Совершенствование высокомоментных электродвигателей

03.09.2013 г.

Важнейшие направления работ по совершенствованию высокомоментных (читай - "более мощных") электродвигателей - это уменьшение массы и габаритов, повышение быстродействия и увеличение надежности. Для уменьшения габаритов, массы и одновременно улучшения характеристик быстродействия перспективным является применение обращенной конструкции моторов постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. 

Преимущества электродвигателей обращенной конструкции по сравнению с традиционной рассмотрены далее. Основные источники тепла в обоих случаях - обмотка якоря и коллектор, но в обращенном двигателе путь от источника тепла до окружающей среды в несколько раз короче. Перепад температур между корпусом и активными частями меньше, поэтому двигатель подобной конструкции охлаждается более интенсивно. Пазы в нем расширяются по мере удаления от воздушного зазора, тогда как в традиционном сужаются, т.е. в обращенном электродвигателе можно заложить больше меди, и следовательно он допустит больший ток и момент. Но этим его достоинства не ограничиваются. Вследствие сокращения объема активных частей момент инерции в этой конструкции получается меньше чем в традиционной, улучшается коммутация, поскольку диаметр коллекора больше чем диаметр якоря. Основной недостаток конструкции - сложность в изготовлении щеточного аппарата. Поскольку передача энергии происходит через два скользящих контакта. Поскольку передача энергии происходит через два скользящих контакта, в коллекторно - щеточном узле принципиально заложено конструктивное несовершенство. 

Одним из направлений, позволяющим улучшить характеристики высокомоментных моторов, является охлаждение якоря с помощью тепловой трубы. Такие работы ведутся в различных областях машиностроения. Охлаждения якоря дает хорошие результаты - момент электродвигателя поднимается на 50-70%. Поскольку тепловая труба и вентилятор для ее охлаждения не повышают высоты оси вращения, момент повышается сразу на ступень, почти без увеличения момента инерции. Недостатки охлаждения с помощью тепловой трубы - увеличение длины двигателя на 30-40%, снижение надежности из-за увеличения числа активных элементов, а также невозможность работы при любом положении в пространстве, так как она может охлаждать эффективно только в том случае если теплоноситель находится в нагреваемой части трубы. Для возможности работы в нескольких положениях необходимо иметь несколько исполнения двигателя, что сильно удорожает стоимость производства.
Перспективным является использование наружного обдува поверхности электродвигателей с помощью малогабаритных вентиляторов. В электромоторах традиционной (не обрашенной) конструкции обдув позволяет резко снизить температуру магнитов и тем самым повысить магнитный поток в двигателе на 15-20% без изменения тока якоря, т.е. двигательный вращающий момент возрастет на 15-20%.
Наряду с повышением удельного момента и быстродействия важным показателем технического уровня является максимальная частота вращения. Зачатую предъявляется требование, чтобы при максимальной частоте вращения двигатель обеспечивал момент, близкий к номинальному. Основная сложность повышения  максимальной частоты вращения при этом заключается в обеспечении нормальных условий работы коллекторно-щеточного узла, что достигается выбором оптимальной величины напряжения двигателя и рациональным проектированием коллекторно-щеточного узла. Целесообразны исследования по обоснованию необходимой максимальной частоты вращения из условий оптимизации всего механизма подачи. 
Одним из важных показателей надежности двигателей является их гарантийная наработка. Она напрямую зависит от ресурса работы щеток и коллектора, сейчас ведется работа по созданию новых щеток, имеющих высокую износостойкость и коммутирующую способность. 
Снижение материалоемности и увеличение коэффициентов использования материалов необходимо решать за счет разработки навых конструкций двигателей.
Например успешное внедрение в эксплуатацию новых электродвигателей постоянного тока невозможно без высококачественных встраиваемых элементов - тахогенераторов, электромагнитных тормозов, датчиков положения и т.п.
Характеристики электропривода, в котором эксплуатируется двигатель в значительной степени зависят от качества выходного напряжения тахогенераторов, от величины пульсации напряжения. 
Большое значение для безотказной работы электродвигателя является его правильная эксплуатация. Однако всегда имеется вероятность перегрузки в тепловом отношении при эксплуатации, включения двигателя пр заторможенном тормозе, вероятность работы при недопустимо изношенных щетках, при частоте вращения, превышающей максимальную и т.п. Поэтому создание специальных устройств, дающих информацию о техническом состоянии двигателя, для последующей корректировки работы.  
Параллельно с совершенствованием коллекторных двигателей постоянного тока необходимо развивать работы по созданию бесконтактных (вентильных) двигателей постоянного тока  на базе синхронной электрической машины, с возбуждением от постоянных магнитов. Ее применение с якорной обмоткой на статоре позволит повысить удельный момент и ресурс по сравнению с коллекторными двигателями.
Создание бесконтактных электромоторов невозможно без разработки специальных датчиков положения ротора, а также бесконтактных тахогенераторов постоянного тока с малым уровнем пульсаций (1-2%).
Таким образом имеются определенные пути дальнейшего совершенствования электродвигателей постоянного тока. Проведение научных и исследовательских работ в этом направлении позволит повысить уровень будущего оборудования с их использованием.

Компания НПП "Сервомеханизмы" предлагает оценить ассортимент электродвигателей итальянского производства, разработанных специально для промышленности. Работаем под заказ по всей России. Наш адрес http://www.servomech.ru/