Разработка методик расчета моментного двигателя с постоянными магнитами и электромагнитной редукцией

• Автор: Оськин, Артемий Борисович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 132 с. : ил.

1. Расчетная модель моментного двигателя
1.1. Б азо вая модель моментного двигателя
1.1.1 Схема замещения магнитной цепи
1.1.2 Магнитные проводимости воздушного зазора под полюсами
статора
1.1.3 Основные технические характеристики моментного
двигателя
1.1.3.1 Определение пускового момента при ненасыщенной магнитной системе двигателя
1.1.3.2 Определение пускового момента с учетом насыщения зубцовой зоны двигателя
1.1.4 Определение индуктивностей и электромагнитной постоянной времени фазных обмоток моментного двигателя
1.1.5 Механическая характеристика моментного двигателя
1.1.6 Пульсирующие моменты моментного двигателя
1.2 Тепловая модель моментного двигателя
1.2.1 Общие положения
1.2.2 Метод тепловых схем замещения
1.2.2.1 Схема тепловых потоков и схема замещения
теплового равновесия
1.2.2.2 Определение температуры на участках схемы замещения
1.2.2.3 Определение перепада температуры в пазу
1.2.2.4 Определение параметров моментного двигателя при переходных процессах
1.2.3 Метод численного моделирования
1.2.4 Результаты тепловых расчетов и экспериментов

1.3 Механический расчет
1.3.1 Общие положения
1.3.2 Расчет прочности закрепления постоянных магнитов на роторе

1.3.3 Проверка механической прочности втулки ротора
1.3.4 Проверка механической прочности ротора при осевых
нагрузках
1.3.5 Проверка механической прочности ротора при
заклинивании вала во время вращения
1.3.6 Методика механического расчета
2 Основы проектирования моментного двигателя
2.1 Выбор числа зубцов на полюсах статора и роторе
2.2 Определение магнитной индукции в воздушном зазоре
2.3 Определение геометрических параметров листа магнитопровода
, статора
2.3.1 Определение геометрии листа статора при заданном
наружном диаметре
2.3.2 Определение геометрии листа статора при заданных
наружном и внутреннем диаметре
2.4 Методика проектирования моментного двигателя
3 Исследование влияния технологических факторов на пусковые
моменты и их пульсации
3.1 Влияние магнитных свойств используемых материалов
3.2 Влияние геометрии зубцовой зоны ротора
4 Анализ и сравнение расчетных и экспериментальных результатов
4.1 Расчеты моментных двигателей
4.2 Сравнение расчетных и экспериментальных результатов
Заключение
Библиографический список
Приложение

ВЕДЕНИЕ
Современное состояние силовой электроники и электромашиностроения предоставляет большие возможности для создания регулируемых электроприводов различной степени сложности [1,2, 17, 22, 56].
Очень часто, к электроприводам, которые используются в системах ориентации, наведения и слежения предъявляется требование получения низкой скорости вращения. Традиционно задача получения низких скоростей вращения решалась за счет применения высокоскоростного исполнительного двигателя и понижающей механической передачи. Такой подход, несмотря на ряд достоинств - большой удельный момент, высокие энергетические показатели, имеет недостатки, существенно ограничивающие качественные характеристики привода [53]. Так, по данным [53] погрешность передаточного отношения прямозубых червячных передач достигает 30%, собственная динамика систем с механическими передачами низкая, поскольку развиваемое ускорение обратно пропорционально передаточному отношению. Так же, к недостаткам приводов с понижающей механической передачей можно отнести: сложность монтажа, связанную с необходимостью точной центровки валов, от которой зависят вибрация, шум и срок службы; необходимость регулярной остановки привода для осуществления смазки редуктора; относительно низкий срок службы [34].
Указанных недостатков не имеют электроприводы, построенные на основе низкоскоростных электродвигателей работающих с амплитудной модуляцией магнитного потока [2, 11, 15, 29, 34, 40-42, 46, 48, 49]. В этих двигателях, обладающих двухсторонней зубчатостью, частота вращения ротора определяется числом зубцов ротора: а>2 =(0!%г ,
где 0)2 и 0)1 — частота вращения ротора и поля статора; г2 - число зубцов ротора.

Рис. 1.22 Схема размещения проводников в пазу при расчете перегрева обмотки относительно статора.
- Эквивалентная толщина компаунда (в случае пропитки обмоток) и толщина воздушной прослойки (в случае непропитанных обмоток):
Д — сегм сп

яг.

где Бсеы = ——г] — = 0,091г„, гп - радиус расположения п-го слоя обмотки. 6
Тогда Дф = 0,091гп =0,0455(£>„ -2ДИ).
- Удельная мощность потерь, приходящаяся на единицу длины пакета
статора: Р0 = Ґнаид„рІ2^,
где рі - удельное сопротивление меди при температуре Т=20°С; 1„ - длина провода.
- Перепад температуры между наружным слоем обмотки и пакетом статппп* Т Т - Р АГ +
тора. іп іс-р0^п ҐП ч л(Оп -2Д„)
- Перепад температуры между центром паза и пакетом статора :
АТпс
л{Оп-2 Аиз) где Атп- общее число проводников в пазу.