УДК 621.313.8

В.Г. Кіреєв, канд. техн. наук, О.Є. Антонов, докт. техн.наук

АНАЛІЗ ВПЛИВУ ПОЛІВ РОЗСІЮВАННЯ НА ГОЛОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ БАГАТОПОЛЮСНИХ МАГНІТОЕЛЕКТРИЧНИХ СИСТЕМ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ЇХ СТРУКТУРИ

        Метою проведення досліджень було визначення впливу полів розсіювання в багатополюсних магнітоелектричних системах електромеханічних перетворювачів енергії на їх вихідні характеристики та розробка рекомендацій з побудови оптимальних магнітних структур для забезпечення найбільшої ефективності цих перетворювачів. Робота проводилась у рамках держбюджетної теми “Лабіринт” та комплексної програми наукових досліджень НАН України “Науково-технічні основи вирішення проблем енергозбереження (“Енергозбереження”)” .
        Головною проблемою створення високоефективних перетворювачів електромагнітної енергії є вибір оптимальних геометричних розмірів їх магнітної системи, при яких досягаються максимальні вихідні параметри на одиницю витраченої енергії. В якості електромагнітного перетворювача енергії було розглянуто трифазний безконтактний безпазовий багатополюсний двигун магнітоелектричного типу з радіальним намагнічуванням магнітів ротора. В якості збудника магнітного поля використані висококоерцитивні магніти зі сплаву NdFeB з залишковою індукцією 1,2 Тл. Моделювання магнітної системи двигуна проводилось за допомогою пакета програм FEMLAB на двомірних моделях. При виборі конфігурації магнітної системи з багатополюсним ротором змінювались довжина немагнітного зазора та магнітів, а також їх кількість за умов незмінності габаритних розмірів системи і розсіювання електричної енергії в обмотці.
        За результатами моделювання були отримані залежності максимального електромагнітного моменту від співвідношення довжини магнітної системи до її діаметра для двигунів з кількістю пар полюсів від трьох до семи. Визначено оптимальні величини немагнітних зазорів для розглянутих варіантів полюсності роторів. Встановлено також, що оптимальна кількість полюсів залежить від співвідношення довжини магнітної системи до її діаметра. Так, при рівності довжини двигуна його зовнішньому діаметру найбільш ефективним виявився двигун з десятиполюсним ротором. При зменшенні довжини двигуна, тобто коли співвідношення вказаних розмірів стає менше одиниці, більш ефективною стає дванадцятиполюсна конструкція. В свою чергу, збільшення довжини двигуна призводить до зміщення оптимуму в бік зменшення полюсності. Слід зазначити, що оскільки співвідношення довжини до діаметра магнітної системи – безрозмірна величина, то зроблені висновки є узагальненими для побудови геометрично подібних машин.
        Отримані результати дають змогу спростити розрахунок та побудову високоефективних безконтактних магнітоелектричних двигунів з багатополюсними роторами. У подальшому планується провести трьохмірне моделювання багатополюсних магнітних систем з метою уточнення деяких залежностей. Це особливо актуально для машин, у яких співвідношення довжини магнітної системи до її діаметра значно менше одиниці, і при моделюванні необхідно враховувати не тільки розсіювання між полюсами, а й розсіювання на торцевих поверхнях ротора. Також актуальним вбачається проведення аналогічних досліджень для машин торцевого або дискового типу, в яких вісь намагнічування постійних магнітів розташована вздовж осі двигуна.