моделирования. М.: Статистика, 1996. - 212 с.

81. Непомнящий С.Г. и др. Структура и магнитные свойства постоянных магнитов на основе сплавов Nd Tb - Fe - Со - В // Тез. докл. 12-й Всесоюзной конференции по постоянным магнитам. - М.: 2001. - 25 с.

82. Об эффективности использования материала постоянного магнита в кольцевых магнитных системах / В.Ф. Костин, Ф.А. Сердюк, С.А Мягкова и др. // Электрические машины. Воронеж: ВПИ, 1971. - С.68-79.

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

84. Особенности износа контактных материалов микромашин постоянного тока в различных режимах и условиях эксплуатации / Ю.Д. Харизман и др. // Научно-практический вестник «Энергия». 1993. - №3. - С.20-27.

85. OCT 16.0.800.830-81. Машины электрические малой мощности: Методы ускоренных испытаний на сохраняемость. Введён 01.01.1986г. М. Изд-во стандартов, 1986. - 33 с.

86. Разработка и освоение производства портативной бормашины с электроприводом постоянного тока ОКР "Дента -1": Отчёт о НИР. гос. per. № у82948 Воронеж, 1989. - 64 с.

87. Панков А.П., Шустов А.В., Горячев ОЗ. Алгоритм расчёта магнито-статического поля электрического двигателя постоянного тока с полым немагнитным якорем и магнитоэлектрическим возбуждением // Изв. вузов. Электромеханика. 1986. - №6. - С.35-40.

88. Патент 4151435 США, МКИ Н02К 21/26, МКИ 310/154. Конструкция статора, сформированная из изогнутых и склеенных тонких кобальтсодержа-щих РЗМ / Опубл. 5.05.98г.

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

90. Путря В.Ф. Оптимальное проектирование электрических машин малой мощности с электромагнитным возбуждением: Автореф. дис. канд. техн. наук. Куйбышев, 1983. - 16 с.

91. Польтцер Г., Майсснер Ф. Основы теории изнашивания. М.: Машиностроение, 1994.-264 с.

92. Потапов JI.А., Зотин В.А. Испытание микроэлектродвигателей в переходных режимах. М.: Энергия, 1979. - 65 с.

93. Рубан Н.С. Реакция якоря в магнитоэлектрических двигателях с гладким якорем // Электромашинные средства автоматики. Киев: Техника, 1969.-С. 135-141.

94. Розенфельд И.А., Перепанцева В.П. Ингибиторы атмосферной коррозии. М.: Наука, 1983. - 278 с.

95. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979.-392 с.

96. Смольянов Е.Н., Мишон Е.В. Оценка финансово-экономического состояния предприятия с использованием экономико-математических моделей / Научно-практический вестник "Энергия" № 2, - 2002. - С. 18-23.

97. Соловьев А.А., Харизман Ю.Д., Клейнерман В.И. Особенности износа контактных материалов микромашин постоянного тока в различных режимах и условиях эксплуатации // Научно-практический вестник "Энергия"/ -1995. -№3.- С. 20-27.

98. Соловьев А.А., Харизман Ю.Д., Сабуров А.Н. Физические аспекты сохраняемости исполнительных микромашин постоянного тока // Научно-практический вестник "Энергия" 1999. - № 1-2. С.12-14.

99. Следящие приводы: В 2 кн. / Под ред. Б.К. Чемоданова М.: ДЕАН, 2002.-686 с.

100. Соловьев А.А., Харизман Ю.Д., Сергеев В.А., Чумак В.В., Кононенко СИЛ О некоторых особенностях теплового режима высокоиспользованных электродвигателей постоянного тока малой мощности // Научно-практический вестник "Энергия" 1992. - № 2. С.10-14.

101. Соловьев А.А. Об энергетической эффективности беспазовых конструкций якорей БДПТ // Научно-практический вестник "Энергия". 1991. - № 1, - С. 11 - 14'.

102. Соловьев А.А., Писаревский Ю.В. Анализ критериев оптимальности при решении задачи проектирования электродвигателей с полым якорем / Научно-практический вестник "Энергия XXI век". - 2002.- № 1 (47). - С. 26-32

103. Соловьев А.А., Сергеев В.А., Малышев В.В., Кравцов О.А. Серия быстродействующих малогабаритных исполнительных электродвигателей постоянного тока для робототехнических систем // Межвузовский сборник научных трудов. ВГТУ. - 1996. - С. 28 - 31.

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

105. Тозони О.В., Майергойз И.Д. Расчет трехмерных электромагнитных полей. Киев.: Техника, 1974. - 352 с.

106. Теория автоматического регулирования / Под ред. В.В.Солодовни-кова,- М.: Машиностроение, 1969. Кн.З. ч. 2. 540 с.

107. Федоров В.Н. Разработка методики прогнозирования срока службы медных контактов электрических аппаратов в воздухе: Автореф. дис. канд. техн. наук. Л; 1984. -16 с.

108. Хвостов B.C. Электрические машины. Машины постоянного тока:-М.: Высшая школа, 1985. 235 с.

109. Харизман Ю.Д., А.АСоловьев, Семенов Ю.И., Вилькин М.А. Проблемы теории и практики сохраняемости скользящего контакта микромашин постоянного тока // Тез.докл. совещания по качеству электроугольных изделий. -М., 1986.-36 с.

110. Харизман Ю.Д., Сабуров А.Н., Соловьев А.А. Физические аспекты и пути повышения качества электромеханических устройств для биотехнических систем / Научно-практический вестник "Энергия". 2000. - № 1 (39). - С. 28-34.

111. Цырлин И.А. Илларионов Ю.А. Новые серии электродвигателей постоянного тока малой мощности с полым якорем / Научно-практический вестник "Энергия". 2001. - С. 26-32 .

112. Шеминов В.Г., Широков Ю.П., Цырлин И.А. Проектирование коллекторных двигателей постоянного тока малой мощности // Электротехника. -1984.- №9. -С. 42-44.

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

114. Электродвигатели постоянного тока. Каталог фирмы "INTERELECTRIC". ШвейцарияЮ 1996 .

115. Электродвигатели малой мощности. Фирменный каталог НПК(0) 'Энергия". Белгород, 1992. - 36 с.

116. Экспериментально-теоретический поиск и создание щеточно-коллекторных узлов с высокой стабильностью и ресурсом работы с внедрением в новых разработках малых машин постоянного тока : Отчет о НИР. Гос. per № 01.8.600 616.81 Воронеж, 1988. - 109 с.

117. Юферов Ф.Н., Сурин Н.В., Цырлин И.С. Критерий оптимальности магнитоэлектрических машин постоянного тока с полым якорем и внутренним расположением магнита. // Электрические машины: Сб. тр. — Воронеж, 1973. -С. 126-133 .

118. Bryant M.D. Electric Contacts, 1990: Proc. 36 THE IEEE Holm Cont. Montreal, 20-24.05.1990. New York. - C. 285-291 .