До 90% разрабатываемых сегодня робототехнических комплексов (РТК) и беспилотных авиационных систем (БАС) содержат электродвигатель как тяговое устройство. Тому есть несколько причин: быстрое прототипирование, относительно низкая стоимость, удобство в управлении. Выбор подходящего решения для использования в качестве тягового электродвигателя или генератора во многом определяется условиями эксплуатации и необходимой (требуемой) механической характеристикой.
Из множества существующих электродвигателей наиболее изучены и чаще всего используются четыре: двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели, синхронные электродвигатели на постоянных магнитах, синхронные реактивные двигатели. Основные параметры электрических машин, которые необходимо учитывать: мощность электродвигателя, номинальная частота вращения, момент электродвигателя, момент инерции ротора, номинальное напряжение, электрическая постоянная времени, механическая характеристика; коэффициент полезного действия.
С возросшим интересом к электрическому транспорту целесообразно выбрать наиболее передовые решения в области электропривода. По прогнозам аналитиков, в ближайшие 5–10 лет каждый автомобиль в продаже будет гибридный или полностью на электроприводе. Стоимость электроавтомобилей, по версии Bloomberg New Energy Finance, станет ниже стоимости обычных автомобилей без государственных субсидий уже в 2025–2030 годы, а доля продаж к 2050 году может достичь 65–70%. Несмотря на ясность требований автомобильной промышленности, выбор наиболее подходящего электродвигателя для этой цели все еще остается проблемой. Большинство современных коммерческих электромобилей оснащены либо асинхронным двигателем, либо двигателем на постоянных магнитах.
Синхронные бесколлекторные электродвигатели с постоянными магнитами находят применение не только в автомобилестроении, но и в других отраслях промышленности, требующих приводных решений, в том числе: в бытовой технике, в масштабных радиоуправляемых моделях, в станках числового программного управления, в опорно-поворотных устройствах, в БАС и других.
Особенно часто такие двигатели используются в отраслях, где важны компактные размеры и низкая потребляемая мощность. Благодаря отсутствию технологических ограничений, электродвигатели этого типа могут быть изготовлены практически любых размеров.
Синхронные бесколлекторные электродвигатели с постоянными магнитами являются наиболее перспективными в диапазоне малых и средних мощностей благодаря своим высоким эксплуатационным характеристикам, обеспечивая простоту конструкции, отсутствие потерь на возбуждение и наличие высокой стабильной скорости вращения ротора. Это выделяет их из прочих электрических машин и обеспечивает им применение в системах автоматики, приводах подачи станков, прецизионных системах слежения, а также в системах, где стабильность скорости является первостепенным требованием, предъявляемым к технологическому процессу.
АО «НПО «Андроидная техника» с 2018 года разрабатывает собственные решения в области создания синхронных бесколлекторных электродвигателей серии AT Drive (рисунок 1а) и аксиальных бесколлекторных электродвигателей серии AX Drive (рисунок 1б).
Рисунок 1 - Бесколлекторные электродвигатели производства АО «НПО «Андроидная техника»
а) радиального типа (AT Drive); б) аксиального типа AX Drive
Эти электродвигатели хорошо себя зарекомендовали при применении на современных РТК, в коллаборативных манипуляторах, опорно-поворотных устройствах, системах точного позиционирования, в подводных аппаратах и спутниках. Синхронные бесколлекторные электродвигатели являются основой линейки сервоприводов ХАРЗА производства ООО «ИнноДрайв» (рисунок 2). Сервопривод применяется в широком круге систем и изделий для решения задач высокоточного позиционирования, в том числе в экстремальных условиях — высокие и низкие температуры, агрессивные среды, высокая влажность.
Рисунок 2 – Линейка сервоприводов Харза
В развитие технологий производства и поиск оптимальных конструктивных решений электродвигателей с радиальным и аксиальным магнитным потоком включается все больше производственных компаний в мире, также принимают активное участие и многие мировые университеты. Наблюдается рост публикационной активности и выполняемых исследований в области новых материалов, оптимизации дизайна конструкции электродвигателей.
В условиях санкционных ограничений со стороны стран, обладающих передовыми технологическими разработками, возникает необходимость наращивания научно-технического и технологического задела по наиболее перспективным направлениям развития электродвигателестроения. Одним из таких перспективных направлений является разработка и производство электродвигателей для БАС.
