Аналіз питомих вагогабаритних показників високошвидкісного синхронного двигуна із постійними магнітами
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2026-1-3Ключові слова:
питомі показники, синхронні двигуни, постійні магніти, високошвидкісний двигунАнотація
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.
Посилання
Kovalenko, M. A., Tsyplenkov, D. V., Kovalenko, I. Ya., Titov, E. O., & Bazarov, O. O. (2025). Mathe-matical simulation of brushless high-speed perma-nent magnet motor. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 108–116. https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-4/108.
Kovalenko, M. A., Tkachuk, I. V., Kovalenko, I. Ya., Zhuk, S. O., & Kryshnov, O. O. (2024). Mahnitoele-ktrychnyi henerator z aksialnym mahnitnym poto-kom ta podviinym statorom dlia peretvorennia ny-zkopotentsialnoi mekhanichnoi enerhii. Vidnovliu-vana enerhetyka, (2(77), 13-20 DOI: https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.2(77).13-20.
Kovalenko, M., Chumack, V., Grebenikov, V., Mazurenko, L., Tkachuk, I., Bazarov, O., & Titov, Y. (2025). Determining the influence of structural and electromagnetic parameters on active losses in an electric motor with permanent magnets for unmanned aerial vehicles. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(5 (138), 6–15. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.344817.
G. An, Q., Lu, Y., & Zhao, M. (2024). Review of Key Technologies of the High-Speed Permanent Magnet Motor Drive. Energies. https://doi.org/10.3390/1996-1073/17/21/5252.
Q. Shen, Z. Zhou, S. Li, X. Liao, et al. (2022). Design and Analysis of the High-Speed Permanent Magnet Motors: A Review on the State of the Art. Machines, 10(7), 549.
Guo, L. (2023). Design of High Power Density Double-Stator Permanent Magnet Synchronous Motor. IET Electrical Power Applications.
Usca-Gomez, H. G. (2025). A Review and Case of Study of Cooling Methods. Energies, 16(8), 437.
Vlachou, V. I. (2024). Overview on Permanent Magnet Motor Trends and Electromagnetic Analysis. Energies, 17(2), 538.
Azom, M. A. (2025). Review of Electrical and Thermal Modeling Techniques for Three-Phase PMSM Drives. CSOL Journal.
Wang, Y. (2023). Review of High Power Density and Fault-Tolerant Design. Energies, 16(19), 7015.
Chumak, V. V., Kovalenko, M. A., Tsivinskiy, S. S., Tkachuk, I. V., & Ponomarev, O. I. (2020). Mathemathical modeling of a synchronous generator with combined excitation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(5 (103)), 30–36. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.193495.
Cheng, M., Li, Z., Xu, S., & Pei, R. (2024). Design and calculation of multi-physical field of ultra-high-speed permanent magnet motor. Energies, 17(13), Article 3072. https://doi.org/10.3390/en17133072.
Zhang, M., Luo, S., Liu, X., & Li, W. (2021). The ed-dy current loss segmentation model of permanent magnet for temperature analysis in high-speed per-manent magnet motor. IET Power Electronics, 14(4), 751–759. https://doi.org/10.1049/pel2.12009.
Bi, Qing & Shao, Dingguo. (2023). Loss Analysis of High-Speed Permanent Magnet Motor for Cordless Vacuum Cleaner. Journal of Physics: Conference Se-ries. 2488. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2488/1/012021.
Liu, Z., Zhang, G., & Du, G. (2024). An investigation into the pole–slot ratio and optimization of a low-speed and high-torque permanent magnet motor. Applied Sciences, 14(10), Article 3983. https://doi.org/10.3390/app14103983
Zeng, Y., Yang, S., Yang, X., Wang, Q., Zhang, L., Hao, J., & Hua, W. (2023). Influence of interference fit and temperature on high-speed permanent magnet motor. Applied Sciences, 13(20), Article 11331. https://doi.org/10.3390/app132011331
Wang, Y., Ge, B., Wang, L., & Liu, S. (2023). Friction loss calculation and thermal analysis of submerged low temperature high speed permanent magnet motor. IEEE Access, 11, 107116–107125. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3320683.
Li, Zheng & Wang, Pengju & Liu, Libo & Xu, Qianqian & Che, Shuai & Zhang, Lucheng & Du, Shenhui & Zhang, Hongjie & Sun, Hexu. (2022). Loss calculation and thermal analysis of ultra-high speed permanent magnet motor. Heliyon. 8. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11350.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 M.A. Kovalenko, S.S. Tsyvinskyi, I.Y. Kovalenko, Y.A. Haidenko, O.V. Trukhanov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
