Описание проекта

Тяговый электродвигатель для БПЛА^

1. Краткая характеристика (описание) положения в данной области в стране и за рубежом, существующие подходы к решению заявленной проблемы, имеющиеся аналоги и их основные характеристики.

Большинство производимых электродвигателей для БПЛА приходиться на китайские компании T-motor и Mad-components. У данных компаний есть линейки двигателей начиная от единиц Вт и заканчивая десятками кВт. Также под разные типы винтов. Производимые ими двигатели имеют довольно высокие удельные характеристики, приближаясь к 5кВт/кг. За счет большого объема производства, цены на данные двигатели умеренные. Остальные производители в мире проигрывают по удельной мощности и стоимости. В таблице указано сравнение зарубежного аналога в сравнении с изготовленным опытным образцом.

1. Цели проекта.

Создание и производство линейки тяговых электродвигателей БПЛА с повышенной удельной мощностью из отечественный материалов.

1. Задачи, предлагаемые к решению в рамках проекта.

Повышение удельных показателей тягового электропривода беспилотного летательного аппарата; повышение технологичности конструкции тягового электродвигателя; отработка новых технологий изготовления конструктивных частей электрической машины.

1. Актуальность реализации проекта и решаемой проблемы для Министерства обороны Российской Федерации и других федеральных органов исполнительной власти.

При реализации данного проекта будут спроектированы линейки тяговых электродвигателей для БПЛА под определенный винт и с необходимой мощностью. Разработана конструкторская документация для организации производства электродвигателей на любом малом и среднем предприятии Челябинской области и России.

1. Сущность и содержание предлагаемого решения заявленной проблемы (основные технические (физические) характеристики (параметры) объекта, особые условия эксплуатации (использования), другая информация, раскрывающая научное и (или) научно-техническое и (или) инженерно-техническое содержание, с приложением теоретических расчетов, схем, фотографий, видеофайлов, чертежей, результатов испытаний (апробации).

При проектировании электродвигателя для автономного подвижного объекта, как правило, основной задачей является разработка электрической машины, имеющей минимальные массогабаритные показатели. От эффективности работы электрической машины зависят габариты и масса источника питания, полупроводникового преобразователя. Поэтому наряду с требованиями минимальной массы должны обеспечиваться требования максимальной эффективности электромеханического преобразования энергии в разрабатываемой машине. Вместе с тем, указанные требования, как правило, противоречат друг другу: стремление уменьшить габариты и массу машины приводит к увеличению электромагнитных нагрузок ее активных частей, и, как следствие, к более интенсивным потерям в них. Поиск путей снижения массы и габаритов электрической машины при сохранении высоких энергетических показателей представляет собой важную научную и инженерную проблему.

В качестве тягового двигателя для БПЛА повсеместно используется трехфазный вентильный двигатель с возбуждением от высококоэрцитивных постоянных магнитов.

С целью максимального использования активного объема электрическая машина выполнена многополюсной с дробной зубцовой якорной обмоткой, число пазов которой на полюс и фазу меньше единицы. При этом обмотка каждой фазы состоит из ряда соединенных в определенной последовательности катушек, каждая из которых охватывает один зубец статора. Такая конструкция обмотки упрощает технологию ее изготовления, увеличивает коэффициент заполнения паза обмоточным проводом, и, самое главное, позволяет уменьшить длину лобовых частей, что сокращает расход меди, а, следовательно, массу и габариты машины

Машина имеет обращенную конструкцию, то есть вращается ее наружная часть, являющаяся индуктором, а внутренняя, несущая обмотку якоря, остается неподвижной. Это облегчает крепление постоянных магнитов, поскольку в данном случае они прижимаются к сердечнику ротора центробежной силой

Для уменьшения массы двигателя предлагается изготовить обмотку c помощью современного устройства 3D-печати (аддитивные технологии) и замены меди на алюминиевый сплав. При этом проводникам может быть придана практически любая форма, что позволяет максимально полно использовать площадь паза. Зазоры между проводниками обусловлены только необходимостью размещения электрической изоляции между ними и технологическими возможностями устройства печати. Межкатушечные соединения могут располагаться в удобном для этого месте, например в верхней части зубца, не занимая при этом полезной площади паза. Катушечная группа обмотки показана ниже:

1. Научная значимость проекта.

Увеличение удельной мощности по сравнению с электродвигателем традиционной конструкции составило 15% при сохранении уровня электромагнитных нагрузок.

1. Прикладная значимость проекта.

Подтверждена возможность изготовления обмоток электрических машин с помощью аддитивных технологий; разработана конструкция электродвигателя с обмотками, изготовленными посредством 3D печати из алюминиевого сплава;

1. Новизна предлагаемых научных, технических (технологических) решений.

Использование аддитивных технологий для изготовления обмотки электрической машины. Использование лёгких алюминиевых сплавов вместо меди.

1. Преимущества предлагаемых в проекте решений по сравнению с существующими в стране и за рубежом (преимущества подтверждаются сравнением числовых параметров по ключевым показателям, характеризующим свойства сравниваемых объектов. Рекомендуется представлять данные в табличной форме с указанием источника данных).

Преимущества разработки перед зарубежными конкурентами: полностью изготовлен из отечественных материалов, высокий КПД, большая удельная мощность, высокая частота вращения.

Один из аналогов предлагаемой разработки – китайский двигатель T-Motor U11 KV120.

1. Ожидаемые результаты от реализации проекта (описывается роль и место результатов проекта в системе обеспечения военной безопасности государства, боеготовности Вооруженных Сил, дается оценка значимости результатов выполнения проекта для создания новых классов вооружения, средств обеспечения боевых действий, продукции специального и двойного назначения).

Использование во вновь разрабатываемых БПЛА для МО и других отраслей промышленности тяговых электродвигателей полностью отечественного производства.

1. Планируемый к использованию в проекте отечественный
   и зарубежный опыт (результаты НИР, ОКР, авторские свидетельства, патенты, публикации и т.д.).

Имеется заявка на полезную модель № 2022113126/20(027334). «Активная часть электрической машины вентильного электропривода». Дата поступления заявки 17.05.2022.

1. Наличие научно-технического задела в данной области и в чем он выражается.

Проведен электромагнитный и тепловой расчет, проведено моделирование в ANSYS тягового электродвигателя с печатными обмотками. Разработан и испытан макет электродвигателя, снята характеристика холостого хода и рабочая характеристика.

1. Потенциальный заказчик (потребитель).

Предприятия производящие БПЛА, подтвердившие заинтересованность в продукте (переговоры были проведены на Архипелаге):

ГК «Геоскан»

ГК «Беспилотные системы»

Концерн «Калашников»

ООО «Лаборатория будущего»

GLORY AIR

ООО "Транспорт будущего"

ООО «Интегральные роботизированные технологии»

Molecule FPV , 

ACR

Майнд (Технопарк ZAGI)

Ardupilot.ru, 

УЗГА

Презентации

Тяговый электродвигатель для БПЛА

Пульс