Technologia maszyn elektrycznych nowej generacji

Głównym celem jest opracowanie podstaw naukowych, procedury projektowania i technologii wykonania bezrdzeniowych elektromechanicznych przetworników energii (EMPE) z magnesami trwałymi nowej generacji o komutacji elektronicznej do zastosowania w specjalizowanych układach napędowych o wysokich parametrach technicznych oraz sformułowanie odpowiednich metod i algorytmów ich sterowania. W rdzeniowych silnikach elektrycznych z magnesami trwałymi występuje szereg niepożądanych zjawisk fizycznych związanych między innymi z pulsacją momentu elektromagnetycznego (silnie występującej w strukturach zębowych stojana), które wywołują wibrację i hałas oraz pogarszają jakość ruchu i sprawność maszyny. Problemy te mogą być rozwiązane między innymi poprzez zastosowanie konstrukcji bezrdzeniowych silników elektrycznych z magnesami trwałymi, których właściwości pozwalają na osiąganie wysokich sprawności (ponad 95%), przy zachowaniu minimalnej pulsacji momentu. Brak rdzeni magnetycznych powoduje jednak osłabienie pola magnetycznego w szczelinie powietrznej co skutkuje stosunkowo niskim współczynnikiem wykorzystania tego typu maszyn. W wykorzystując teoretyczne i doświadczalne wyniki badań własnych oraz aktualny stan wiedzy na temat nowych materiałów magnetycznych i nowatorskich koncepcji tworzenia obwodów wzbudzenia od magnesów trwałych, w układach koncentrujących pole magnetyczne w szczelinie roboczej, możliwe jest konstruowanie maszyn bezrdzeniowych o wysokich parametrach eksploatacyjnych. Proponowane struktury EMPE posiadać będą wysoką gęstość mocy i wysoką sprawność silnika, gdyż nie zastosowano w nich pakietów z blach stalowych, które odpowiedzialne są za straty od prądów wirowych i histerezy, a więc i za obniżenie sprawności i mocy wyjściowej. Ponadto, cewki uzwojeń sterowania, stanowiące twornik EMPE, będą miały mała stałą czasową, co znacznie zwiększa parametry dynamiczne. Magnetyczne oddziaływanie, które powodują żłobkowane laminaty z blach, będzie wyeliminowane. Te cechy faktycznie wyeliminują skoki wirnika, co zminimalizuje pulsacje prędkości i momentu. Istotą projektu będzie przedstawienie sposobów podwyższenia wartości indukcji pola magnetycznego przy zadanym rozkładzie trapezoidalnym lub sinusoidalnym w obszarze przetwarzania energii EMPE typu cylindrycznego oraz tarczowego potwierdzonych rezultatami badań symulacyjnych i eksperymentalnych modeli doświadczalnych silników bezrdzeniowych. Analiza studialna, literaturowa oraz badania własne pokazały, że postawione zadanie można osiągnąć dzięki wykorzystaniu nowych złożonych obwodów magnetycznych. W projekcie przewiduje się opracowanie sposobów podwyższania indukcji pola magnetycznego w szczelinie powietrznej z jednoczesną minimalizacją pulsacji momentu elektromagnetycznego. Ostatnim etapem projektu będzie opracowanie elementów teorii nowoczesnych bezrdzeniowych maszyn elektrycznych z zastosowaniem koncentratów pola magnetycznego przy jednoczesnym uwzględnieniu aspektów cieplnych i podniesienia wartości średniej jednostkowego momentu elektromagnetycznego. Efektem będzie wykazanie bardzo dobrych właściwości nowych typów maszyn na tle współczesnych znanych silników z magnesami trwałymi.