автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Разработка и исследование немагнитных проволочных якорей электродвигателей постоянного тока

?Г0 0/1

На правах рукописи

МАСЛОВ ПАВЕЛ ПАВЛОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НЕМАТЮПНЫХ ПРОВОЛОЧНЫХ ЯКОРЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

Специальность 05.09.01 - Электромеханика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1997г-.

Работа выполнена в Новосибирском государственном техническом университете

Научный руководитель , - кандидат технических наук, доцент

Чудинов A.B.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Жуловян В.В. < кандидат технических наук Горнинг А.И.

Ведущее предприятие - АОЗТ "НШ Сибэлектротяжмаш"■

Заадта диссертации состоится 24 апреля 1097г

ч

в 10 часов на заседании диссертационного совета К 063.34.01 Новосибирского государственного технического университета (630092, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 20) С диссертацией можно ознакомится в библиотеке НГТУ

Научный консультант

Бухгольц Ю.Г.

кандидат технических наук, доцент

г. Новосибирск

Автореферат разослан

1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Г.Шаншуров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы: Реферируемая работа посвящена разработке конструкций и исследованию геометрии и параметров немагнитных проволочных якорей (НПЯ) электродвигателей постоянного тока, разработке способов технологической реализации НПЯ и исследованию основных элементов геометрии технологической оснастки. Указанные электродвигатели предназначены для использования в электроприводе, предъявляющем повышенные требования к их энергетическим и динамическим показателям.

Отсутствие зубцово-пазовых обмоточных структур предопределяет конструктивную независимость геометрии электродвигателей с немагнитным проволочным якорем (ДНПЯ) от штампа и шихтованного магнитопровода, вследствие чего становится возможной сравнительно простая технологическая реализация многослойных беспазовых обмоточных структур [БОС) конического исполнения с трапецеидальной, ромбовидной, треугольной или круглой формой витка в активной части и с лобовыми частям^ отформованными в бурты или расположенными, в общем случае, на конической поверхности по эвольвенте, прямым или дуге окружности. Возможно также сочетание вариантов исполнения лобовых частей, когда одна из них, например, отформована в бурт, а другая выполнена без бурта, располагается в плоском кольце, и в совокупности с конической активной частью образует чашеобразный якорь.

Активные размеры ДНПЯ определяются, в основном, уровнем теплоиагруженности БОС т.е. допустимой величиной суммарных

потерь, отводимых с поверхности якоря пропорциональных удельному тепловому потоку с указанной поверхности. Суммарные же потери в БОС якоря практически равны дмоулевым потерям в проводниках НПЯ, которые, в свою очередь, пропорциональны длине витка. Вместе с тем, в конических НПЯ размеры активной и лобовых частей взаимосвязаны, т.е. размеры лобовых частей в радиальном направлении определяют размеры внутреннего и наружного активных диаметров НПЯ и, соответственно, активную длину витка. Следовательно, точность определения геометрии НПЯ и ДНПЯ в целом, а также энергетических и динамических показателей существенным образом зависит от точности расчета всех элементов геометрии витка обмотки НПЯ и от точности расчета геометрии технологической оснастки, обеспечивающей трансформацию витка заготовки в процессе изготовления от исходного технологического состояния (как правило на шаблоне для намотки) до собственно витка обмотки. В связи с этим тема диссертационной^работы является актуальной и представляет научный и практический интерес.

Цель работы: Разработка новых конструктивных решений ДНПЯ и БОС а также способов их технологической реализации, методов расчета геометрии и параметров БОС ДИПЯ и основных элементов геометрии технологической оснастки, обеспечивающей заданные размеры витка НПЯ. В связи с этой целью были поставлены следующее задачи:

- разработать математическую модель ДНЛЯ, позволяющую с единых позиций исследовать влияние различных исполнений НПЯ на энергетические и динамические показатели электродвигателя;

- разработать способы расчета геометрии актпишл и лобовых частей и параметров НПЯ различных исполнений;

- и -

- разработать способы расчета основных элементов геометрии технологической оснастки по разработанным способам изготовления НПЯ;

Методы исследования; В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические . методы включают в себя аналитические решения дифференциальных уравнений для расчета геометрии лобовых частей, момента инерции и радиальной неизотермичносги НПЯ; дифференцирование аналитических уравнений и переход к конечным разностям для итерационного расчета геометрии лобовых частей без буртов и . методы математического моделирования для разработки математической модели ДНПЯ. Экспериментальные исследования включают в себя методы численного моделирования на ЭВМ, а также моделирование на геометрических и физических моделях.

Автор защищает:

- разработанные конструктивные решения и способы изготовления НПЯ;

?

- методику проведения оптимизационных расчетов применительно к ДНПЯ с получением оптимального коэффициента заполнения обмотки проводниками без проведения полной оптимизации ДНПЯ;

- способы расчета геометрии витка и параметров НПЯ различных исполнений, а также основных элементов геометрии тех-нологичесчкой оснастки для реализации НПЯ и практические рекомендации по их проектированию;

- результаты численных и экспериментальных исследований..

Научная новизна:

1. Разработана математическая модель ДНПЯ, учитывающая рациональные варианты исполнения НПЯ;

2. На основе линейной и круговой итнтерполяции гео-

метрии пространственно расположенных лобовых частей в буртах разработан способ их математического описания;

3. На основе перехода от дифференциального уравнения, описывающего геометрию лобовых частей , расположенных по эвольвенте, прямым и дуге окружности, к конечным разностям разработан итерационный способ расчета геометрии лобовых частей без бурта;

4. Аналитически показана практическая инвариантность распределения температуры проводников НПЯ по радиусу от закона тепловыделения по радиусу ( формы витка обмотки и исполнения лобовых частей);

5. Определены' геометрические ограничения и условия работоспособности обмоток НПЯ;

6. Разработан аналитический способ расчета момента инерции ротора с различной формой витка обмотки и исполнения добоЕых частей.

Практическая ценность:

1. Разработаны и запатентованы конструктивные решения ДНПЯ.и БОС и способы их технологической реализации;

2. Разработаны способы инженерных расчетов геометрии и параметров НПЯ в зависимости от исполнения активных и лобовых частей БОС и оснобных элементов геометрии технологи-, ческой оснастки для изготовления НПЯ. Способы ориентированы на проведение расчетов и выполнение элементов САПР на ЭБМ.

Апробация работы. Основные материалы работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на: краткосрочном семинаре "Системы управления электромеханическими исполнитель -ными устройствами роботов и манипуляторов" (г.Ленинград, 1980г.); конференции молодых специалистов ( г. М:юсш>нрек,

1981г.); краевой научно-технической конференции "Оптимизация электроприводов и оптимизация режимов электропотребления" (г. Красноярск, 1982г.), межкафедральном научном семинаре ФАЭМС НГГУ (г. Новосибирск, 1996г.).

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключении, списка литературы из 78 наименований, приложения на 9 страницах й содержит 131 страницу основного текста и 74 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ-

Во введении показана актуальность темы исследования, сформулированы цель и основные задачи, изложены методы исследования, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе рассмотрены конструктивные особенности ДНПЯ с коническими немагнтитными проволочными БОС. На рис.1, .представлен общий вид ДНПЯ, состоящего Из следующих основных частей: НПЯ 1, индуктора 2, щитов 3 и 4, образующих корпус ДНПЯ, и щеточно-коллекторного узла 5. БОС якоря выполнена из

Общий вид ДНПЯ с коническим ротором.

стандартных марок проводов и присоединена к токосъемному устройству, в данном случае к коллектору. В зависимости от конструктивного исполнения ДШ1Я в качестве токосъемного устройства могут Сыть использованы и контактные кольца. Индуктор, как правило, выполняется на основе постоянных магнитов. При этом при встраиваемом или бескорпусном исполнении ДНПЯ в качестве ыагнитопроводов используются корпусные детали приводного механизма.

Отсутствие аубцово-пазовой структуры в электродвигателях с НЛЯ позволяет сравнительно просто варьировать следующими элементами его конструкции: углом конусности ротора 8 в активной и лобовых частях, формой витка обмотки в активной части, формой исполнения лобовых частей ( в буртах или без буртов), формой бурта и геометрией расположения проводников в лобовых частях без бурта.

