Підвищення максимального моменту спеціальних електродвигунів постійного струму з постійними магнітами

Abstract

У роботі запропоновані методи підвищення максимального крутного моменту вбудованих моментних електродвигунів постійного струму шляхом варіювання їх конструкції (діаметра дроту обмотки якоря; розмірів якоря з метою збільшення кількості провідників, розташованих на його зовнішній поверхні; зміною схеми обмотки) при збереженні приєднувальних розмірів, що є актуальною задачею при проєктуванні або модернізації електродвигунів для пристроїв автономного транспорту. Проведено низку розрахунків та експериментів, аналіз яких показав, що при збільшенні діаметра обмотувального дроту опір якірної обмотки зменшується і, як наслідок, пусковий момент збільшується, також зменшується споживана потужність та втрати в обмотці якоря. Але при цьому пусковий струм при сталій напрузі збільшується більш ніж у два рази, що вимагає збільшення встановленої потужності джерела живлення. Збільшення діаметра якоря дозволяє збільшити кількість провідників і поперечний переріз міді якоря при одночасному зменшенні ширини магніту і зменшенні магнітного потоку. В результаті відбувається зниження пускового моменту електродвигуна. Показано, що зміна схеми обмотки може призвести до значного ускладнення технологічного процесу виготовлення простої петлевої обмотки і складної багатопрохідної хвильової обмотки з більшою кількістю паралельних гілок та може створити проблеми з комутацією обмотки якоря. У роботі підтверджено, що збільшення діаметра обмотувального дроту є найефективнішим і найменш витратним способом збільшення максимального моменту вбудованих моментних електродвигунів постійного струму із збудженням від постійних магнітів і безпазовою конструкцією якоря, які знайшли своє застосування в пристроях автономних об'єктів (платформ). При цьому зміни вносяться тільки до конструкції якоря – зменшується діаметр якірного заліза і зменшується кількість витків у секції. Магнітна система, вузол щітка-колектор, підшипникові щити (за наявності) залишаються конструктивно без змін.In the article proposes methods of increasing the maximum torque of built-in direct current torque motors by varying their design (the diameter of the armature winding wire; the dimensions of the armature in order to increase the number of conductors located on its outer surface; by changing the winding scheme) while maintaining the connection dimensions, which is an urgent task when designing or modernizing electric motors for autonomous transport devices. A number of calculations and experiments were carried out, the analysis of which showed that when the diameter of the winding wire increases, the resistance of the armature winding decreases and, as a result, the starting torque increases, the power consumption and losses in the armature winding also decrease. But at the same time, the starting current at a constant voltage increases by more than two times, which requires an increase in the installed capacity of the power source. Increasing the diameter of the armature allows you to increase the number of conductors and the cross-section of the armature copper while simultaneously reducing the width of the magnet and reducing the magnetic flux. As a result, the starting torque of the electric motor decreases. It is shown that changing the winding scheme can significantly complicate the technological process of manufacturing a simple loop winding and a complex multi-pass wave winding with a larger number of parallel branches and can create problems with the commutation of the armature winding. The work confirmed that increasing the diameter of the winding wire is the most effective and least expensive way to increase the maximum torque of built-in DC torque motors with excitation from permanent magnets and a slotless armature design, which have found their application in devices of autonomous objects (platforms). At the same time, changes are made only in the design of the anchor - the diameter of the anchor iron is reduced and the number of turns in the section is reduced. The magnetic system, brushcollector unit, bearing shields (if available) remain structurally unchanged.