Визначення впливу конструктивних і електромагнітних параметрів на активні втрати електродвигуна з постійними магнітами для безпілотних літальних апаратів
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.344817Ключові слова:
високошвидкісний двигун, втрати в магнітному осерді, двигун із постійними магнітамиАнотація
Об’єктом дослідження є малогабаритний високошвидкісний двигун із постійними магнітами, що використовується у приводі безпілотних літальних апаратів.
В рамках даного дослідження розроблено чисельну імітаційну польову математичну модель високошвидкісного двигуна із постійним магнітами, реалізовану методом скінченних елементів. Це дозволило отримати розподіл електромагнітного поля та зусиль, провести оцінку сумарних втрат у всіх електропровідних та магнітопровідних середовищах в окремих конструктивних елементах досліджуваного двигуна із постійними магнітами. На відміну від існуючих, розроблена модель дозволяє отримати повні втрати в розрахунковій області. В постійних магнітах, конструктивних електропровідних елементах, обмотці якоря та в магнітному осерді з втратами на гістерезис, вихрові струми та додатковими втратами, спричиненими вищими гармоніками.
В дослідженні вирішується актуальне науково-практичне завдання пов’язане із підвищенням енергоефективності високошвидкісного двигуна із постійними магнітами, що використовуються для електротранспортних систем та безпілотних літальних апаратів. Запропоновано використання спрощеної, більш технологічної прямокутної форми постійних магнітів. Використання постійних магнітів такої конфігурації дозволяє зменшити сумарні втрати в двигуні на 23…41% в залежності від типу живлення – синусоїдального чи при живленні від інвертора з ШІМ.
Використання більш технологічної форми постійних магнітів призводить до зменшення електромагнітного моменту двигуна орієнтовно на 18…30%, що пояснюється зменшенням об’єму активних матеріалів та збільшенням величини еквівалентного повітряного проміжку. Одночасно, використання модифікованої форми постійних магнітів дозволяє зменшити пульсації електромагнітного моменту на 12%
Посилання
- Ostroverkhov, M., Chumack, V., Falchenko, M., Kovalenko, M. (2022). Development of control algorithms for magnetoelectric generator with axial magnetic flux and double stator based on mathematical modeling. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (120)), 6–17. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.267265
- Ji, W., Ni, F., Gao, D., Luo, S., Lv, Q., Lv, D. (2021). Electromagnetic Design of High-Power and High-Speed Permanent Magnet Synchronous Motor Considering Loss Characteristics. Energies, 14 (12), 3622. https://doi.org/10.3390/en14123622
- Tao, D., Zhou, K. L., Lv, F., Dou, Q., Wu, J., Sun, Y., Zou, J. (2020). Magnetic Field Characteristics and Stator Core Losses of High-Speed Permanent Magnet Synchronous Motors. Energies, 13 (3), 535. https://doi.org/10.3390/en13030535
- Pan, B., Tao, D., Ge, B., Wang, L., Hou, P. (2022). Analysis of Eddy Current Loss of 120-kW High-Speed Permanent Magnet Synchronous Motor. Machines, 10 (5), 346. https://doi.org/10.3390/machines10050346
- Cheng, M., Li, Z., Xu, S., Pei, R. (2024). Design and Calculation of Multi-Physical Field of Ultra-High-Speed Permanent Magnet Motor. Energies, 17 (13), 3072. https://doi.org/10.3390/en17133072
- Zhang, M., Luo, S., Liu, X., Li, W. (2021). The eddy current loss segmentation model of permanent magnet for temperature analysis in high‐speed permanent magnet motor. IET Power Electronics, 14 (4), 751–759. https://doi.org/10.1049/pel2.12009
- Bi, Q., Shao, D. (2023). Loss Analysis of High-Speed Permanent Magnet Motor for Cordless Vacuum Cleaner. Journal of Physics: Conference Series, 2488 (1), 012021. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2488/1/012021
- Liu, Z., Zhang, G., Du, G. (2024). An Investigation into the Pole–Slot Ratio and Optimization of a Low-Speed and High-Torque Permanent Magnet Motor. Applied Sciences, 14 (10), 3983. https://doi.org/10.3390/app14103983
- Zeng, Y., Yang, S., Yang, X., Wang, Q., Zhang, L., Hao, J., Hua, W. (2023). Influence of Interference Fit and Temperature on High-Speed Permanent Magnet Motor. Applied Sciences, 13 (20), 11331. https://doi.org/10.3390/app132011331
- Wang, Y., Ge, B., Wang, L., Liu, S. (2023). Friction Loss Calculation and Thermal Analysis of Submerged Low Temperature High Speed Permanent Magnet Motor. IEEE Access, 11, 107116–107125. https://doi.org/10.1109/access.2023.3320683
- Li, Z., Wang, P., Liu, L., Xu, Q., Che, S., Zhang, L. et al. (2022). Loss calculation and thermal analysis of ultra-high speed permanent magnet motor. Heliyon, 8 (11), e11350. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11350
- Kovalenko, M., Tkachuk, I., Kovalenko, I., Zhuk, S., Kryshnov, O. (2024). Double stator axial flux magnetoelectric generator for conversion of low potential mechanical energy. Vidnovluvana Energetika, 2 (77), 13–20. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.2(77).13-20
- Moradian, K., Sheikholeslami, T. F., Raghebi, M. (2022). Investigation of a spherical pendulum electromagnetic generator for harvesting energy from environmental vibrations and optimization using response surface methodology. Energy Conversion and Management, 266, 115824. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115824
- Chumack, V., Tsyvinskyi, S., Kovalenko, M., Ponomarev, A., Tkachuk, I. (2020). Mathemathical modeling of a synchronous generator with combined excitation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (103)), 30–36. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.193495
- Oh, Y., Sahu, M., Hajra, S., Padhan, A. M., Panda, S., Kim, H. J. (2022). Spinel Ferrites (CoFe2O4): Synthesis, Magnetic Properties, and Electromagnetic Generator for Vibration Energy Harvesting. Journal of Electronic Materials, 51 (5), 1933–1939. https://doi.org/10.1007/s11664-022-09551-5
- Kovalenko, M. A., Kovalenko, I. Y., Tkachuk, I. V., Harford, A. G., Tsyplenkov, D. V. (2024). Mathematical modeling of a magnetic gear for an autonomous wind turbine. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2, 88–95. https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-2/088
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Mykhailo Kovalenko, Vadim Chumack, Viktor Grebenikov, Leonid Mazurenko, Ihor Tkachuk, Oleh Bazarov, Yehor Titov
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.