Основные геометрические размеры Ш1Я в относительных единицах имеют вид

, KDelttA-1)

1А= - ; Хд= Del/Da ; Х= Da/D, ;

(1)

КА= (1л1+1лв)/1А ; 1д= LA/DÔ ; 1JIÍ= Ljij/De ;

KDel= Del/De ; Kdí1= Da/De; 1ле= Une^e ,

где индексы i относятся к внутренним размерам НЛЯ," е- к наружным; индексы \ относятся к активным диаметрам BOO.Dj -диаметр БОС, 1д, 1ле, 1Д1 - относительные длины активной, наружной и внутренней лобовых частей обмотки якоря.

Дли уменьшения размеров лобовых частей оси проводников в тангенциальном направлении необходимо располагать под углом к плоскости перпендикулярной оси вращения удовлетворяющим условию

Ч>] < Arccos

KDj = Dj/De > ,

где Ksi - коэффициент заполнения проводниками окружности якоря на Dj равным

Ы.Л Л л

где N - число активных проводников якоря в п парах слоев обмотки в активной части, с1Из - диаметр провода обмотки якоря

Разработанные способы изготовления БОС могут быть условно разделены на три группы. К первой группе отнесены способы, в которых провод наматывается на линейный шаблон, поперечные размеры которого пропорциональны ~1дхтСр а длина ~2Р-Тср, где тср - относительное полюсное деление на среднем активном диаметре якоря Кае = (Кое1+Ко11)/2, Р - чйсло пар полюсов индуктора. Как правило, шаблон в поперечном сечении имеет форму витка обмотки. К недостаткам данной группы способов относятся:

- Наличие сложных, трудно механизируемых операций: снятия заготовки с шаблона с предварительной фиксацией витков от смещения, стыковки торцевых сторон заготовки перед' укладкой в обмотку;

- Невозможность изготовления волновых и смешанных обмоток без перекоммутации (пересоединения) выводов;

- Нереализуемость многослойных обмоток;

- Невозможность исключения тангенциальных смещений проводников в актш.ч -1! части друг относительно друга, что

(3)

(d = dH3/De).

приводит к их "перехлестам" т.е. увеличению немагнитного за-вора и к расширению зоны расположения проводников в межполюсном пространстве.

Ко второй группе отнесены способы, основанные на деформации намотанной на круглый или имеющий форму многоугольника шаблон, в "шестеренку", число выступов-"зубцов" которой равно числу пар полюсов - Р. Сечение шаблона пропорционально ~Р-1а-тср, а длина ~n-tcp. К достоинствам данной группы могут быть отнесены:

- Возможность изготовления волновых, петлевых и смешанных обмоток без перекоммутации выводов;

- Простота реализации многослойных обмоток путем увеличения длины намотки заготовки на шаблоне в п раз;

- Уменьшение в n/Р раз количества выводов обмотки при сохранении числа коллекторных пластин и числа секций на полюс как и в предыдущей группе способов.

К третьей группе способов отяесены способы, выполняемые

i>

путем намотки провода на кольцевые или сегментные несущие основания. В качестве несущего основания предложено исподь-вовать гофрированные кольца, в наружные пазы которых укладываются витки обмотки. Гофрированные кольца изготавливаются в специальных прессформах из пластмассы или стеклоткани, пропитанной связующим с толщиной стенок до (0,0001...0,00015)м. Так как в пазы гофр проводники обмотки укладываются по рядовой намотке и после намотки фиксируются от смещения, например, наложением стеклоткани, это исключает перехлест проводников в активной части при последующих технологических операциях. Поэтому при d > (0,0002...О,00025)м. толщина ротора на гофрированном основании будет меньше толщины ротора, изготовленного по первым двум группам способов. Кроме того к

достоинствам данной группы способов могут быть отнесены:

- Возможность реализации любого типа обмотки без перекоммутации выводов;

- Исключение операций связанных со снятием заготовки с шаблона с последующим совмещением торцов заготовки;

- Повышение осевой жесткости ротора при уменьшении его толщины.

Во второй главе представлены результаты исследований основных элементов геометрии * и конструктивных ограничений ВОС с трапецеидальной, ромбовидной, треугольной и круглой формами витка в активной части и с лобовыми частями, уложенными в бурты и без буртов.

Проводники лобовых частей трапецеидального витка без бурта могут располагаться по эвольвенте, прямым и дуге окружности. В общем случае, при выполнении лобовых частей по m прямым активные диаметры определяются по уравнениям ш Sin (Феи - Bei)

KDel.-

J 1 Sin Феи

1 m Sin 4»ij

Kmi'=- &

(4)

A Sln(tPíi - ßij)

В частности, при расположении лобовых частей по одной прямой их геометрия описывается следующими системами уравнений:

Для наружных лобовых частей

Sin (¡Peí - ») ■ \ Кое1 = - - 1

Sin Фе1 > ,(ба)

tfel = Arccos (З/К2 -КDel) '»

где Kj = VKai.

Для внутренней лобовой части

1 Sin t¡>i л

Kdu - - • -

A Sin(4>í-P) У

Kdu

(5b)

<Р, = Arceos K3j '

Внутренний активный диаметр может быть непосредственно определен из системы уравнений (5Ь) так как известен оптимальный Каю-

Система уравнений (5а) содержит два неизвестных параметра и может быть разрешена явно лишь относительно известного 9 ( также как и известное уравнение эвольвенты выражено1 явно относительно в).

Способ расчета геометрии ЛЧ, расположенных по эвольвенте, прямым и дуге окружности основан на дифференцировании уравнения 0 = f(Kdji) типа (2.1) с последующим переходом к итерационному соотношению путем замены дифференциалов конечными разностями. В частности, для эвольвенты

de Kdí 1 Де

Укладка лобовых частей в бурты позволяет уменьшить радиальные размеры БОС и, в целом, ДНПЯ, но при ее осуществлении требует дополнительных деформаций провода обмотки в лобовых частях, что снижает надежность обмотки и, что самое главное, приводит к перехлестам проводников в активной части, что увеличивает толщину якоря. Длина лобовых частей

dKD4 " (Kdj2/Kdo2 - D1/2 Cos 8

= (к V -

ЛКОз

(6)

1/2

2

1/2

где Kdu - диаметр эквивалентной по плошади бурта окружности.

В работе получены соотношения для расчета геометрии КПЯ с ромбовидной, треугольной и круглой формой витка, а также исследованы конструктивные ограничения на геометрию указанных НПЯ.

В третьей главе представлены результаты исследований по расчету основных элементов геометрии технологической оснастки по разработанным способам.

При изготовлении НПЯ по группе способов, при которых заготовка наматывается на линейный шаблон сравнительно просто реализуются обмотки со всеми рассмотренными формами витка. ■ При трапецеидальном витке независимо от исполнения ло- • бовых частей активные стороны заготовки должны быть расположены на шаблоне для намотки заготовки под углом

Вш = 2 Arcsin ( sin В-eos 8 ) (8)

Следовательно, угол расположения активных сторон витка на шаблоне равен углу ( полюсному делению ) расположения активных сторон в обмотке лишь при дисковом исполнении БОС т.е. при 8=0°.

Возможны три варианта исполнения шаблона для намотки в зоне лобовых частей: по прямой, по дуге окружности и^ по двум сопряженным прямым. Например, при расположении проводников лобовой части на шаблоне ло дуге окружности их радиусы должны удовлетворять соотношениям Koel Sin Р

Ге =

r¡ =

2 sin Оле/KDel)

KDel Sin í

2X Г

sin

Г - АД 1

1- Koel J

(9)

Дли обмоток с треугольной формой витка высота шаблона для намотки заготовки рассчитывается по соотношению

- - 2с1 + гс-

X

1 ( к а \

б1П----+ ф

2^2 2 > 1

г1п-

^ 2 2 > -2 ]• ( 1 - Ь* - • ^ Ф ) - ГС

а 2

а

б1П -2

(10)

где гс - радиус сопряжения сторон треугольного витка, а -угол при вершине витка с противоположной от выводов стороны, Ф - угол подъема витка со стороны выводов.

Длина полувитка обмотки с треугольным витком с) 1д - й -2гс 1 г (

¡12 » Ж Гс + - ) + - + - Жщ - Гс- 1 +

а 2 1

соэ ф

2 СОБ

2

1 а

-+ --- + - +

соз(а/2 +ф) соБСа/г +ф) 2

1 а tg(a/2 - Ф) • Б1П -

Л р

(11)

Радиус шаблона для намотки БОС с круглым витком

Я2 СОЭ 8 г/

= - к

1 +

4рс

1/2

я2 соз2 е

) -']

(12)

На рис.2 схематически представлен процесс изготовления обмотки путем деформации заготовки в "шестеренку".