Применение электродвигателей на БАС обусловлено рядом причин, а именно:
— высокий коэффициент полезного действия (в случае применения бесколлекторного двигателя фактически может достигать 95%);
— синхронные электродвигатели с постоянными магнитами имеют значительно меньшую массу и габаритные характеристики, чем аналогичные по характеристикам двигатели внутреннего сгорания;
— не требуют применения топлива для обеспечения функционирования, что расширяет возможности конструирования БАС, т. к. не требуется предусматривать размещение в корпусе БАС топливопроводов;
— система питания синхронных электродвигателей с постоянными магнитами (аккумуляторная батарея менее взрывоопасна, чем аналогичная система с двигателем внутреннего сгорания);
— низкий уровень теплового излучения, что критически важно для полетных целей БАС и исключения (снижения) возможности обнаружения тепловым радаром и расширяет возможности применения БАС.
По оценкам Drone Industry Insights, опубликованным в апреле 2022 года, мировой рынок БАС вырастет до $41,3 млрд к 2026 году. В то же время объем российского рынка БАС к 2026 году, согласно распоряжению правительства РФ от 21.06.2023 г. № 1630-р, составит 50 млрд рублей. При этом примерный объем рынка двигателей для БАС достигнет 16 млрд рублей. Разработка и массовое производство собственных российских электродвигателей для БАС становится актуальным. Однако, в отличие от бесколлекторных электродвигателей радиального и аксиального типа, которые преимущественно производятся ручным и полуавтоматическим способом, производство электродвигателей БАС требует серьезного технологического оснащения. В противном случае производство электродвигателей БАС экономически нецелесообразно.
В НПО «Андроидная техника» с 2023 года ведется собственная разработка электродвигателей БАС под маркой АТБ, в настоящее время разработано и испытано три типа электродвигателей БАС: АТБ 3115, АТБ 8009 и АТБ 13715 (рисунок 3).
Рисунок 3 – Электродвигатели БАС производства АО «НПО «Андроидная техника»
а) АТБ 3115; б) АТБ 13715
Основные характеристики разработанных АТБ электродвигателей представлены в таблице.
Разрабатываемые электродвигатели спроектированы таким образом, чтобы присоединительные размеры позволяли выполнить замену зарубежного электродвигателя без применения дополнительных переходников или адаптеров.
Механическая характеристика электродвигателя близка к аналогам, однако за счет оптимизации конструкции удается сократить массу и повысить КПД. Также механическая характеристика электродвигателя может быть скорректирована таким образом, чтобы добиться наибольшей эффективности совместно с винтом.
Летом 2024 года предприятием разработаны новинки — электродвигатели серии AT DRIVE с высоким удельным крутящим моментом (рисунок 4).
Рисунок 4 – Электродвигатели серии AT DRIVE с высоким удельным крутящим моментом
Характеристики электродвигателей представлены в таблицах. В настоящее время доступны к заказу электродвигатели в размере 68, 112, 115, 130, 160 и 210.
Также в августе 2024 года предприятием освоено производство электродвигателя AT DRIVE 675х126Т (рисунок 5) для наклонно-поворотных столов металлообрабатывающих станков. Данные решения имеют широкий потенциал применения для привода различных типов оборудования: токарных, фрезерных и сверлильных станков; прессов; ленточных пил и других.
Электродвигатель имеет мощность около 16 кВт при номинальном напряжении 540 В, номинальный крутящий момент 2125 Н*м, пиковый крутящий момент 3800 Н*м. Более подробные технические характеристики представлены в таблице.
Для охлаждения электродвигателя предусмотрена герметичная водоохлаждающая рубашка с кольцевыми каналами по внешнему диаметру статора.
Рисунок 5 – Электродвигатель AT DRIVE 675х126Т для наклонно-поворотных столов металлообрабатывающих станков
Электродвигатели предприятия НПО «Андроидная техника» стали победителями национальной промышленной премии «Индустрия». Национальная промышленная премия Российской Федерации «Индустрия» учреждена в 2014 году Минпромторгом России в целях содействия внедрению перспективных технологий в промышленном производстве, общественного признания передовых практик российских компаний в области промышленного развития. В 2015 году премия получила статус правительственной.
Учитывая нарастающий спрос рынка на технологии отечественного производства, предприятие «НПО «Андроидная техника» готово в максимально короткие сроки выполнить разработку и изготовление электродвигателей по техническим требованиям заказчика. Стоит отметить, что средний срок получения заказчиком электродвигателя по требуемым характеристикам составляет 3–5 месяцев с момента согласования технического задания и подписания договора. Каталожные позиции электродвигателей практически всегда присутствуют на складе и могут быть отгружены в течение одного дня.
Более подробную информацию можно получить на сайте предприятия: npo-at.com
