ШВИДКОДІЮЧІ МІКРОДВИГУНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ: АНАЛІТИЧНА МЕТОДИКА ВИБОРУ МАГНІТНИХ НАВАНТАЖЕНЬ І КОНСТРУКЦІЇ ЯКОРЯ ЗА КРИТЕРІЄМ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОЇ СТАЛОЇ ЧАСУ

Михайло Коваленко; Віктор Гребєнніков; Андрій Стулішенко; Євген Ігнатюк

doi:10.20535/1813-5420.3.2026.369073

Т. · № 3 · 2026 жов 12, 2026 ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ В ЕНЕРГЕТИЦІ

ШВИДКОДІЮЧІ МІКРОДВИГУНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ: АНАЛІТИЧНА МЕТОДИКА ВИБОРУ МАГНІТНИХ НАВАНТАЖЕНЬ І КОНСТРУКЦІЇ ЯКОРЯ ЗА КРИТЕРІЄМ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОЇ СТАЛОЇ ЧАСУ

МК

Михайло Коваленко Відповідальний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна

ВГ

Віктор Гребєнніков Інститут електродинаміки Національної академії наук України, Україна

АС

Андрій Стулішенко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна

ЄІ

Євген Ігнатюк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна

Сторінки83-88 Опублікованожов 12, 2026 ЛіцензіяВідкритий доступ

PDF

ТОМ · № 3 · 2026 85 Переглянути випуск

Анотація

В даному дослідженні побудовано замкнену, розмірно узгоджену в СІ аналітичну методику оцінки та мінімізації електромеханічної сталої часу виконавчих мікродвигунів постійного струму на ескізному етапі проєктування. Методика ґрунтується на аналітичному виведенні співвідношень між сталою часу, магнітними навантаженнями, геометрією пазової зони та архітектурою ротора із символьною і чисельною верифікацією кожного результату.

Отримано інваріантну до розміру машини формулу сталої часу, закриту формулу оптимальної індукції у зазорі за обмежень насичення зубців і спинки якоря та точні співвідношення моментів інерції порожнистого і дискового якорів. Для геометрично подібних машин стала часу не залежить від діаметра якоря, а її мінімум за магнітним навантаженням є пологим.

Для класичного шихтованого якоря досяжними є значення 12–23 мс залежно від заповнення паза і теплового стану; перехід до порожнистого якоря знижує момент інерції у 5–10 разів і забезпечує одиниці мілісекунд. Методика дає конструктору явні залежності швидкодії від керованих параметрів машини.

Ключові слова

#мікродвигун постійного струму #електромеханічна стала часу #швидкодія #магнітне навантаження #порожнистий якір #дисковий якір #момент інерції