Предварительно провод наматывается на круглый шаблон, имеющий основные размеры

Ь

в

ш

Устройство для формовки заготовки в "шестеренку".

<Эш = 2Р-112/Я - с1 ч

} (13)

1рш = Я/р-Х ',

где с1ш и 1рш - относительные диаметр и рабочая длина шаблона.

После намотки заготовку фиксируют в Р местах и деформируют в "шестеренку" с числом зубцов равным Р, а затем путем поворота торцевых сторон заготовки друг относительно друга и одновременного их сближения получают обмотку.

В третьей группе способов заготовка наматывается на тороидальный или секторный шаблоны. На рис. 3 представлен НПЯ, выполненный путем намотки "на тороидальный шаблон. Провод наматывается в наружные пазы гофрированного основания, которое выполняет роль как технологической подложки, исключающей деформации провода при последующих технологических операциях, так и несущего основания, увеличивают,его осевую жесткость якоря. В работе показана, что при диаметре провода БОС <3И8 >

Общий бия якоря на гофрированном основании.

ль- А (2.1)

I

Рис. 3

(0,0002...О,00025)м из-за исключения перехлестов проводников в активной части толщина якоря на гофрированном основании меньше, чем изготовленного по группе способов с намоткой заготовки на линейный шаблон, имеющий форму витков обмотки.

печения возможности сравнения НПЯ с различными исполнениями витка в активной и лобовых частях по уровню реализуемых ими критериев оптимальности без определения оптимальной геометрии и параметров индуктора предложено оптимизационные расчеты ДНПЯ проводить на математической модели, содержащей математические выражения, представленные в виде произведения размерного и безразмерного сомножителей, причем безразмерный сомножитель определяется только геометрией НПЯ В этом случае оптимизационный расчет ДНПЯ сводится к последовательной (пошаговой) оптимизации вначале по сравнительно более простой мод зли для безразмерного критерия оптимальности Г;)*, вавися-

В четвертой главе представлены результаты исследований на макетных образцах и экспериментальных моделях. Для обес-

щего только от геометрических параметров НПЯ. При этом определяются оптимальные KSl0 и с учетом (3) параметры представленные в системе N = 2W-K W = INT( N0'/2K) К = J - петлевая обмотка • (14)

К = J-P + 1 - волновая обмотка J = 1,2,3...

где W- число витков в секции. К- число коллекторных пластин.

На втором шаге по критерию FjP-Fj* = Fj оптимизируется геометрия ДНПЯ без оптимизации KSi, N, W, К.

Выражения для безразмерных сомножителей критериев оптимальности Еа* и Ma* в зависимости от конструктивных исполнений и размеров НПЯ представлены в таблице.

Предложенный способ расчета момента инерции БОС основан на представлении удельной массы в бесконечно тонком слое по радиусу в виде усредненной массы

ïnp'Snp(R)+WS(R)-Snp(R)]

ï(R) ---(15)

S(R)

Момент инерции элементарного участка на окружности радиуса R

dJ ---R -eft +

Cos 8

Л2 (ïnp-Тиз) KM2-Ksl-d-De2 R2-dR

+---- --. -

2 Cos 8 Cos rf(R),

где Км - отношение диаметра провода без изоляции к диаметру провода в изоляции, а(Р) - угол наклона оси проводника к ра-

ЗАВИСИМОСТИ БЕЗРАЗМЕРНЫХ Еа И (1прЮ2 ОТ ИСПОЛНЕНИЯ АКТИВНЫХ И ЛОБОВЫХ ЧАСТЕЙ НГИ.

9а 8Л Еа* с наружной лобовой частью.-^ (1ВрЮ2

Неактивной,Еан* Активной,Еаа*

0°< 8Д< К/2 0° К0е12(>.Аг-1)Кз1 (1-КСе12Жз1 г\2-1 К0е12(*А2-1)(1+Ко-2Соз8д-| АдК31

ХА2ХС058А сан' А2 глсоэвд ПК0е1(Дд-1) (1+Ка)СОЗ8а

8г „ . (1-Ков1Жз1 1 (Л2-1)(1+Ко)ХдК31

ьан АСОЭвд 2 А^СозЭдКое1(Ад-1)(1+Кд)

8Л= я/2 Еан*+1»ге ^ 2Х2 '"I- X ' д-1)(1+Кд)С03 д

Бурты Еан* гЛ2-1 Ко012(Ла -1)(1+Ко-2Соз8д) ч ——-+---к2Ье X 1 Л 2Лд2Соз8Д -1 ХдКв1 ХКое1(Хд-1)(1+КА)СОБ8Д

0А= л/2 8л= 0А 1ДКз1 А ■ 21иКа1 Еан +- (1д+21у)(1+Кд)К31 1д(1+Кд)

диусу в плоскости, проходящей через ось вращения НПЯ. Путем интегрирования (21) получены выражения для расчета момента инерции БОС с трапецеидальным, ромбовидным, треугольным, и круглым витком в активной части и с лобовыми частями без бурта, расположенными по эвольвенте, прямым и дуге окружности.

В приложении представлен способ расчета геометрии лобовых частей, отформованных в бурты и в силу этого расположенных по сложным пространственным кривым. Способ основан на представлении линии оси'пространственно расположенного проводника в виде отрезков сравнительно простых участков, проекции которых на плоскость , проходящую через ось вращения, представляют собой прямые и эллипсы (. в частном случае окружности) . . '*" "

В заключении работы приведены основные результаты и выводы, полученные автором в процессе исследований.

1. Разработаны и запатентованы новые конструктивные решения НПЯ и ДНПЯ а также способы изготовления НПЯ. Получены рациональные сочетания конструктивных элементов витков НПЯ а также рациональные сочетания элементов исполнения НПЯ и разработанных способов изготовления НПЯ.'

2. На основе полученных аналитических и итерационных соотношений определены геометрические ограничения и области выполнимости НПЯ с различными исполнениями витков.

3. Получены соотношения для расчета длин полувитков конических НПЯ с ромбовидным, треугольным и круглым витками.

4. Определены относительные уровни реализуемых электромагнитных моментов ДНПЯ с эвольвентными лобовыми частями и с лобовыми частями по прямым с числом перегибов пр < 2.

5. Определены геометрические условия, обеспечивающие работоспособность обмотки, получаемой деформацией заготовки в "шестеренку".

6. Получены соотношения для расчета основных элементов геометрии технологической оснастки. Определены ограничения, накладываемые способами, на геометрию витков НШ.

7. Получены аналитические соотношения для расчета момента инерции НПЯ для рассмотренных исполнений витков.

8. Показано аналитическим путем практическое отсутствие влияния исполнения витка НПЯ на его радиальную неизо-термичность.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A.C. 606190, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления многослойной обмотки электрической машины/ Л.А. Горев-Булда-ков, В.М. Казанский, П.П. Маслов и др.- N2384612/24-07; Заявл. 09.07.76; Олубл. 05.05.78, Бюл. N17.- 2с.

2. A.C. 606191, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления многослойной обмотки беспазового якоря электрической машины/ Л.А. Горев-Булдаков, В.М. Казанский, П.П. Маслов и др.-N2384625/24-07; Заявл. 09.07.76; Опубл. 05.05.78, Бюл. N17.-2с.

3. A.C. 635565, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления многослойной обмотки электрических машин/ Л.А. Горев-Вулда-ков, В.М. Казанский, П.П. Маслов и др.- N2457990/24-07; Заявл. 01.03.77; Опубл. 30.11.78, Бюл. N44.-Зс.

4. A.C. 639061, HOIR 39/04 СССР. Узел токосъема электрической машины/ B.C. Буданов, В.Н. Гатилов, Л.А. Го-рев-булдаков, П.П. Маслов.- N2415603/24-07; Заявл.28.10.76; Опубл. 25.12.78, Бюл. N47.- 2с.

5. A.C. 692002, H02K 1/26 СССР. Ротор дисковой электрической машины/ А.Ю. Гришпун, В.М. Казанский, П.П. Маслов и др.- N2633685/24-07; Заявл. 21.06.78; Опубл. 15.10.79, Бюл". N38.- 2с.

