Разработка параметризованной модели конструкции бесколлекторного двигателя-маховика на основе рационального выбора конструктивных параметров и требований тз

Малые космические аппараты: производство, эксплуатация и управление

У двигателя, пакет магнитопровода которого состоит полностью из викаллоя, изменение момента фиксации от угла поворота ротора имеет синусоидальный характер с количеством периодов, равным числу пар полюсов ротора, из-за того, что викаллой, находясь в магнитном поле ротора, намагничивается и приобретает остаточную намагниченность от внешнего поля ротора, но в данном случае этого поля недостаточно для перемагничивания пакета.

Построены механические характеристики Mв=f(n) двигателей с разными пакетами магнитопроводов статора (рис. 2, б). Из представленного графика видно, что чем больше составляющая часть викаллоя в пакете магнитопровода, тем ниже момент на валу.

У всех вариантов двигателей с ростом частоты вращения он незначительно снижается, что обусловлено увеличением потерь на вихревые токи, а также потерь на гистерезис, зависящих от частоты перемаг-ничивания.

Проверяемым параметром также является ЭДС вращения, которая имеет линейную зависимость от частоты вращения у всех исследуемых двигателей. Ее значение на малой частоте вращения не зависит от количества викаллоя в пакетах магнитопровода и во всех случаях одинаково.

С увеличением частоты вращения двигателя отмечается незначительное (около 5 %) уменьшение ЭДС вращения при увеличении объема викаллоя из-за снижения основного магнитного потока, участвующего в создании ЭДС.

Использование листов викаллоя в составе пакета магнитопровода статора вентильного двигателя обеспечивает относительно постоянный тормозной момент

во всем диапазоне рабочих частот вращения, что позволяет применять данную конструкцию в составе электропривода там, где требуется самоторможение выходного вала при приложении крутящего момента со стороны нагрузки, когда работает или выключен электродвигатель.

Библиографические ссылки

1. Юферов Ф. М. Электрические машины автоматических устройств : учебник для вузов. М. : Высш. школа, 1976.

2. Пономарева Н. И., Гриднева Т. М., Алекса-нов П. А. Исследование характеристик вентильного двигателя с магнитным тормозом // Электронные и электромеханические системы и устройства : тез. докл. XIX науч.-техн. конф. (Томск, 16-17 апр. 2015 г.) / АО «НПЦ "Полюс"». Томск, 2015. С. 206-208.

References

1. Yuferov F. M. Elektricheskie mashini avtomati-cheskih ustroistv : [Electrical machines of automatic devices]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1976.

2. Ponomareva N. I., Gridneva T. M., Aleksanov P. A. [Research of a characteristics of ac electronic motor with a magnet brake]. Elektronnie i elektromekhanicheskie sistemy I ustroystva. Tez. dokl. XIX nauch.-tekhnich. konf. (Tomsk, 2015). [Electronic and electromechanical systems and devices : mes. rep. XIX scientific and engineering conf. (Tomsk, 2015)] JSC "NPC "Polyus". Tomsk, 2015, p. 206-208.

© Пономарева Н. И., Гриднева Т. М., Алексанов П. А., 2015

УДК 681.587.72

РАЗРАБОТКА ПАРАМЕТРИЗОВАННОЙ МОДЕЛИ КОНСТРУКЦИИ БЕСКОЛЛЕКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ-МАХОВИКА НА ОСНОВЕ РАЦИОНАЛЬНОГО ВЫБОРА КОНСТРУКТИВНЫХ

ПАРАМЕТРОВ И ТРЕБОВАНИЙ ТЗ

А. В. Попов, А. В. Ноздрин, Н. А. Ивлев

Московский физико-технический институт (государственный университет) Лаборатория высокоточных систем ориентации Российская Федерация, 141700, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9 E-mail: popov@sputnix.ru, alexey_nozdrin@mail.ru, ivlev@sputnix.ru

Тенденция к уменьшению массы и габаритов малых космических аппаратов привела к необходимости создания более совершенных систем ориентации и стабилизации, важным элементом которых является управляющий двигатель-маховик.

Ключевые слова: управляющий двигатель-маховик, малые космические аппараты.

