Оцінка питомих показників високошвидкісного двигуна з аксіальним магнітним потоком

Автор(и)

  • Михайло Коваленко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-5602-2001
  • Сергій Цивінський Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-2800-6709
  • Юрій Гайденко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0001-5862-2812
  • Олег Базаров Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0009-0008-8491-2678
  • Олег Труханов Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0009-0004-4040-2204

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-3944.2026.1.06

Ключові слова:

двигун з аксіальним магнітним потоком, постійні магніти, питомі показники, високошвидкісний двигун

Анотація

У роботі проведено оцінку питомих показників високошвидкісного двигуна з аксіальним магнітним потоком та збудженням від постійних магнітів, що використовуються як основний привід електромеханічних енергоефективних систем для літальних апаратів. До двигунів для літальних апаратів висовуються високі вимоги до питомих ваго-габаритних характеристик, питомої потужності та коефіцієнта корисної дії. В даному дослідженні проведено аналіз конструктивних особливостей двигуна з аксіальним магнітним потоком класичним методами розрахунку. Основну увагу приділено визначенню взаємозв’язку між геометричними розмірами активної зони, параметрами магнітної системи та електромагнітними навантаженнями, що безпосередньо впливають на питомі показники двигуна. У роботі використано аналітичні співвідношення для визначення основних геометричних розмірів, ваги та питомих показників активних матеріалів та проведено оцінку частки питомої ваги конструктивних елементів такого двигуна. В роботі враховано вплив конструкції та основних технічних показників постійних магнітів, величини повітряного зазору та топології обмотки на енергетичні та масогабаритні показники двигуна з аксіальним потоком. Отримані результати свідчать, що застосування двигуна аксіальної конструкції з аксіальним характером замикання основного магнітного потоку дозволяє досягти підвищених значень питомої потужності та зменшення маси двигуна порівняно з класичними конструкціями, особливо в діапазоні потужності 7,0-9,0 кВт що є критично важливим для високошвидкісних двигунів та літальних апаратів. Разом з тим, визначено обмежувальні фактори, пов’язані з тепловими режимами, механічною міцністю та втратами при високих частотах обертання та перемагнічування. Результати дослідження можуть бути використані при проєктуванні компактних високоефективних електромеханічних перетворювачів для транспортних, авіаційних та енергетичних систем.

