Разработка и исследование стартерных электродвигателей с повышенными пусковыми свойствами при низких температурах

• Автор: Гнутов, Сергей Константинович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 166 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

КОНСТРУКЦИИ СТАРТЕРНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

1.1. Особенности конструкции и условий работы стартерных электродвигателей

1.2. Подход к численному моделированию физических полей в стартерных электродвигателях
1.3. Уточненный расчет и совершенствование конструкции явнополюсных стартерных электродвигателей постоянного тока
1.4. Неявнополюсная конструкция индукторов стартерных электродвигателей постоянного тока с электромагнитным возбуждением
1.5. Свойства, характеристики и параметры постоянных магнитов и их применение в стартерных электродвигателях
1.6. Стартерные электродвигатели на основе машин переменного тока, вентильных и вентильно-индукторных двигателей
1.7. Выводы и постановка задач
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЯВНОПОЛЮСИЫХ
СТАРТЕРНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ С ПОВЫШЕННЫМ ПУСКОВЫМ МОМЕНТОМ
2.1. Применение в стартерных электродвигателях неявнополюсного индуктора с распределенными обмотками возбуждения
2.2. Разработка математической модели неявнополюсного стартерного электродвигателя, способов формирования схем распределенных обмоток индуктора и их анализ
2.3. Разработка конструкции, расчет характеристик и оценка эффективности применения неявнополюсных стартерных электродвигателей
2.4. Усовершенствованная неявнополюсная конструкция индуктора
2.5. Выводы

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СТАРТЕРНЫХ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ С ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ МАГНИТАМИ И УЛУЧШЕННЫМИ ПУСКОВЫМИ СВОЙСТВАМИ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
3.1. Разработка методики и компьютерной программы проектирования магнитоэлектрических стартерных электродвигателей
3.2. Применение высокоэнергетических магнитов NdFeB при модернизации индуктора стартерного электродвигателя 5702.3708
3.3. Разработка численных полевых моделей, определение коэффициентов бокового и торцевого рассеяния магнитов, исследование магнитных и тепловых полей стартерного электродвигателя с магнитами NdFeB
3.4. Исследование характеристик магнитоэлектрических стартерных электродвигателей при разных температурных условиях работы, сравнительный анализ конструкций стартеров
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. МОДЕРНИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СТАРТЕРНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 5702.3708 С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАГНИТОВ
4.1. Модернизация индуктора стартерного электродвигателя 5702.3708 с применением магнитов NdFeB
4.2. Испытательная установка и методика определения характеристик стартерного электродвигателя
4.3. Результаты экспериментальных исследований стартерного электродвигателя
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Процесс создания автомобилей нового поколения - экономичных, безопасных, комфортных, — напрямую связан с электрификацией автомобиля и, в первую очередь, с внедрением энергоемких потребителей- нового типа. Стоимость электрооборудования в автомобиле достигает трети стоимости всего автомобиля и имеет тенденцию к возрастанию. Число различных электродвигателей в современных автомобилях класса «Люкс» может достигать сотен: генераторы, стартеры для пуска двигателя внутреннего сгорания, двигатели блокировки дверей, вентиляции, отопления, предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания, подачи топлива, перемещения антенны и стекол, изменения положения сидений и зеркал, привода стекло- и фароочистки и др. Четвертая часть всех эксплуатационных неисправностей автомобилей связана с неисправностями элементов электрооборудования. Таким образом, бурный рост автомобилизации, числа электродвигателей в автомобилях, их мощности повышает актуальность разработки новых, более совершенных конструкций автомобильных электродвигателей, применения в них современных материалов.
Наиболее мощным электромеханическим преобразователем в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания является, стартерный электродвигатель. Мощность выпускаемых стартеров достигает 12 кВт. Характеристики стартер-ных электродвигателей определяют качество пусковой системы автомобиля. Объем выпуска стартеров для легковых автомобилей достигает нескольких миллионов штук в год. Стартерные электродвигатели работают с предельными электромагнитными нагрузками и обладают специфическими конструктивными особенностями по сравнению с электродвигателями общепромышленного исполнения.
Наиболее сложно осуществляется пуск стартерами двигателя внутреннего сгорания при низких температурах, когда вязкость моторного масла двигателя внутреннего сгорания и, соответственно, момент сопротивления возрастают.

Однако, разработка и исследование неявнополюсных стартерпых электродвигателей до настоящего времени не проводились.
1.5. Свойства, характеристики и параметры постоянных магнитов и их применение в стартерных электродвигателях
Объем мирового рынка постоянных магнитов постоянно растет. Он увеличился с 2.3 млрд. долларов США в 1996 году до 7 млрд. долларов США в 2006 году [100]. Основной рост производства магнитов составляет производство высококоэрцитивных магнитов и магнитов на основе соединения ИсШеВ, обладающих очень высокими магнитными свойствами [20, 77, 104]. Возрастает применение постоянных магнитов и в электромашиностроении [10, 14, 17, 28, 58, 64, 73, 81]. Описано их применение в различных машинах. Созданы электродвигатели с постоянными магнитами мощностью 10 МВт [7].
Одним из наиболее эффективных конструкторских решений, которые нашли применение в стартерах, является применение в стартерах взамен полюсов с обмотками возбуждения постоянных магнитов. Применение постоянных магнитов в стартерах исключает необходимость обмотки возбуждения и, соответственно, расхода меди на нее, тепловыделение в них, падение напряжения на последовательной обмотке возбуждения, снижает суммарное сопротивление якорной цепи стартера, позволяет уменьшить габариты стартеров, повысить надежность и уменьшить трудоемкость изготовления. С понижением температуры у этих стартеров также снижается пусковой момент, но в меньшей степени, чем для стартеров с электромагнитным последовательным возбуждением. Однако, технологическая обработка магнитов, например, сверление под винты крепления к корпусу, затруднена. Поэтому магниты крепят распорками и/или клеят к корпусу и/или закрепляют специальными немагнитными обоймами.