Решетнеескцие чтения. 2015

DEVELOPMENT OF A PARAMETERIZED MODEL STRUCTURE BRUSHLESS MOTOR-THE FLYWHEEL ON THE BASIS OF RATIONAL CHOICE OF DESIGN PARAMETERS AND REQUIREMENTS TZ

A. V. Popov, A. V. Nozdrin, N. A. Ivlev

Moscow Institute of physics and technology

Laboratory of high-precision orientation systems 9, Institutsky per., Dolgoprudny, 141700, Russian Federation, E-mail: popov@sputnix.ru, alexey_nozdrin@mail.ru, ivlev@sputnix.ru

A decrease in the weight and dimensions of small satellites has led to the need of POPs-Denmark improved systems of orientation and stabilization, an important element of which is the boards of governors the engine-flywheel.

Keywords: managing the engine-flywheel, small spacecraft.

Прогресс в области создания компактной электронно-компонентной базы привёл к уменьшению габаритов и величины энергопотребления служебных систем современных космических аппаратов. На фоне уменьшения массово-габаритных характеристик растут требования к возможностям спутников по решению новых задач. Например, при создании современного конкурентоспособного малого космического аппарата для дистанционного зондирования Земли появляются требования к быстрым и частым разворотам, что, в свою очередь, требует использования компактных и эффективных по массо-энергетическим характеристикам органов управления. Классическим примером являются электромеханические исполнительные органы управления на базе управляющего двигателя-маховика. При этом уровень надёжности подобных узлов должен оставаться прежним, что требует поиска новых решений.

Создание органа управления, служащего для изменения кинетического момента в составе систем ориентации и стабилизации космического аппарата, является не только сложной математической задачей, но и требует решения определенных инженерно-конструкторских задач.

По техническому заданию ООО «СПУТНИКС» в лаборатории ведётся разработка управляющего двигателя-маховика для космических аппаратов массой более 100 килограммов. В соответствии с требованиями задания проведен анализ различных вариантов конструкции. Для удовлетворения критериям было принято решение использовать бесколлекторный электродвигатель типа «outrunner» с внешним ротором, что позволило получить высокий вращающий момент при низких оборотах и таким образом значительно увеличить срок службы шариковых подшипников и двигателя-маховика в целом.

Также произведен параметрический расчет зависимости момента инерции двигателя-маховика от размеров кольца (основной части ротора, имеющей наибольший момент инерции) при различных угловых скоростях и ограничениях по массе конструкции;

с учетом ограничении технического задания найдено оптимальное решение, обеспечивающее необходимый кинетический момент двигателя-маховика для заданной угловой скорости вращения.

Проведён анализ ресурса работы шариковых подшипников, анализ отдельных конструкционных элементов и двигателя-маховика в целом на наличие собственных частот колебаний в диапазоне скоростей вращения двигателя-маховика. Применяемые материалы имеют опыт использования в условиях космического полёта или условиях вакуума и широкого диапазона температур. При этом все материалы имеют широкое распространение, что существенно снижает стоимость изготовления.

Особенностями конструкции управляющего двигателя-маховика являются использование обмотки статора в качестве проставочной втулки верхнего подшипника и размещение обмотки статора и постоянного магнита ротора в пространстве между подшипниками качения, использование плотного материала для изготовления обода двигателя-маховика.

Принятые меры позволили снизить массогабарит-ные характеристики конструкции, сделать обмотку съемной и упростить процесс демонтажа статора, маховика и платы без демонтажа подшипников, а также повысить жёсткость соединения маховик-корпус.

Произведена полная параметризация конструкции управляющего двигателя-маховика с автоматизацией обоснованного расчёта размеров и генерацией 3Б-моделей для производства на основе информации из технического задания и других комплексов расчёта электродинамики, разрабатываемых в МФТИ.

Применённые конструктивно-компоновочные решения, материалы и создание параметризованной конструктивной модели деталей двигателя-маховика, готового к производству, в конечном итоге позволит создавать экономичные эффективные двигатели-маховики различной номенклатуры в кратчайшие сроки и с минимальными затратами.

© Попов А. В., Ноздрин А. В., Ивлев Н. А., 2015