6. A.C. 712903, Н02К 27/26 СССР. Дисковый ротор беспазовой электрической машины/ П.П. Маслов, А.Д. Неустроев, В.В. Чуфаровский.- N2592934/24-07; Заявл. 21.03.78; Опубл. 30.01.80, Бюл. N4.- 2с.

7. A.C. 748598, HOIR 39/04 СССР. Коллектор электрической машины/ Ю.В. Коваль, П.П. Маслов.- N2601756/24-07; Заявл. 10.04.78; Опубл. 15.07.80, Бюл. N26.-Зс.

8. A.C. 750661, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления многослойной обмотки гладкого якоря электрической машины/ Л.А. Горев-Булдаков, В.М. Казанский, П.П. Маслов и др.-N2452788/24-07; Заявл. 15.02.77; Опубл. 23.07.80, Бюл. N27,- 4с.

9. ' A.C. 783894, HOIR 39/04 СССР. Коллектор электрической машины/ В.М. Казанский, С.Б. Лабецкий, П.П. Маслов.-112718215/24-07; Заявл. 29.01.79; Опубл. 30.11.80, Бюл. N44,-4с.

10. A.C. 851664, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления многослойных обмоток электрических машин/ B.C. Буданов, Л.А. Горев-Булдаков, П.П. Маслов и др.- N2469612/24-07; Заявл. 01.04.77; Опубл. 30.07.81,*Вюл. N28.-Зс.

И. A.C. 904115, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления ротора электрической машины с треугольной формой витка/ В.М. Казанский, C.B. Лабецкий, П.П. Маслов и др.- N2716825/24-07; Заявл. 26.01.79; Опубл. 07.02.82, Бюл. N5.- 4с.

12. A.C. 904116, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления ротора электрической машины с треугольной формой витка/ С.Б.

Лабецкий, П.П. Маслов, С.П. Родигин И др.- N2779736/24-07; Заявл. 13.06.79; Опубл. 07.02.82, Бюл. N5.- 6с.

13. A.C. 904118, Н02К. 15/04 СССР. Способ изготовления обмотки якоря электрической машины/ В.А. Зиновьев, П.П. Маслов, С.Б. лабецкий,- N2920427/24-07; Заявл. 07.05.80; Опубл. 07.02.82, Бюл. N5.- 4с.

14; A.C. 917268, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления дискового якоря электрической машины/ В.А. Зиновьев, C.B. Лабецкий, П.П. Маслов и др.- N2914924/24-07; Заявл. 25.04.80; Опубл. 30.03.82, Бюл. N12.-'4с.

15. A.C. 951576, Н02К 15/04 СССР. Устройство для изготовления обмотки с треугольной формой витка Лабецкий, П.П. Маслов и др.- N29220428/24-07; 'Заявл. 07.05.80; Опубл. 15.08.82, Бюл. N30.- Зс.

16. A.C. 955385, Н02К 15/04 СССР. Способ'изготовления многослойной обмотки электрических машин/ В.А. Зиновьев, С.Б, Лабецкий, П.П. Маслов и др.- N2879293/24-07; Заявл. . 05.02.80; Опубл. 30.08.82, Бюл. N32.- Зс.

17. A.C. 955386, Н02К 15/04 СССР. Устройство для укладки обмотки электрической машины/ С.Б. Лабецкий, П.П. Маслов.- N2919492/24-07; Заявл. 30.04.80; ОПубл. 30.08.82, Бюл. N32.- Зс.

18. A.C. 1029341, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления ротора электрической машины с треугольной формой витка/ В.М. Казанский, С.Б. Лабецкий, П.П. Маслов.- N27168225/24-07; Заявл. 19.02.79; Опубл. 15.07.83, Бюл. N26.- Зс.•

19. A.C. 1166223, Н02К 15/04 СССР. Устройство для изготовления обмотки якоря электрической машины с треугольной формой витка/ В.А. Зиновьев/ С.Б. Лабецкий, П.П. Маслов и др.'- N2339270/24-07; Заявл. 13.11.79; Опубл. 07.07.85, Вюл.

N25.- Зс.

20. A.C. 117060?, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления дискового якоря электрической машины/ C.B. Лабецкий, П.П. Маслов, И.11. Гранкин.- N3644716; Заявл. 23.09.83; Опубл. 30.07.85, Вюл. N28.-Зс.

21. A.C. 1193748, Н02К 15/06 СССР. Способ изготовления дискового якоря электрической машины/ П.П. Маслов, И.П. Гранкин, C.B. Лабецкий.- N3640958/24-07; Заявл. 14.09.83; Опубл. 23.11.85, Вюл. N43,- 2с.

22. A.C. 1203648, Н02К 9/02 СССР. Электрическая машина торцового типа/ А.Ю. Гришпун, C.B. Лабецкий, П.П. Маслов.-N3770960/24-07; Заявл. 11.07.84; Опубл. 07.01.86, N1.- 2с.

23. A.C. 1229907, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления обмотки беспазового якоря электрической машины/ C.B. Лабецкий, П.П. Маслов,- N3807367/24-07; Заявл. 05.11.84, Вюл. N17.- 4с.

24. А,С. 1309193, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления волновой обмотки дискового якоря электрической машины/ П.П. Маслов, И.П. Гранкин, А.Ю. Гришпун и др.- N3939805/24-07; Заявл. 02.08.85; Опубл. 07.05.87, Бюл. N17,- 4с.

25. A.C. 1310958, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления многослойной обмотки электрических машин/ П.П. Маслов, И.П. Гранкин, В.В. • Казанцев и др.- N3922202/24-07; Заявл. 25.04.85; Опубл. 15.05.87, Бю*. N18.- Зс.

£6. A.C. 1314418, НОйК 15/00 СССР. Тепловая модель конусного якоря электрической машины/ П.П. Маслов, А.Ю. Гришпун.- N3927253/24-07; Заявл. 12.07.85; Опубл. 30.05.87, Вюл. N20.- 4с.

27. Бухгольц Ю. Г., Маслов Л.П. Математическая модель электродвигателя с коническим немагнитным проволочным яко-

рем( Исследование влияния исполнения якоря, выполненного методами безотходной технологии, на энергетические показатели).- Межвуэ.сб. науч. тр.: Экологически перспективные системы и технологии, Новосибирск, 1996, N1,- с.67-73.

28. Бухгольц Ю.Г., Маслов П.П. Расчет момента инерции беспазовых обмоточных структур электродвигателей с коническими немагнитными проволочными якорями, выполненными методами безотходной технологии .- Межвуз.'сб. науч. тр.: Экологически перспективные системы и технологии, Новосибирск, 1996, N1.- С.74-80.

29. Казанский В.М., Маслов П.П. К выбору оптимальной геометрии коллекторных исполнительных двигателей с дисковым проволочным якорем для электропривода промышленных роботов.-Мелшуз. сб. науч. тр.: Электромеханическое обеспечение автоматических комплексов, Новосибирск, 1979.- с.90-103.

30. Казанский В.М., Маслов П.П. О повышении технического уровня исполнительных электродвигателей постоянного тока.- Межвуз. ' сб. науч. тр.: Электромеханическое обеспечение автоматических комплексов, Новосибирск, 1978,- с.114-125. •.

31. Казанский В.М., Маслов П.П., Чуфаровский В.В. Беспазовые электродвигатели постоянного тока для электроприводов промышленных роботов и автоматических манипуляторов.-Материалы краткосрочного семинара: Системы управления электромеханическими исполнительными устройствами роботов и манипуляторов, Л., 1980.- с.16-20.

32. Маслов П.П. Определение элементов геометрии обмотки и буртов проволочного якоря.-Новосибирск, 1982.-Юс. (Рукопись деп. В Информэлектро Ы202эт-Д82 от 18.08.82r,) ..

33. Маслов П.П. Синтез .расчетной модели и способ оптимизации параметров электродвигателя с дисковым проволочным

якорем и возбуждением от постоянных магнитов.- Новосибирск, 1983.-23с. (Рукопись деп. в Информэлектро Ы76эт-Д83 от 23.10.83г.)