Посилання

S. J. Chapman, Electric Machinery Fundamentals, 5th ed. New York: McGraw-Hill, 2011.
J.-X. Shen and J. F. Gieras, Modern Permanent Magnet Electric Machines. Boca Raton: CRC Press, 2023, doi: 10.1201/9781003103073.
D. C. Hanselman, Brushless Permanent Magnet Motor Design, 2nd ed. Lebanon, NH: Magna Physics Publishing, 2006.
R. Krishnan, Permanent Magnet Synchronous and Brushless DC Motor Drives. Boca Raton: CRC Press, 2010.
A. Di Gerlando, G. Foglia, M. Iacchetti, and R. Perini, "Design criteria and operation analysis of a high speed brushless PM micro-motor," in Proc. XIX Int. Conf. Electrical Machines (ICEM), Rome, Italy, 2010, doi: 10.1109/ICELMACH.2010.5608301.
S. G. Min, "Analytical design and optimization of axial flux permanent magnet machines with slotless structure," IEEE Trans. Transp. Electrific., vol. 8, no. 2, 2022, doi: 10.1109/TTE.2021.3124258.
C. Chu and Y. Huang, "Analysis and verification of the method of improving inductance by magnetic endcaps in slotless permanent magnet motor," Machines, vol. 10, no. 4, Art. 274, 2022, doi: 10.3390/machines10040274.
H. Zhu, S. Shen, and X. Wang, "Multiobjective optimization design of outer rotor coreless bearingless permanent magnet synchronous motor," IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron., vol. 9, no. 5, pp. 5489–5498, 2021, doi: 10.1109/JESTPE.2021.3072773.
Z. Zhang and H. Zhu, "Decoupling control on outer rotor coreless bearingless permanent magnet synchronous motor using LS-SVM generalized inverse," Prog. Electromagn. Res. M, vol. 111, pp. 65–76, 2022, doi: 10.2528/PIERM22032601.
O. Tosun and N. F. Oyman Serteller, "The design of the outer-rotor brushless DC motor and an investigation of motor axial-length-to-pole-pitch ratio," Sustainability, vol. 14, no. 19, Art. 12743, 2022, doi: 10.3390/su141912743.
W. Zhang, H. Zhang, J. Mu, and S. Wang, "Design of a single-sided, coreless, flat-type linear voice coil motor," Actuators, vol. 12, no. 2, Art. 77, 2023, doi: 10.3390/act12020077.
Y. Zeng et al., "Influence of interference fit and temperature on high-speed permanent magnet motor," Appl. Sci., vol. 13, no. 20, Art. 11331, 2023, doi: 10.3390/app132011331.
Chumak, V., Kovalenko, M., Kovalenko, I., & Tkachuk, I. (2023). Eksperymentalne doslidzhennia universalnoho vysokoshvydkisnoho kolektornoho dvyhuna zminnoho strumu. Visnyk NTU «KhPI». Seriia: Problemy udoskonaliuvannia elektrychnykh mashyn I aparativ. Teoriia I praktyka, (1 (9), 39–44. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2023.1.06.
Chao K.-H., Huang K.-H., Guo Y.-H. Design of a brushless DC motor drive system controller integrating the zebra optimization algorithm and sliding mode theory. Electronics. 2025. Vol. 14, No. 17. Art. 3353. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics14173353.
Chao K.-H., Lin Z.-N. Design of a robust controller for speed sensorless brushless DC motor drive. Electronics. 2026. Vol. 15, No. 14. Art. 3126. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics15143126.
Kovalenko, M., Burlakov, A., & Kovalenko, I. (2025). Modeliuvannia kharakterystyk dvyhuna postiinoho strumu pryvodu palyvnoi systemy avtomobilia. Visnyk NTU «KhPI». Seriia: Problemy udoskonaliuvannia elektrychnykh mashyn I aparativ. Teoriia I praktyka, (1 (13), 37–43. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2025.1.08.
M.A. Kovalenko, O.L. Tymoshchuk, O.O. Samoilenko Development of an device for small power direct current motors testing with electromagnetic excitation. Enerhetyka: ekonomika, tekhnolohii, ekolohiia. 2019. – № 3 – s 87-93.

Ліцензія

CCBY 4.0

Creative Commons Із зазначенням авторства 4.0 Міжнародна

Ця робота має відкриту ліцензію: вільно поширюйте та адаптуйте її, посилаючись на авторів і журнал. Умови ліцензії ↗

Попередня у випуску НЕЛІНІЙНЕ КЕРУВАННЯ СТРУМОМ ЛУЖНОГО ЕЛЕКТРОЛІЗЕРА ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ВОДНЮ З УРАХУВАННЯМ ОБМЕЖЕННЯ НАПРУГИ ПЕРЕТВОРЮВАЧА Наступна у випуску ЗАСТОСУВАННЯ КОГЕНЕРАЦІЙНИХ УСТАНОВОК В УМОВАХ ДЕФІЦИТУ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПОТУЖНОСТІ

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ТЕСТУВАННЯ АЛГОРИТМУ КОМПЕНСАЦІЇ МЕРТВОГО ЧАСУ ІНВЕРТОРА НА ОСНОВІ GAN ТРАНЗИСТОРІВ ДЛЯ АСИНХРОННОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДУ

Сергій Ковбаса, Юрій Вербовий, Юрій Винничук

В статті представлено результати експериментального дослідження алгоритму компенсації мертвого часу, що базується на використанні інформації про миттєві напрями фазних…

#електропривод змінного струму #перетворювач частоти #автономний інвертор напруги #мертвий час

с. 65-75

10.20535/1813-5420.3.2026.367385

НЕЛІНІЙНЕ КЕРУВАННЯ СТРУМОМ ЛУЖНОГО ЕЛЕКТРОЛІЗЕРА ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ВОДНЮ З УРАХУВАННЯМ ОБМЕЖЕННЯ НАПРУГИ ПЕРЕТВОРЮВАЧА

Антон Торопов, Лілія Торопова, Михайло Гайко

В даній роботі розглядається питання побудови регулятора струму в електролізері. Побудована нелінійна математична модель системи стабілізації струму з урахуванням…

#електролізер #стабілізація струму #лінійно – квадратичний регулятор #нелінійне керування

с. 76-82

10.20535/1813-5420.3.2026.364565

ЗАСТОСУВАННЯ КОГЕНЕРАЦІЙНИХ УСТАНОВОК В УМОВАХ ДЕФІЦИТУ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПОТУЖНОСТІ

Владислав Цюх

У статті досліджено особливості застосування когенераційних установок в умовах дефіциту електричної потужності та потреби підвищення енергетичної стійкості з урахуванням…

#когенерація #високоефективна когенерація #газопоршнева КГУ #режими експлуатації

с. 89-97

10.20535/1813-5420.3.2026.370315

[1] S. J. Chapman, Electric Machinery Fundamentals, 5th ed. New York: McGraw-Hill, 2011.

