Аналіз питомих вагогабаритних показників високошвидкісного синхронного двигуна із постійними магнітами

Мета роботи. Визначення залежностей питомої потужності та питомого об’єму від розрахункової потужності та конструктивних розмірів для формування критеріїв оцінки ефективності ваго-габаритних показників високошвидкісного синхронного двигуна із постійними магнітами та зовнішнім ротором. Методи дослідження. Класичні методи електромагнітного розрахунку основних розмірів синхронних двигунів із магнітоелектричним збудженням. Отримані результати. За результатами розрахунків ваго-габаритних показників високошвидкісних синхронних двигунів із постійними магнітами, виконаного класичним методом, визначено вагу та об’єм активних матеріалів: магнітного осердя, постійних магнітів та міді обмотки статора. Для розрахунку прийнято діапазон потужності від 250 Вт до 15 кВт при 10000 об/хв, що відповідає найбільш часто використовуваними двигунами по потужності в різних галузях техніки та застосуваннях. Встановлено нелінійний характер зміни питомих показників синхронних двигунів із постійними магнітами. Визначено, що максимальна питома потужність (близько 80 кВт/кг) досягається в діапазоні 7–9 кВт, після чого цей показник знижується через теплові обмеження та зростання маси конструктивних елементів. Оптимальний діапазон потужності за критерієм питомого об’єму, при циліндричній конструкції прототипу із зовнішнім ротором, становить 1,5–4,5 кВт. Результати досліджень показують, що зі зростанням потужності змінюється баланс мас: відносна частка міді в обмотці статора збільшується, тоді як частка магнітного осердя зменшується. Це зумовлено необхідністю мінімізації електричних втрат для підтримки високого ККД та обмеженнями щодо тепловідведення. Наукова новизна. Систематизовано залежності питомих характеристик високошвидкісних показників синхронних двигунів із постійними магнітами із зовнішнім ротором від їх геометричних параметрів та рівня використання активних матеріалів, що дозволило ідентифікувати зони найвищої ефективності конструкції при незмінній швидкості обертання. Практична цінність. Запропонований підхід надає інженерні критерії для обґрунтованого вибору топології та основних розмірів високошвидкісних двигунів на ранніх етапах проєктування, забезпечуючи досягнення найкращих масо-габаритних характеристик.