Elements of thermal calculus of components in electromechanical brushless converter with open-pole stator and external rotor with permanent magnets

Abstract

ентильний двигун з явнополюсним статором і постійними магнітами на роторі характеризується достатньою простотою конструкції та технологією виготовлення і є порівняно економічнішим за асинхронні електричні машини. Водночас він забезпечує значно якісніші споживчі характеристики. За широкого використання традиційних конструктивних схем із внутрішнім ротором для безредукторного приводу низки механізмів часто виникає необхідність застосування конструкції із зовнішнім ротором. Така конструкція проста, надійна, технологічна, економічна. Методики синтезу, оптимізації та дослідження вентильних двигунів із зовнішнім ротором і постійними магнітами потребують простого і надійного методу розрахунку теплового стану основних вузлів, оскільки від цього залежать енергетичні показники та надійність такої машини. У статті розглянуто особливості оцінювання теплового стану основних компонентів електромеханічного перетворювача вентильного двигуна з явнополюсним статором і зовнішнім ротором із постійними магнітами. Особливу увагу зосереджено на важливості такої оцінки для електромеханічних перетворювачів вентильних двигунів з постійними магнітами на роторі, максимально допустима робоча температура для яких обмежена невисокими значеннями. Такі магнітні матеріали, як відомо, за високих енергетичних показників істотно дешевші, однак втрачають, часто незворотно, магнітні властивості у разі перевищення температури допустимого нагрівання. З іншого боку, для цілої низки застосувань такого електромеханічного перетворювача, наприклад, мотор-колесо, поверхня охолодження ротора з постійними магнітами обмежена, що дає підстави зважати на необхідність оцінювання теплового стану основних компонентів електромеханічного перетворювача вентильного двигуна, особливо зовнішнього ротора з постійними магнітами, на всіх етапах його проєктного синтезу, оптимізації геометричних розмірів та дослідження. Запропоновані елементи методики теплового розрахунку вентильних двигунів оберненої конструкції з постійними магнітами на роторі дають змогу із достатньою для інженерної практики точністю виконувати відповідні розрахунки цих двигунів, зокрема, для прямих приводів механізмів. Наведені в матеріалах статті елементи методики слугують базою для розрахунку теплового стану основних компонентів електромеханічного перетворювача із явнополюсним статором та зовнішнім ротором із постійними магнітами на етапах його проєктного синтезу, оптимізації та дослідження.

Brushless motor with open-pole stator and permanent magnet rotor characterized by sufficient simplicity of design and manufacturing techniques. It is also relatively economical for asynchronous electric machines. At the same time, it provides much higher quality consumer characteristics. According to the widespread use of traditional designs with internal rotor gearless drive for a number of mechanisms is often necessary to use a design with external rotor. This design is simple, reliable, technological and economical. Methods of synthesis, optimization and research brushless motor with external rotor and permanent magnets require a simple and reliable method of the thermal state calculation of the main components, as it affects energy performance and reliability of this machine. Estimation features of a thermal condition of the main components of the brushless electromechanical converter with an open-pole stator and an external rotor with permanent magnets are considered in the article. Particular attention is paid to the importance of such an assessment for electromechanical brushless converters with permanent magnets on the rotor, the maximum allowable operating temperature for which is limited to low values. Such magnetic materials are known to be significantly cheaper at high-energy values, but lose, often irreversibly, the magnetic properties when the temperature of the allowable heating is exceeded. On the other hand, for a number of applications of such an electromechanical converters. For example, in motor-wheel in vehicles, the cooling surface of the rotor with permanent magnets is closed-type, which gives grounds to consider the need to assess the thermal state of the main components of the electromechanical converter of brushless motor, especially external rotor with permanent magnets, in all stages of its design - synthesis, optimization of geometric dimensions and research. The proposed method of a thermal calculus of brushless electromechanical converter elements, such with permanent magnets on the rotor, allows with sufficient accuracy for engineering practice to perform appropriate calculations of these motors, in particular, for direct drive of mechanisms.