Повышение эффективности существующих и разработка новых электродвигателей и электрогенераторов на базе монолитных магнитных систем на базе редкоземельных магнитопластов

Создана математическая модель для расчёта магнитных полей неколине-арно намагниченных монолитных магнитных систем в составе коллекторных и вентильных электрических машин (ЭМ). Рассчитаны некоторые конфигурации таких систем обеспечивающих суще-ственное повышение потребительских свойств ЭМ. Разработана методика расчёта магнитных потерь в этих электрических ма-шинах.
Разработана технология изготовления неколинеарно намагниченных втулок с диаметрами от 10 до 120 мм. Изготовлены и испытаны 14 эксперименталь-ных образцов магнитных систем различной геометрии.Приведены результаты патентного поиска.

Согласно техническому заданию требовалось разработать и изготовить мо-нолитные магнитные системы из редкоземельных магнитопластов различных ти-поразмеров и создать на их базе 5 экспериментальных образцов электродвигате-лей, параметры которых существенно превосходили бы параметры электродвига-телей с традиционными магнитными системами.
Для решения этой задачи, после проведённого патентного поиска, создана математическая модель расчёта магнитных полей неколлинеарно намагниченных монолитных магнитных систем в составе коллекторных и вентильных электриче-ских машин. Рассчитаны некоторые конфигурации таких систем, обеспечиваю-щих существенное повышение потребительских свойств электродвигателей..
Разработаны основы технологии изготовления неколлинеарно намагничен-ных магнитных систем с диаметрами от 10 до 120 мм. Изготовлены 14 экспери-ментальных образцов магнитных систем различных типоразмеров. Испытания показали, что напряжённость магнитного поля, создаваемого новыми системами, не менее чем в 1,8 раза превышает напряжённость магнитного поля, создаваемого магнитными системами из анизотропного феррита таких же размеров.
Разработано программное обеспечение для расчёта основных характери-стик электрических машин для неколлинеарно намагниченных и неоднородных магнитных систем. После проведения необходимых расчётов изготовлены основ-ные узлы ЭМ. Разработаны различные конструкции экспериментальных электро-двигателей с новыми магнитными системами.
На базе новых монолитных магнитных систем изготовлены эксперимен-тальные образцы 5-ти типоразмеров электрических машин, включая, 3 коллек-торных электродвигателя (мотор-генератора) и 2 бесколлекторных электродвига-теля с внешним и внутренним ротором. На экспериментальных образцах электри-ческих машин проведен комплекс испытаний в соответствии с разработанной программой и методикой.
В качестве прототипов были выбраны двигатели различных конструкций, содержащих различные магнитные системы. Для трех моделей в качестве прото-типа были выбраны коллекторные двигатели, причем для одного из них прототи-пом послужил двигатель с электромагнитным возбуждением, конструкция кото-рого тождественна конструкциям двигателей, применяемых в электроинструмен-те и бытовых приборах, выпускаемых сегодня миллионными тиражами. Для вто-рого коллекторного двигателя прообразом послужил электродвигатель типа ДПМ с магнитной системой на базе лучших постоянных магнитов из сплава ЮНДК. Электродвигатели типа ДПМ широко применяются в электроприводах летатель-ных и космических аппаратов и другой спецтехники. Третья модель коллекторно-го мотора не имеет серийного прототипа. При его создании использовалось тех-ническое задание Волжского автозавода на электродвигатель для электроусили-теля руля автомобилей Калина и Нива-Шевроле. Необходимо отметить, что ве-дущие электротехнические заводы страны пытались разработать такой двигатель в течение нескольких лет, применяя магнитные системы как из анизотропных ферритов, так и спеченные магниты Nd-Fe-B. Эти попытки не привели к успеху в первую очередь из-за того, что созданные машины обладали чрезвычайно высо-ким зубцовым эффектом.
Кроме коллекторных были изготовлены две модели бесколлекторных дви-гателей. Одна из них обладала внешним ротором, допускающим работу на высо-ких оборотах, т.к. магнитный замыкатель потока может служить одновременно и силовым бандажом ротора. Вторая модель создавалась для замены в перспективе электродвигателей водяных помп с ротором содержащим спечёные редкоземель-ные магниты, используемых в автомобильной промышленности и железнодорож-ном транспорте.
Проведённые сравнительные испытания моделей и их прототипов показа-ли, что замена существующих магнитных систем на монолитные магнитопласто-вые позволяет:
1. В случае с двигателями с электромагнитными системами понизить энергию потребления при совершении одной и той же работы в 1,9 раза при снижении массы магнитной системы в 2 раза.
2. По сравнению с двигателями ДПМ одинакового размера достигнуть увеличения коэффициента полезного действия в 1,7 и вращающего мо-мента в 1,5 раза.
3. В случае с двигателем для электроусилителя руля удовлетворить требо-ваниям ВАЗа по плавности вращения, КПД и вращающему моменту.
4. В случае бесколлекторного двигателя с внутренним ротором получить основные характеристики, сравнимые с двигателями и в некоторой час-ти превосходящие двигатели, содержащие спечённые редкоземельные магниты.
5. В случае с электродвигателем с внешним ротором удалось получить ре-кордные значения удельной мощности при коэффициенте полезного действия выше 80%.
Таким образом, следует отметить, что все требования технического задания выполнены полностью.
В настоящее время подписаны протоколы о намерениях провести НИОКР с рядом предприятий производящих электродвигатели: ООО МЭЛ научно-производственного электротехнического холдинга «Энергия», ЗАО Вентиляци-онный завод Лиссант, ОАО Агроэлектромаш, Свободнинский электромеханиче-ский завод, ОАО завод Автоприбор и другие.