[2] J.-X. Shen and J. F. Gieras, Modern Permanent Magnet Electric Machines. Boca Raton: CRC Press, 2023, doi: 10.1201/9781003103073.

[3] D. C. Hanselman, Brushless Permanent Magnet Motor Design, 2nd ed. Lebanon, NH: Magna Physics Publishing, 2006.

[4] R. Krishnan, Permanent Magnet Synchronous and Brushless DC Motor Drives. Boca Raton: CRC Press, 2010.

[5] A. Di Gerlando, G. Foglia, M. Iacchetti, and R. Perini, "Design criteria and operation analysis of a high speed brushless PM micro-motor," in Proc. XIX Int. Conf. Electrical Machines (ICEM), Rome, Italy, 2010, doi: 10.1109/ICELMACH.2010.5608301.

[6] S. G. Min, "Analytical design and optimization of axial flux permanent magnet machines with slotless structure," IEEE Trans. Transp. Electrific., vol. 8, no. 2, 2022, doi: 10.1109/TTE.2021.3124258.

[7] C. Chu and Y. Huang, "Analysis and verification of the method of improving inductance by magnetic endcaps in slotless permanent magnet motor," Machines, vol. 10, no. 4, Art. 274, 2022, doi: 10.3390/machines10040274.

[8] H. Zhu, S. Shen, and X. Wang, "Multiobjective optimization design of outer rotor coreless bearingless permanent magnet synchronous motor," IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron., vol. 9, no. 5, pp. 5489–5498, 2021, doi: 10.1109/JESTPE.2021.3072773.

[9] Z. Zhang and H. Zhu, "Decoupling control on outer rotor coreless bearingless permanent magnet synchronous motor using LS-SVM generalized inverse," Prog. Electromagn. Res. M, vol. 111, pp. 65–76, 2022, doi: 10.2528/PIERM22032601.

[10] O. Tosun and N. F. Oyman Serteller, "The design of the outer-rotor brushless DC motor and an investigation of motor axial-length-to-pole-pitch ratio," Sustainability, vol. 14, no. 19, Art. 12743, 2022, doi: 10.3390/su141912743.

[11] W. Zhang, H. Zhang, J. Mu, and S. Wang, "Design of a single-sided, coreless, flat-type linear voice coil motor," Actuators, vol. 12, no. 2, Art. 77, 2023, doi: 10.3390/act12020077.

[12] Y. Zeng et al., "Influence of interference fit and temperature on high-speed permanent magnet motor," Appl. Sci., vol. 13, no. 20, Art. 11331, 2023, doi: 10.3390/app132011331.

[13] Chumak, V., Kovalenko, M., Kovalenko, I., & Tkachuk, I. (2023). Eksperymentalne doslidzhennia universalnoho vysokoshvydkisnoho kolektornoho dvyhuna zminnoho strumu. Visnyk NTU «KhPI». Seriia: Problemy udoskonaliuvannia elektrychnykh mashyn I aparativ. Teoriia I praktyka, (1 (9), 39–44. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2023.1.06.

[14] Chao K.-H., Huang K.-H., Guo Y.-H. Design of a brushless DC motor drive system controller integrating the zebra optimization algorithm and sliding mode theory. Electronics. 2025. Vol. 14, No. 17. Art. 3353. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics14173353.

[15] Chao K.-H., Lin Z.-N. Design of a robust controller for speed sensorless brushless DC motor drive. Electronics. 2026. Vol. 15, No. 14. Art. 3126. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics15143126.

[16] Kovalenko, M., Burlakov, A., & Kovalenko, I. (2025). Modeliuvannia kharakterystyk dvyhuna postiinoho strumu pryvodu palyvnoi systemy avtomobilia. Visnyk NTU «KhPI». Seriia: Problemy udoskonaliuvannia elektrychnykh mashyn I aparativ. Teoriia I praktyka, (1 (13), 37–43. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2025.1.08.

[17] M.A. Kovalenko, O.L. Tymoshchuk, O.O. Samoilenko Development of an device for small power direct current motors testing with electromagnetic excitation. Enerhetyka: ekonomika, tekhnolohii, ekolohiia. 2019. – № 3 – s 87-93.