34. Маслов П.П, Гранкин И.П. О повышении технического уровня электродвигателей с дисковым якорем и возбуждением от постоянных магнитов.-Сб. науч. тр.: Физико-технические проблемы надежности электрических машин.-Киев: Наук.Думка, 1986.-c.123- 125.

35.. Маслов П.П. .Гранкин И.П. Определение элементов геометрии обмоток проволочных якорей с треугольным витком. -Новосибирск, 1982.-21с. (Рукопись деп. в Информэлектро Н268ЭТ-Д82 от 04.10.82г.).

36. Маслов П.П., Лабецкий С.Б. Исследование влияния формы витка обмотки на радиальную неизотермичность дискового проволочного якоря,- Новосибирск, 1983.-36с. (Рукопись деп. в Информэлектро М186зт-Д83 от 18.09.83).

Подписано в печатью.03.97о1>ормат 60x84 1/16.Бумага офсетная Тираж ЮОэкз. Уч.-изд.л. 1.4. Печ.л.1,5. Заказ N 95

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 20.

Перечень сокращений и обозначений параметров.

Введение.

Гл.1. Конструктивно-технологические особенности электродвигателей с коническими немагнитными проволочными якорями.

1.1. Конструктивные особенности ДНПЯ.

1.2. Основные принципы технологической реализации БОС НПЯ.

Гл.2. Расчет геометрии витка НПЯ. Исследование конструктивных ограничений на геометрию витка.

2.1. Расчет геометрии и определение конструктивных ограничений НПЯ с трапецеидальным витком

2.2. Расчет геометрии и определение конструктивных ограничений НПЯ с ромбовидной, треугольной и круглой формой витка.

Гл. 3. Расчет основных элементов геометрии технологической оснастки для изготовления НПЯ.

3.1. Элементы технологии и геометрии технологической оснастки группы способов с намоткой заготовки на линейный шаблон.

3.2. Элементы технологии и геометрии технологической оснастки группы способов с деформацией заготовки в "шестеренку".

3.3. Элементы технологии и геометрии технологической оснастки группы способов с намоткой заготовки на тороидальный шаблон.

Гл.4. Математическая модель ДНПЯ. Расчет параметров НПЯ.

4.1. Математическая модель и особенности синтеза ДНПЯ.

4.2. Методика расчета момента инерции НПЯ.

4.3. Экспериментальные исследования ДНПЯ.

Беспазовое исполнение электрических машин использовалось практически с самого начала развития электромашиностроения. Первые электрические машины, предложенные П. Барлоу (1824г.),М. Фарадеем (1831г.) и У. Риччи (1833г.) [39], бы-ли, по существу, электродвигателями с беспазовыми обмоточными структурами.

Внедрение шихтованных магнитопроводов с начала (80.90)"х годов прошлого века, образуемых из штампованных ферромагнитных листов, позволило существенно повысить технико-экономические показатели электрических машин и, вместе с тем, решить ряд задач конструкционного и технологического характера. В частности, размещение обмотки в пазах шихтованного магнитопровода позволило решить вопрос ее надежного закрепления, особенно на вращающихся частях, при одновременном уменьшении немагнитного зазора.

Вместе с тем, использование шихтованного магнитопровода для образования зубцово-пазовых структур и ярма предопределило практически исключительное распостранение электрических машин цилиндрического исполнения. Поэтому к концу прошлого-началу нынешнего века электрическая машина постоянного тока с зубцово-пазовой структурой на цилиндрическом шихтованном магнитопроводе, ставшим своего рода конструкционной аксиомой, приобрела все основные черты, присущие современным электродвигателям [44J.

Начиная с 50"х годов нашего столетия возникла потребность в быстродействующем электроприводе высокой точности, с высокими энергетическими и динамическими показателями.

Электродвигатели с зубцово-пазовой структурой не удовлетворяют предъявленным требованиям по указанным показателям. Они имеют в (5. .10)раз меньшее, чем требуется, собственное быстродействие при высоком уровне массы на единицу момента и низкую до (2. .3)крат перегрузочную способность из-за коммутационных ограничений. И хотя методы увеличения собственного быстродействия электродвигателей и снижения коммутационных ограничений,заключающийся в вынесении обмотки якоря из пазов магитопровода и, более того, выполнение БОС механически не связанной с магнитопроводом, были известны и ранее, освоению выпуска малоинерционных электродвигателй в промышленном масштабе препятствовала недостаточно развитая технологическая база производства и отсутствие целого ряда конструкционных материалов. Поэтому, несмотря на попытки создания малоинерционных электродвигателей с БОС , предпринимаемые с начала нашего века, например, предложенная Сайерсом (W.В.Sayers) в 1921г. конструкция гладкого якоря [78], их успешная технологическая реализация стала возможной лишь с начала 60"х годов [44,45].

Высокая потребность в малоинерционных электродвигателях, а главное, возможность сравнительно простого их промышленного выпуска вновь возродили интерес к поиску новых конструктивных и технологических решений как БОС так и электродвигателей в целом. В течение последних 40 лет были созданы и разработаны электродвигатели с цилиндрическим и дисковым печатным якорями, с гладким якорем (БОС расположена на магни-топроводе и механически с ним связана), полым якорем ( БОС механически не связана с магнитопроводом) и дисковым проволочным якорем. Принципиальным отличительным признаком указанных электродвигателей является наличие БОС.

Обладая конструктивной общностью-БОС, рассматриваемые электродвигатели имеют одинаковыми не только оценочный уровень показателей, но и характер изменения некоторых из них [45,47]. Например, оценки реализуемого уровня показателей для электродвигателей с цилиндрическими НПЯ и печатным якорем могут быть выражены следующими соотношениями

Юм * (0,18.0,25)-Мн0'35^ с » (2500. .3000)-Мн~0,2 ' Мн = [0.02.0.5]Ни (В. 1)

Оценки уровня показателей электродвигателей с дисковым печатным якорем могут быть произведены по соотношениям

Юм « (0,16. .0,21)-Мнол7 \ с * (3600. .7000) *МН~0>77 ' Мн = [0. 5. 4]Нм. (В.2) а электродвигателей с дисковым НПЯ по соотношениям и 0,35 с « сЦ-Мн'0'77 ' Мн - [0,2. .5]Нм, (В.З) где коэффициенты а^ и а^ приведены в табл. В. 1.

Таблица В.1 а1 Марка магнита индуктора

ЮНДК35Т5БА SmCo5 2БА1 а* 0,25 0.335 0,18 а* 4800 3100 920

Как следует из (В.2) и (В.З) рассматриваемые электродвигатели имеют достаточно близкие уровни и одинаковый характер изменения динамических показателей. При этом в области моментов Мн<(0,2. .0,25)Нм близки по уровню и энергетические показатели. Известно [48], что потери от вихревых токов в беспазовой обмотке якоря пропорциональны ширине проводника в 3~й степени т.е. Ьп3. С уменьшением Мн уменьшаются размеры якоря в целом и, в том числе, и ширина проводника Ьп, что, соответственно, резко уменьшает уровень вихревых потерь, приближая структуру потерь в печатном якоре к структуре потерь в НПЯ, в котором потери на вихревые токи ( в области dM3 < 0,001м) практически незначимы. С ростом Мн возрастает ширина печатного проводника и относительный уровень вихревых потерь. Поэтому, например, при Мн * 3,2Нм (Р2н = 1000Вт, <о = 314рад/с) удельный момент п^ ДНПЯ в 1,5 раза выше нежели у дискового электродвигателя с печатным якорем.

Из условия обеспечения допустимой по принятому классу нагревостойкости изоляции температуры обмотки наружный диаметр должен удовлетворять соотношению

В табл. В. 2. приведены оценочные значения коэффициента KsP = EPa/Ia2-Ra и структура значимых потерь в якоре.

Структура основных потерь, представленных в табл. В. 2., подтверждает практическую реализацию более высоких энергетических показателей ДНПЯ по сравнению с другими типами двигателей.

Сопоставляя изменение показателей ДНПЯ с цилиндрическим и дисковым якорями по по (В.1) и(В.3) можно сделать следующие выводы:

1) Уровень энергетических показателей дисковых электро

1/2

De > 2Х- 1а • £

ВЛ)

Таблица В. 2.