Посилання

  1. Gieras, J.F., Wang, R.J., & Kamper, M.J. (2008). Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machines (2nd ed.). Springer Science & Business Media. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-8227-6.
  2. Kovalenko, M.A., & Chumak, V.V. (2021). Methodology of iterative calculation of axial flux permanent magnet motors for high-speed applications. Journal of Electrical Engineering & Technology, 16(4), 1895–1904. https://doi.org/10.1007/s42835-021-00742-w.
  3. Zhang, Z., Profumo, F., & Pellegrino, G. (2019). Design optimization of axial flux permanent magnet machines: A review. IEEE Transactions on Energy Conversion, 34(4), 2120–2132. https://doi.org/10.1109/TEC.2019.2937562.
  4. Parviainen, A. (2005). Design of axial flux permanent magnet machines [Doctoral dissertation, Lappeenranta University of Technology]. LUT Academic Repository. http://urn.fi/URN:ISBN:952-214-041-3.
  5. Kahourzade, S., Mahmoudi, A., Roshandel, E., & Ping, H. W. (2018). A review of axial flux permanent magnet machines: Topologies, magnetic materials and design processes. International Review of Electrical Engineering (IREE), 13(3), 180–195. https://doi.org/10.15866/iree.v13i3.14620.
  6. Vansompel, H., Lecluyze, C., & Sergeant, P. (2017). Power density and efficiency optimization of an axial flux permanent magnet machine with Yokeless and Segmented Armature. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64(12), 9340–9349. https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2711550.
  7. Woolmer, T.J., & McCulloch, M.D. (2007). Analysis of the Yokeless and Segmented Armature machine. 2007 IEEE International Electric Machines & Drives Conference, 704–708. https://doi.org/10.1109/IEMDC.2007.383651.
  8. Marignetti, F., Colli, V.D., & Coia, Y. (2008). Design of axial flux permanent-magnet synchronous machines with concentrated windings for wheel-motor applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55(10), 3593–3601. https://doi.org/10.1109/TIE.2008.924031.
  9. Ficheux, R.L., Caricchi, F., Crescimbini, F., & Honorati, O. (2001). Axial-flux permanent-magnet motor for direct-drive elevator systems. IEEE Transactions on Industry Applications, 37(6), 1693–1701. https://doi.org/10.1109/28.968180.
  10. Aydin, M., Huang, S., & Lipo, T.A. (2006). Axial flux permanent magnet disc machines: A review. Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), 122–127. https://doi.org/10.1109/SPEEDAM.2006.1649755.
  11. Gulec, M., & Aydin, M. (2018). Sizing and design optimization of an axial flux permanent magnet machine for a high-speed application. 2018 XIII International Conference on Electrical Machines (ICEM), 1145–1150. https://doi.org/10.1109/ICELMACH.2018.8506864.
  12. Di Gerlando, A., Fogliani, G., Iacchetti, R., & Perini, R. (2012). Axial flux permanent magnet machines: Design and analysis issues. 2012 XXth International Conference on Electrical Machines, 1245–1251. https://doi.org/10.1109/ICElMach.2012.6350036.
  13. Bogdanov, A.G., & Gieras, J.F. (2010). Specific power and efficiency of axial flux permanent magnet motors. Electrical Engineering, 92(4), 145–153. https://doi.org/10.1007/s00202-010-0172-3.
  14. Popescu, M., & Goss, J. (2014). High power density axial flux permanent magnet motor for automotive traction. 2014 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 1–6. https://doi.org/10.1109/ITEC.2014.6861833.
  15. Luo, C., & Fan, X. (2020). Performance analysis of high-speed axial flux permanent magnet synchronous motor with different rotor structures. IEEE Access, 8, 204561–204570. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3037412.
  16. Kovalenko M.A., Tsyplenkov D.V., Kovalenko I.Ya., Titov E.O., Bazarov O.O Mathematical simulation of brushless high-speed permanent magnet motor. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2025, № 4, 108-116. https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-4/108.
  17. 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.
  18. Kovalenko, M.A., Tkachuk, I.V., Kovalenko, I.Ya., Zhuk, S.O., & Kryshnov, O.O. (2024). Mahnitoelektrychnyi henerator z aksialnym mahnitnym potokom ta podviinym statorom dlia peretvorennia nyzkopotentsialnoi mekhanichnoi enerhii. Vidnovliuvana enerhetyka, (2(77), 13-20 DOI: https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.2(77).13-20.
  19. Kovalenko, M., Tsyvinskyi, S., Kovalenko, I., Haidenko, O., & Trukhanov, O. (2026). Analiz pytomykh vahohabarytnykh pokaznykiv vysokoshvydkisnoho synkhronnoho dvyhuna iz postiinymy mahnitamy. Elektrotekhnika ta elektroenerhetyka, (1), 27–37. https://doi.org/10.15588/1607-6761-2026-1-3.
  20. Chumak, V., Kovalenko, M., Kovalenko, I., Tkachuk, I., & Tymoshchuk, O. (2023). Matematychne modeliuvannia bezkontaktnoho aksialnoho mahnitoelektrychnoho heneratora iz podviinym statorom dlia elektrychnykh kompleksiv maloi potuzhnosti. Visnyk NTU «KhPI». Seriia: Problemy udoskonaliuvannia elektrychnykh mashyn I aparativ. Teoriia I praktyka, (2 (10), 20–25. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2023.2.04

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-30

Як цитувати

Коваленко , М. ., Цивінський , С. ., Гайденко , Ю. ., Базаров , О. ., & Труханов , О. . (2026). Оцінка питомих показників високошвидкісного двигуна з аксіальним магнітним потоком. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин I апаратiв. Теорiя I практика, (1 (15), 35–43. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2026.1.06

Номер

№ 1 (15) (2026): Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин і апаратів. Теорія і практика

Розділ

Електричні машини

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 М.А. Коваленко, С.С. Цивінський, Ю.А. Гайденко, О.О. Базаров, О.В. Труханов

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

1. 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.

2. 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.

3. 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.