Розробка двигуна постійного струму з безобмотковим ротором для застосування в електротранспорті

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.231733

Ключові слова:

двигун постійного струму, поперечна реакція якоря, число пар полюсів, комутатор

Анотація

Зазвичай у сучасних електромобілях у якості тягових електродвигунів використовують синхронні двигуни з магнітоелектричним збудженням. Маючи ряд переваг серед інших типів електричних машин, цей двигун має один істотний недолік – високу вартість, обумовлену високою ціною на постійні магніти. Крім цього, неможливість відключити магнітне поле при несправності двигуна може призвести до виникнення аварійної ситуації на дорозі. У зв'язку із цим виникає необхідність у розробці нових конструкцій електричних машин з електромагнітним збудженням.

Конструкція тягового двигуна постійного струму з електромагнітним збудженням за рахунок сегментації статора або ротора дозволяє суттєво послабити поле поперечної реакції якоря шляхом зниження магнітної провідності магнітопроводу в поперечному напрямку. Тому в даній конструкції немає необхідності в установці додаткових полюсів і компенсаційної обмотки. У конструкції відсутні постійні магніти, усі обмотки нерухомі, замість колектора використовується електронний комутатор, а безобмотковий малоінерціїний ротор не потребує додаткових мір по відводу тепла. Усе це дозволило суттєво зменшити вартість активних матеріалів тягового двигуна й підвищити його надійність.

Для перевірки працездатності нової конструкції були створені повнорозмірний макет двигуна та робочий експериментальний зразок. Прийнявши в якості аналога синхронний реактивний двигун з підмагнічуванням для електромобіля BMW i3, були проведені розрахунки двигуна і його моделювання. Результати аналізу показують, що маса нового двигуна більше маси аналога на 35 %, але при цьому вартість активних матеріалів менше, ніж у аналога, на 63 %. Отримані результати дають підстави щодо можливості втілення даної конструкції у реальне промислове виробництво

Біографії авторів

Дмитро Анатолійович Івлєв, Державний університет «Одеська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електромеханічної інженерії

Володимир Данилович Косенков, Хмельницький національний університет

Кандидат технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра фізики і електротехніки

Олександр Федорович Винаков, Державний університет «Одеська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електромеханічної інженерії

Ельвiра Вiкторiвна Савьолова, Державний університет «Одеська політехніка»

Старший викладач

Кафедра електромеханічної інженерії

Вікторія Ярославівна Ярмолович, Державний університет «Одеська політехніка»