Электродвигатель с обмоткой якоря: Оценка Ksp Потери в якоре (Наличие-знак +)

В магнито-проводе Джоулевы в обмотке Вихревые в обмотке в пазах шихтованного магнитопровода 1,5-3 + + на поверхности магнитопровода 1,2-1.5 + + печатной 1,5-2 + + проволочной *1 + двигателей несколько выше, нежели у цилиндрических при одинаковом характере их изменения, что объясняется лучшими условиями теплоотдачи с поверхности дискового якоря, так как последняя осуществляется с двух торцевых сторон НПЯ. Следовательно, в общем случае

М дисковой Б0с/®М цилиндрической БОС (В. 5)

2) Характер изменения динамических показателей ДНПЯ с цилиндрическим и дисковым НПЯ существенно различен. Определяющим, в данном случае, является то обстоятельство, что с ростом наружного диаметра дискового якоря De момент инерции вращающихся частей J возрастает быстрее нежели, момент номинальный Мн, что и приводит к более существенной зависимости e=f(MH). Поэтому, как следует из (В.1) и (В.3), ДНПЯ с дисковым ротором в диапазоне моментов до Мн < (2,5. .3)Нм имеют более высокие динамические показатели.

Важно отметить, что коническое исполнение НПЯ и ротора позволяет варьировать характер изменения динамических показателей ДНПЯ в пределах (-0,77.-0,22), т.е. примерно в диапазоне (-3/4.-1/4), обеспечивая изменением угла конусности 0 при проектировании требуемый уровень динамических показателей при максимуме энергетических.

Следует отметить еще одно чрезвычайно важное достоинство НПЯ с коническим якорем: даже при сравнительно небольших углах конусности 0 * (5.10)° осевая жесткость конического ротора существенно (на один-два порядка) возрастает по сравнению с дисковой (см. рис. 1.10).

В настоящей работе дисковое и цилиндрическое исполнения НПЯ представлены как частные случаи общего- конического исполнения.

Исследуемые в настоящей работе электродвигатели просты по конструкции, имеют высокую конструктивную гибкость, сохраняя уровень показателей при варьировании основных элементов геометрии и сравнительно просто встраиваются и совмещаются как с редукторами, шарико-винтовыми парами и т.п. изделиями, так и с устройствами в целом, например, в корпусные детали звена промышленного робота или в корпус дисковода ЭВМ. Электродвигатели обладают достаточно высоким уровнем как динамических - (е, Тэм)) так и энергетических (Р2н• ч) показателей при сравнительно малой "весовой цене" реализуемых крутящих моментов и практически безотходной технологии.

Высокий уровень динамических и энергетических показателей предопределяет и области применения ДНПЯ. Это электропривод промышленных роботов и автоматических манипуляторов, электропривод механизмов подвижных устройств с автономными источниками питания, например, электропривод микроавтомобилей, стеклоочистителей и стеклоподъёмников автомобилей, автомобильных лебедок, а также электропривод механизмов, предъявляющих повышенные требования к качеству движения, например, дисководов ЭВМ, лентопротяжных устройств приборов и ЭВМ.

Активные размеры ДНПЯ определяются, в основном, уровнем теплонагруженности НПЯ т.е. допустимой величиной суммарных потерь, отводимых с поверхности якоря пропорциональных удельныму тепловому потоку с указанной поверхности. Суммарные же потери в ДНПЯ практически равны Джоулевым потерям в проводниках НПЯ, которые, в свою очередь, пропорциональны длине витка. Вместе с тем, в конических БОС размеры активной и лобовых частей взаимосвязаны, т.е. размеры лобовых частей в радиальном направлении определяют размеры внутреннего и наружного активных диаметров НПЯ и, соответственно, активную длину витка. Следовательно, точность определения параметров ДНПЯ, а также его энергетических и динамических показателей существенным образом зависит от точности расчета всех элементов геометрии витка обмотки НПЯ и от точности расчета геометрии технологической оснастки, обеспечивающей трансформацию витка заготовки в процессе изготовления от исходного технологического состояния (как правило на шаблоне для намотки) до собственно витка обмотки НПЯ. В связи с этим тема диссертационной работы является актуальной и представляет научный и практический интерес.

Несмотря на многообразие разработанных конструкций малоинерционных электродвигателей и значительное количество публикаций в настоящее время нет сколько-нибудь полных исследований и разработанных способов инженерных расчетов основных элементов геометрии и параметров НПЯ и технологической оснастки для их реализации для различных чисел пар полюсов и пар слоёв обмотки, угла конусности якоря в АЧ и в зонах ЛЧ, формы витка обмотки в АЧ и исполнения ЛЧ.

Поэтому основная цель диссертационной работы -разработка новых конструктивных решений ДНПЯ и НПЯ, а также способов их технологической реализации, способов расчета геометрии и параметров НПЯ и основных элементов геометрии технологической оснастки, обеспечивающей заданные размеры витка НПЯ. Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

- создание математической модели ДНПЯ, позволяющей с единых позиций исследовать влияние различных исполнений НПЯ на энергетические и динамические показатели электродвигателя;

- разработка способов расчета геометрии АЧ и ЛЧ и параметров НПЯ различных исполнений;

- разработка способов расчета основных элементов геометрии технологической оснастки по разработанным способам изготовления НПЯ;

- экспериментальная проверка на макетных образцах и физических моделях теоретических выводов и расчетных соотношений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. разработана математическая модель ДНПЯ, учитывающая рациональные исполнения НПЯ;

2. на основе линейной и круговой итнтерполяции геометрии пространственно расположенных ЛЧ в буртах разработан способ их математического описания;

3. на основе перехода от дифференциального уравнения. описывающего геометрию ЛЧ , расположенных по эвольвенте, прямым и дуге окружности, к конечным разностям разработан итерационный способ расчета геометрии ЛЧ без бурта;

4. аналитически показана практическая инвариантность распределения температуры проводников НПЯ по радиусу от закона тепловыделения по радиусу ( формы витка обмотки и исполнения ЛЧ);

5. определены геометрические ограничения и условия работоспособности обмоток НПЯ;

6. разработан аналитический способ расчета момента инерции ротора с различными формами витка обмотки и исполнениями ЛЧ.

Практическая ценность:

1. разработаны и запатентованы конструктивные решения ДНПЯ и НПЯ и способы их технологической реализации;

2. разработаны способы инженерных расчетов геометрии и параметров НПЯ в зависимости от исполнения АЧ и ЛЧ и основных элементов геометрии технологической оснастки для изготовления НПЯ. Способы ориентированы на проведение расчетов и выполнение элементов САПР на ЭВМ.

На защиту выносится:

- разработанные конструктивные решения и способы изготовления НПЯ;

- способ проведения оптимизационных расчетов применительно к ДНПЯ с получением оптимального коэффициента заполнения обмотки проводниками без проведения полной оптимизации ДНПЯ;

- способы расчета геометрии витка и параметров НПЯ различных исполнений, а также основных элементов геометрии технологической оснастки для реализации НПЯ и практические рекомендации по их проектированию;

- результаты численных и экспериментальных исследований.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 78 наименований, приложения на 9 страницах и содержит 131 страниц основного текста и 74 рисунка.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработаны и запатентованы новые конструктивные решения НПЯ и ДНПЯ а также способы изготовления НПЯ. Получены рациональные сочетания конструктивных элементов витков НПЯ а также рациональные сочетания элементов исполнения НПЯ и разработанных способов изготовления НПЯ.

2. На основе полученных аналитических и итерационных соотношений определены геометрические ограничения и области выполнимости НПЯ с различными исполнениями витков.

3. Получены соотношения для расчета длин полувитков конических НПЯ с ромбовидным, треугольным и круглым витками.

4. Определены относительные уровни реализуемых электромагнитных моментов ДНПЯ с эвольвентными ЛЧ и с ЛЧ по прямым с числом перегибов пР < 2.

5. Определены геометрические условия, обеспечивающие работоспособность обмотки, получаемой деформацией заготовки в "шестеренку".

6. Получены соотношения для расчета основных элементов геометрии технологической оснастки. Определены ограничения, накладываемые способами, на геометрию витков НПЯ.

7. Получены аналитические соотношения для расчета момента инерции НПЯ для рассмотренных исполнений витков.

