Научное направление:
«Концептуальные основы создания перспективных передач механической энергии для работы в экстремальных условиях на базе магнитных редукторов и вариаторов»
Шифры научных специальностей, в рамках которых разрабатывалось данное научное направление:
Краткая аннотация научного направления:
Классические трансмиссии (механические редукторы) практически исчерпали свои возможности и не в полной мере отвечают все возрастающим требованиям к мехатронным системам преобразования и распределения энергии. Износ классических трансмиссий из-за трения, необходимость постоянной смазки, ограниченный ресурс работы, люфты и механические соударения при резких колебаниях нагрузки, ограниченные возможности по дальнейшему росту плотности передаваемого момента снижает перспективы их применения в современных мехатронных системах генерации, преобразования, передачи и распределения энергии. Эти факторы сдерживают развитие отраслей экономики, связанных с освоением Арктики и регионов крайнего севера, производством и эксплуатацией космических и летательных аппаратов, автономных объектов авиакосмического, подводного и подземного транспорта, интеллектуальных роботизированных систем, автономных систем генерации энергии.
Данный проект направлен на исследование электромагнитных и электромеханических процессов в мехатронных системах преобразования и распределения энергии, построенных на основе магнитных редукторов и вариаторов. Основная цель теоретических исследований - разработка научно обоснованной методологии проектирования магнитных редукторов и вариаторов.
Магнитные редукторы и вариаторы предназначены для передачи и преобразования механической энергии и являются эффективной альтернативой механическим трансмиссиям. Данное направление соответствует мировым трендам в развитии современной науки и технологий и имеет значимый трансляционный потенциал. Разработка научно обоснованной методологии проектирования магнитных редукторов и вариаторов позволит быстро перейти к их коммерческому производству для практического использования в различных сферах жизнедеятельности человека.
Принцип работы магнитных редукторов и вариаторов базируется на эффекте магнитной редукции частоты вращения с целью разработки методологии их проектирования. Суть эффекта магнитной редукции основана на модуляции магнитного поля, создаваемого быстроходным ротором с постоянными магнитами, ферромагнитными сегментами тихоходного ротора с генерацией гармоник, которые кратны количеству пар полюсов постоянных магнитов на внешнем статоре. Это условие создаёт трансформацию момента. Фиксированное соотношение чисел пар полюсов постоянных магнитов быстроходного ротора и числа ферромагнитных сегментов на тихоходном роторе определяет передаточное отношение. Главной особенностью магнитного редуктора является отсутствие проблем механических повреждений, которые возникают внутри механических редукторов и приводят к выходу их из строя.
Далеко не последним аргументом в пользу концепции магнитных передач является практическая исчерпанность свойств механических передач по повышению качественных и количественных характеристик мехатронных систем. В тоже время копилка электромагнитных систем непрерывно пополняется передовыми и, в том числе, прорывными технологиями. Это высокоэнергетические постоянные магниты, «аморфное» железо, силовая высоковольтная электроника, микропроцессорное управление, высокотемпературные силовые полупроводниковые устройства, позволяющие упростить конструкцию электронных преобразователей за счет отказа от интенсивного охлаждения
Данный проект направлен на исследование электромагнитных и электромеханических процессов в мехатронных системах преобразования и распределения энергии, построенных на основе магнитных редукторов и вариаторов. Основная цель теоретических исследований - разработка научно обоснованной методологии проектирования магнитных редукторов и вариаторов.
Магнитные редукторы и вариаторы предназначены для передачи и преобразования механической энергии и являются эффективной альтернативой механическим трансмиссиям. Данное направление соответствует мировым трендам в развитии современной науки и технологий и имеет значимый трансляционный потенциал. Разработка научно обоснованной методологии проектирования магнитных редукторов и вариаторов позволит быстро перейти к их коммерческому производству для практического использования в различных сферах жизнедеятельности человека.
Принцип работы магнитных редукторов и вариаторов базируется на эффекте магнитной редукции частоты вращения с целью разработки методологии их проектирования. Суть эффекта магнитной редукции основана на модуляции магнитного поля, создаваемого быстроходным ротором с постоянными магнитами, ферромагнитными сегментами тихоходного ротора с генерацией гармоник, которые кратны количеству пар полюсов постоянных магнитов на внешнем статоре. Это условие создаёт трансформацию момента. Фиксированное соотношение чисел пар полюсов постоянных магнитов быстроходного ротора и числа ферромагнитных сегментов на тихоходном роторе определяет передаточное отношение. Главной особенностью магнитного редуктора является отсутствие проблем механических повреждений, которые возникают внутри механических редукторов и приводят к выходу их из строя.