Старший викладач

Кафедра електромеханічної інженерії

Посилання

  1. De Santiago, J., Bernhoff, H., Ekergård, B., Eriksson, S., Ferhatovic, S., Waters, R., Leijon, M. (2012). Electrical Motor Drivelines in Commercial All-Electric Vehicles: A Review. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 61 (2), 475–484. doi: https://doi.org/10.1109/tvt.2011.2177873
  2. Sarlioglu, B., Morris, C. T., Han, D., Li, S. (2015). Benchmarking of electric and hybrid vehicle electric machines, power electronics, and batteries. 2015 Intl Aegean Conference on Electrical Machines & Power Electronics (ACEMP), 2015 Intl Conference on Optimization of Electrical & Electronic Equipment (OPTIM) & 2015 Intl Symposium on Advanced Electromechanical Motion Systems (ELECTROMOTION). doi: https://doi.org/10.1109/optim.2015.7426993
  3. Staton, D., Goss, J. (2017). Open Source Electric Motor Models for Commercial EV & Hybrid Traction Motors. MDL. Available at: https://docplayer.net/64747945-Open-source-electric-motor-models-for-commercial-ev-hybrid-traction-motors-dr-david-staton-dr-james-goss.html
  4. Merwerth, J. (2014). The hybrid-synchronous machine of the new BMW i3 & i8. Available at: http://hybridfordonscentrum.se/wp-content/uploads/2014/05/20140404_BMW.pdf
  5. Specifications of the BMW iX3, valid from 07/2020 (2020). Available at: https://www.press.bmwgroup.com/global/article/detail/T0314265EN/specifications-of-the-bmw-ix3-valid-from-07/2020?language=en
  6. Bentley motors looks to the future of electric drive (2020). Bentley Motors. Available at: https://www.bentleymedia.com/en/newsitem/1128-bentley-motors-looks-to-the-future-of-electric-drive#images
  7. Burress, T. (2015). Non-Rare Earth Motor Development. ORNL. Available at: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2015/06/f24/edt062_burress_2015_o.pdf
  8. Dorrell, D. G., Knight, A. M., Popescu, M., Evans, L., Staton, D. A. (2010). Comparison of different motor design drives for hybrid electric vehicles. 2010 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition. doi: https://doi.org/10.1109/ecce.2010.5618318
  9. Rare Earth Elements: Market Issues and Outlook (2019). Adamas Intelligence. Available at: https://www.adamasintel.com/rare-earth-market-issues-and-outlook/
  10. Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (2011). Advanced Research Projects Agency - Energy. Available at: https://arpa-e.energy.gov/technologies/programs/react
  11. EuRare Project (2017). NERC. Available at: http://eurare.org/
  12. Development of Magnetic Materials for High-Efficiency Motors (2014). NEDO. Available at: https://www.nedo.go.jp/english/activities/activities_ZZJP_100078.html
  13. Miljavec, D. (2021). D3.2: Report on considered electrical motor technologies, evaluation matrix, concept decision. Available at: http://drivemode-h2020.eu/wp-content/uploads/2021/02/DRIVEMODE_D3.2_Report-on-electrical-motor-technologies_v1.0.pdf
  14. Finken, T., Hameyer, K. (2009). Design and optimization of an IPMSM with fixed outer dimensions for application in HEVs. 2009 IEEE International Electric Machines and Drives Conference. doi: https://doi.org/10.1109/iemdc.2009.5075438
  15. Le nouveau moteur électrique renforce l’excellence mécanique de Cléon. (2015). Auto-innovations. Available at: https://www.auto-innovations.com/communique/417.html
  16. The first-ever BMW iX3 (2020). Available at: https://www.press.bmwgroup.com/latin-america-caribbean/article/detail/T0311128EN/the-first-ever-bmw-ix3?language=en
  17. FY 2016 Annual Progress Report for Electric Drive Technologies Program (2017). Energy. Available at: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2017/08/f36/FY16%20EDT%20Annual%20Report_FINAL.pdf
  18. Bulgar, V. V., Yakovlev, A. V., Ivlev, D. A., Ivlev, A. D. (2013). Nizkoskorostnye elektricheskie mashiny postoyannogo toka induktornogo tipa. Odessa: «Bahva», 307.
  19. Kosenkov, V. D., Ivliev, D. A., Yakovlev, O. V., Zheliba, T. A. (2015). The analysis of stationary thermal field in the direct-current motor inductor type. Visnyk Khmelnytskoho Natsionalnoho Universytetu, 5 (229), 93–97.
  20. Ivliev, D. (2019). Nyzkoshvydkisnyi henerator postiynoho strumu z bezobmotkovym rotorom dlia vitroenerhetychnoi ustanovky. Odessa, 21.
  21. Ismagilov, F., Hayrullin, I., Vavilov, V. (2017). Vysokooborotnye elektricheskie mashiny s vysokokoertsitivnymi postoyannymi magnitami. Moscow: Innovatsionnoe mashinostroenie, 248.
  22. Burress, T. (2017). Electrical Performance, Reliability Analysis, and Characterization. ORNL. Available at: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2017/06/f34/edt087_burress_2017_o.pdf
  23. Gai, Y., Kimiabeigi, M., Chuan Chong, Y., Widmer, J. D., Deng, X., Popescu, M. et. al. (2019). Cooling of Automotive Traction Motors: Schemes, Examples, and Computation Methods. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 66 (3), 1681–1692. doi: https://doi.org/10.1109/tie.2018.2835397
  24. Ometto, A., Parasiliti, F., Villani, M. (2015). Permanent Magnet-assisted Synchronous Reluctance Motors for Electric Vehicle applications. 9th International Conference “Energy Efficiency in Motor Driven Systems” EEMODS’15. Available at: https://autodocbox.com/Electric_Vehicle/70901524-University-of-l-aquila-permanent-magnet-assisted-synchronous-reluctance-motors-for-electric-vehicle-applications.html

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-08-31

Як цитувати

Івлєв, Д. А., Косенков, В. Д., Винаков, О. Ф., Савьолова, Е. В., & Ярмолович, В. Я. (2021). Розробка двигуна постійного струму з безобмотковим ротором для застосування в електротранспорті. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(5(112), 41–50. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.231733

Номер

Том 4 № 5(112) (2021): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Dmytro Ivliev, Volodymyr Kosenkov, Oleksandr Vynakov, Elvira Savolova, Viktoria Yarmolovych

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.