8. Показано аналитическим путем практическое отсутствие влияния исполнения витка НПЯ на его радиальную неизо-тормичность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе впервые решены задачи анализа и синтеза геометрии и параметров немагнитных проволочных якорей электродвигателей постоянного тока и основных элементов геометрии технологической оснастки для их изготовления по разработанным способам. Разработанная математическая модель ДНПЯ, ориентированная на применение ЭВМ, позволяет проводить сравнение исполнений НПЯ по уровню реализуемых ими энергетических и динамических показателей без проведения глобальной оптимизации ДНПЯ.

1. А.С. 606190. Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления многослойной обмотки электрической машины/ Л.А. Горев-Булда-ков, В.М. Казанский, П. П. Маслов и др. N2384612/24-07; За-явл. 09.07.76; Опубл. 05.05.78, Бюл. N17.- 2с.

2. А.С. 606191, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления многослойной обмотки беспазового якоря электрической машины/ Л.А. Горев-Булдаков, В.М. Казанский, П.П. Маслов и др.-N2384625/24-07; Заявл. 09.07.76; Опубл. 05.05.78, Бюл. N17.-2с.

3. А.С. 635565, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления многослойной обмотки электрических машин/ Л.А. Горев-Булдаков, В.М. Казанский, П.П. Маслов и др. N2457990/24-07; Заявл. 01.03.77; Опубл. 30.11.78, Бюл. N44.-Зс.

4. А.С. 639061, H01R 39/04 СССР. Узел токосъема электрической машины/ B.C. Буданов, В.Н. Гатилов, Л.А. Го-рев-булдаков, П.П. Маслов.- N2415603/24-07; Заявл.28.10.76; Опубл. 25.12.78, Бюл. N47.- 2с.

5. А.С. 692002, Н02К 1/26 СССР. Ротор дисковой электрической машины/ А.Ю. Гришпун, В.М. Казанский. П.П. Маслов и др.- N2633685/24-07; Заявл. 21.06.78; Опубл. 15.10.79. Бюл. N38.- 2с.

6. А.С. 712903, Н02К 27/26 СССР. Дисковый ротор беспазовой электрической машины/ П.П. Маслов, А.Д. Неустроев, В. В. Чуфаровский. N2592934/24-07; Заявл. 21.03.78; Опубл. 30.01.80, Бюл. N4.- 2с.

7. А.С. 748598, H01R 39/04 СССР. Коллектор электрической машины/ Ю.В. Коваль, П.П. Маслов. N2601756/24-07; Заявл. 10.04.78; Опубл. 15.07.80, Бюл. N26.-Зс.

8. А.С. 750661, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления многослойной обмотки гладкого якоря электрической машины/ JI. А. Горев-Булдаков, В. М. Казанский, П. П. Маслов и др.-N2452788/24-07; Заявл. 15.02.77; Опубл. 23.07.80, Бюл. N27.- 4с.

9. А.С. 783894, H01R 39/04 СССР. Коллектор электрической машины/ В.М. Казанский, С.Б. Лабецкий, П.П. Маслов.-N2718215/24-07; Заявл. 29.01.79; Опубл. 30.11.80, Бюл. N44.-4с.

10. А.С. 851664, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления многослойных обмоток электрических машин/ B.C. Буданов, Л.А. Горев-Булдаков, П.П. Маслов и др. N2469612/24-07; Заявл. 01.04.77; Опубл. 30.07.81, Бюл. N28.-Зс.

11. А.С. 904115, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления ротора электрической машины с треугольной формой витка/ В.М. Казанский, С. Б. Лабецкий, П. П. Маслов и др. N2716825/24-07; Заявл. 26.01.79; Опубл. 07.02.82, Бюл. N5.- 4с.

12. А.С. 904116, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления ротора электрической машины с треугольной формой витка/ С.Б. Лабецкий, П.П. Маслов, С.П. Родигин и др.- N2779736/24-07; Заявл. 13.06.79; Опубл. 07.02.82, Бюл. N5.- 6с.

13. А.С. 904118, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления обмотки якоря электрической машины/ В. А. Зиновьев, П.П. Маслов, С.Б. лабецкий.- N2920427/24-07; Заявл. 07.05.80; Опубл. 07.02.82, Бюл. N5.- 4с.

14. А. С. 917268, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления дискового якоря электрической машины/ В. А. Зиновьев, С. Б.

15. Лабецкий, П.П. Маслов и др.- N2914924/24-07; Заявл. 25.04.80; Опубл. 30.03.82, Бюл. N12.- 4с.

16. А.С. 951576, Н02К 15/04 СССР. Устройство для изготовления якоря/С.Б.Лабецкий, П.П.Маслов и др.-N29220428/24-07; Заявл. 07.05.80; Опубл. 15.08.82, Бюл.N30.- Зс.

17. А.С. 955385, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления многослойной обмотки электрических машин/ В.А. Зиновьев, С.Б, Лабецкий, П.П. Маслов и др.- N2879293/24-07; Заявл. 05.02.80; Опубл. 30.08.82, Бюл. N32.- Зс.

18. А.С. 955386, Н02К 15/04 СССР. Устройство для укладки обмотки электрической машины/ С.Б. Лабецкий, П.П. Маслов.- N2919492/24-07; Заявл. 30.04.80; Опубл. 30.08.82, Бюл. N32.- Зс.

19. А.С. 1029341, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления ротора электрической машины с треугольной формой витка/ В.М. Казанский, С.Б. Лабецкий, П.П. Маслов,- N27168225/24-07; Заявл. 19.02.79; Опубл. 15.07.83, Бюл. N26.- Зс.

20. А.С. 1166223, Н02К 15/04 СССР. Устройство для изготовления обмотки якоря электрической машины с треугольной формой витка/ В.А. Зиновьев, С.Б. Лабецкий, П.П. Маслов и др.- N2839270/24-07; Заявл. 13.11.79; Опубл. 07.07.85, Бюл. N25.- Зс.

21. А.С. 1170607, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления дискового якоря электрической машины/ С.Б. Лабецкий, П.П. Маслов, И.П. Гранкин.- N3644716; Заявл. 23.09.83; Опубл. 30.07.85, Бюл. N28.-Зс.

22. А.С. 1193748, Н02К 15/06 СССР. Способ изготовления дискового якоря электрической машины/ П.П. Маслов, И.П. Гранкин, С.Б. Лабецкий.- N3640958/24-07; Заявл. 14.09.83; Опубл. 23.11.85, Бюл. N43.- 2с.

23. А. С. 1203648, Н02К 9/02 СССР. Электрическая машина торцового типа/ А. Ю. Гришпун, С.Б. Лабецкий, П.П. Маслов.-N3770960/24-07; Заявл. 11.07.84; Опубл. 07.01.86, N1.- 2с.

24. А. С. 1229907, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления обмотки беспазового якоря электрической машины/ С.Б. Лабецкий, П.П. Маслов.- N3807367/24-07; Заявл. 05.11.84, Бюл. N17.- 4с.

25. А.С. 1309193, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления волновой обмотки дискового якоря электрической машины/ П. П. Маслов, И.П. Гранкин, А.Ю. Гришпун и др.- N3939805/24-07; Заявл. 02.08.85; Опубл. 07.05.87, Бюл. N17.- 4с.

26. А.С. 1310958, Н02К 15/04 СССР. Способ изготовления многослойной обмотки электрических машин/ П. П. Маслов, И. П. Гранкин, В.Б. Казанцев и др.- N3922202/24-07; Заявл. 25.04.85; Опубл. 15.05.87, Бюл. N18.- Зс.

27. А. С. 1314418, Н02К 15/00 СССР. Тепловая модель конусного якоря электрической машины/ П.П. Маслов, А.Ю. Гришпун.- N3927253/24-07; Заявл. 12.07.85; Опубл. 30.05.87, Бюл. N20.- 4с.

28. Алексеев А.Е. Конструкция электрических машин.-М.-Л.: ГЭИ, 1958.- 428с.

29. Базакуца В.А. Международная система единиц/ Под общ. ред. Г. Д. Бурдука.- Харьков, Из-во Харьковск. гос. ун-та, 1970.- 210с.

30. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф., Ларионов А.Н. Электрические машины с постоянными магнитами.- М.-Л.:Энергия, 1964.-480с.

31. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б. В., Перель Л.Я. Подшипники качения: Справочник. -М.: Машиностроения, 1975.-572с.

32. Выбор оптимальной геометрии дискового проволочного якоря: Отчет Новосиб. электротехн. ин-та; Науч. руководитель темы: д.т.н. В.М. Казанский; N ГР 80062304; Инв. N Б891423.-Новосибирск, 1980.-63с.