Далеко не последним аргументом в пользу концепции магнитных передач является практическая исчерпанность свойств механических передач по повышению качественных и количественных характеристик мехатронных систем. В тоже время копилка электромагнитных систем непрерывно пополняется передовыми и, в том числе, прорывными технологиями. Это высокоэнергетические постоянные магниты, «аморфное» железо, силовая высоковольтная электроника, микропроцессорное управление, высокотемпературные силовые полупроводниковые устройства, позволяющие упростить конструкцию электронных преобразователей за счет отказа от интенсивного охлаждения
Аннотации трех наиболее значимых публикаций:
1.
ISSN 1068-798X, Russian Engineering Research, 2020, Vol. 40, No. 2, pp. 101–105. © Allerton Press, Inc., 2020.
Russian Text © The Author(s), 2019, published in Vestnik Mashinostroeniya, 2019, No. 11, pp. 31–35.
Structural Modeling of a Magnetic Clutch
A. V. Sapsalev, V. V. Bogdanov, M. A. Dybkov, and O. B. Davydenko
Abstract—The structure of a magnetic clutch is considered. The model of the clutch may be reduced to a twomass system. Representing the force exerted by the magnetic field between the half-clutches as a noninertial
elastic coupling, various structural models of the clutch are created. On the basis of Simulink–Matlab objectvisual simulation software, the transient processes in nonlinear and linearized systems are considered.
DOI: 10.3103/S1068798X20020173
2.
A. V. Sapsalev, M. A. Zharkov, S. A. Kharitonov, K. A. Kuratov, R. S. Aipov, N. P. Savin " Prospects for the Use of a Magnetic Gearbox in the
Electrical Equipment of Aircraft," 2019 International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS), Ufa, Russia, 2019, pp. 41-44,
Abstract— The article describes the design scheme of the magnetic gearbox of radial design. The kinematic scheme of connecting the prime motor with the working mechanism by means of a magnetic reducer is reduced to a computational model of a two-mass system with an elastic constraint, due to the force action of the magnetic field. The equations of a mathematical model of a magnetic reducer, on the basis of which its block diagram was synthesized, were compiled.
DOI: 10.1109/ICOECS46375.2019.8949993.
3.
A. V. Sapsalev, A. A. Achitaev, A. G. Pristup, N. P. Savin and S. A. Kharitonov, "Structural model of a magnetic gearbox," 2017 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM), Erlagol, 2017, pp. 568-571.
Abstract – The paper presents a structure of a magnetic gearbox. It is shown that a simulation model of a magnetic gearbox can be reduced to the two-mass system. Based on the representation of force impact of a magnetic field between two halfcouplings by inertialess flexible coupling, the structural model of the magnetic gearbox is developed. DOI: 10.1109/EDM.2017.7981819.
ISSN 1068-798X, Russian Engineering Research, 2020, Vol. 40, No. 2, pp. 101–105. © Allerton Press, Inc., 2020.
Russian Text © The Author(s), 2019, published in Vestnik Mashinostroeniya, 2019, No. 11, pp. 31–35.
Structural Modeling of a Magnetic Clutch
A. V. Sapsalev, V. V. Bogdanov, M. A. Dybkov, and O. B. Davydenko
Abstract—The structure of a magnetic clutch is considered. The model of the clutch may be reduced to a twomass system. Representing the force exerted by the magnetic field between the half-clutches as a noninertial
elastic coupling, various structural models of the clutch are created. On the basis of Simulink–Matlab objectvisual simulation software, the transient processes in nonlinear and linearized systems are considered.
DOI: 10.3103/S1068798X20020173
2.
A. V. Sapsalev, M. A. Zharkov, S. A. Kharitonov, K. A. Kuratov, R. S. Aipov, N. P. Savin " Prospects for the Use of a Magnetic Gearbox in the
Electrical Equipment of Aircraft," 2019 International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS), Ufa, Russia, 2019, pp. 41-44,
Abstract— The article describes the design scheme of the magnetic gearbox of radial design. The kinematic scheme of connecting the prime motor with the working mechanism by means of a magnetic reducer is reduced to a computational model of a two-mass system with an elastic constraint, due to the force action of the magnetic field. The equations of a mathematical model of a magnetic reducer, on the basis of which its block diagram was synthesized, were compiled.
DOI: 10.1109/ICOECS46375.2019.8949993.
3.
A. V. Sapsalev, A. A. Achitaev, A. G. Pristup, N. P. Savin and S. A. Kharitonov, "Structural model of a magnetic gearbox," 2017 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM), Erlagol, 2017, pp. 568-571.
Abstract – The paper presents a structure of a magnetic gearbox. It is shown that a simulation model of a magnetic gearbox can be reduced to the two-mass system. Based on the representation of force impact of a magnetic field between two halfcouplings by inertialess flexible coupling, the structural model of the magnetic gearbox is developed. DOI: 10.1109/EDM.2017.7981819.