33. Графики функций: Справочник/ Н.А. Вирченко, И. И. Ляшко, К.И. Швецов.-Киев: Наук. Думка, 1979.-320с.

34. ГутерР.С., Овчинский Б. В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта.-М.: Физматгиз, 1962.- 356с.

35. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. -М.:Наука, 1977.- 224с.

36. Десницкий Ю.П. Аналитический расчет эвольвентной секции двухслойной обмотки статора.-Электротехника, 1974, N12.-с.24-26.

37. Епифанцев А.Г. Особенности и технологические ограничения при новом способе изготовления гладких и полых обмоточных структур.- Межвуз. сб. науч. тр.: Беспазовые электрические машины и системы их управления, Новосибирск, 1976.-с.8-13.

38. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины. -М.:Энергия, 1980.- 928с.

39. Исследование возможности повышения перегрузочной способности электродвигателей типа ДДЯ. Патентный поиск: Отчет Новосиб. электротехн. ин-та; Науч. руководитель темы к. т.н. П.Н. Обухов; N ГР 01830041947; Инв-N 02840054013.-Новосибирск, 1984.- 27с.

40. Исследование возможности повышения перегрузочной способности электродвигателей типа ДЦЯ. Заключительный отчет: Отчет Новосиб. электротехн. ин-та; Науч. руководитель к.т.н. П.Н. Обухов; N ГР 01830041947; Инв. N02850031366.-Новосибирск, 1984.- 17с.

41. Исследование условий теплоотдачи с поверхности якоря дисковых двигателей с проволочным якорем. Аналитический обзор: Отчет Новосиб. электротехн. ин-та; Науч, руководитель д. т.н. В.М. Казанский; N ГР 80062304; Инв. N Б885542.- Новосибирск, 1980.-50с.

42. Казанский В.М., Кондратьев В.А. Коллекторные исполнительные двигатели постоянного тока.- Межвуз. сб. науч. тр.: Электромеханическое обеспечение автоматических комплексов, Новосибирск, 1977.-с.183-206.

43. Казанский В.М., Маслов П.П. К выбору оптимальной геометрии коллекторных исполнительных двигателей с дисковым проволочным якорем для электропривода промышленных роботов.

44. Межвуз. сб. науч. тр.: Электромеханическое обеспечение автоматических комплексов, Новосибирск, 1979.- с.90-103.

45. Казанский В.М., Маслов П.П. 0 повышении технического уровня исполнительных электродвигателей постоянного тока. Межвуз. сб. науч. тр.: Электромеханическое обеспечение автоматических комплексов, Новосибирск, 1978.- с.114-125.

46. Казанский В.М., Основич Л.Д. Малоинерционные электродвигатели постоянного тока с печатной обмоткой на якоре.- М.-Л.: Энергия, 1965.-96с.

47. Коген-Далин В.В., Комаров Е.В. Расчет и испытание систем с постоянными магнитами.- М.:Энергия, 1977.-248с.

48. Коллекторы электрических машин/ В.И. Бочаров. М.Т. Двойников, Б.Н. Красовский и др.-Под ред. Б.Н. Красовско-го.-М.:Энергия,1979. -200с.

49. Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи.- М.:Мир, 1983.-512с.

50. Курбатов П.А., Аринчин С.А. Численный расчет электромагнитных полей.М.:Энергоатомиздат, 1984.- 168с.

51. Кучера Я., Гапл Й. Обмотки электрических вращательных машин.-Прага, 1963.-981с.

52. Лифшиц П.С. Скользящий контакт электрических машин. -М.:Энергия, 1974.-272с.55.-Лифшиц П.С. Справочник по щеткам электрических машин. -М.:Энергоатомиздат, 1983.-216с.

53. Маслов П.П. Определение элементов геометрии обмотки и буртов проволочного якоря.-Новосибирск, 1982.-Юс. (Рукопись деп. в Информэлектро Ы202эт-Д82 от 18.08.82г.)

54. Маслов П.П. Синтез расчетной модели и способ оптимизации параметров электродвигателя с дисковым проволочным якорем и возбуждением от постоянных магнитов. Новосибирск, 1983.-23с. (Рукопись деп. в Информэлектро М76эт-Д83 от 23.10.83г.)

55. Маслов П.П, Гранкин И.П. 0 повышении технического уровня электродвигателей с дисковым якорем и возбуждением от постоянных магнитов.-Сб. науч. тр.: Физико-тхн. проблемы надежности электрических машин.-Киев: Наук. Думка, 1986.-с.123-125.

56. Маслов П.П. ,Гранкин И.П. Определение элементов геометрии обмоток проволочных якорей с треугольным витком. -Новосибирск, 1982.-21с. (Рукопись деп. в Информэлектро М268эт-Д82 от 04.10.82г.).

57. Маслов П. П., Лабецкий С.Б. Исследование влияния формы витка обмотки на радиальную неизотермичность дискового проволочного якоря.- Новосибирск, 1983.-36с. (Рукопись деп. в Информэлектро М86эт-Д83 от 18.09.83).

58. Обмотки электрических машин/ В. И. Зимин, М.Я. Кап-лан, A.M. палей и др.-Л.:Энергия, 1970.472с.

59. Постоянные магниты: Справочник/ Под ред. Ю.М. Пятина. -М.: Энергия,1971.326с.

60. Прочность и колебания элементов конструкций/ С.П. Тимошенко. М.:Наука, 1975. -704с.

61. Райфа Г. Анализ решений. Введение в проблему выбора в условиях неопределенности.- Пер. с англ.-М.: Наука, 1977.- 408с.

62. Рабочий проект двух типоразмеров двигателей постоянного тока с дисковым проволочным якорем: Отчет Новосиб. электротехн. ин-та; Науч. руководитель темы д.т.н. В.М. Казанский; N ГР 81076573; Инв.И 02811008493.- Новосибирск. 1981.- 15с.

63. Разработка и исследование исполнительных электродвигателей для роботов. Заключительный отчет: Отчет Новосиб. электротехн. ин-та; Науч. руководитель темы д.т.н. В.М. Казанский; N ГР 78020926; Инв. N Б803015.- Новосибирск. 1979.-32с.

64. Разработка и исследование прецезионного электропривода для управления ЭП СВЭМ. Патентный обзор: Коллекторы: Отчет Новосиб. электротехн. ин-та; Науч. руководитель темы д.т.н. В.М. Казанский; N ГР 80062304; Инв. N Б881579.- Новосибирск. 1980.- 78с.

65. Разработка малоинерционных электродвигателей постоянного тока с проволочным якорем и возбуждением от постоянных магнитов: Заключительный отчет Новосиб. электротехн. ин-та; Науч. руководитель темы д.т.н. В.М. Казанский; N ГР

66. У38826; Инв. N Б907025. Новосибирск, 1980.- 18с.

67. Сидоров 0.П. Методика расчета дисковых электродвигателей с печатной обмоткой и возбуждением от постоянных магнитов.-Тр. ВНИИЭМ. М.1972, Вып.39.-С.78-93.

68. Тозони 0.В. Расчет электромагнитных полей на вычислительных машинах.- Киев: Техника, 1967.- 252с.

69. Черноруцкий И.Г. Оптимальный параметрический синтез: Электротехнические устройства и системы.-Л.: Энергоато-миздат, 1987.-128с.

70. Шлыгин В.В. Прочностные расчеты электрических машин. -М. -Л.: ГЭИ, 1963.320с.

71. Электрические двигатели с гладким якорем для систем автоматики? Ю.К. Васильев, Г.В. Лазарев, Н.С. Рубан и др.-М.:Энергия, 1979.- 176с.

72. Эскизный проект гаммы типоразмеров электродвигателей мощностью до 1000Вт: Заключительный отчет Новосиб. электротехн. ин-та; Науч. руководитель темы д.т.н. В.М. Казанский; N ГР 80062304, Инв. N Б923943.- Новосибирск, 1980.-32с.

73. Юдаев Б.Н. Теплопредача: Учебник для вузов.М.: В. школа, 1981.-319с.

74. Пат.389177, 21d 1 (Deutsches Reich). Elektrische Maschine mit einem losen, der kreisenden Ankerwiklung nicht volgenden Kern/ W.B. Sayers.- 5s.