История развития гистерезисных двигателей

В 1882 г. Американский профессор – электротехник Ч. Штейнметц дал формулу для расчета потерь на гистерезис, а в 1890 г. Изложил принцип работы ГД. Он связал гистерезисный момент с потерями мощности на перемагничивание ротора. Наибольшую известность в 20-30 годах приобрели микродвигатели Уоррена с расщепленной фазой. В 1937 г. Запатентован ГД с перевозбуждением. На первых этапах своего возникновения ГД рассматривался как физический феномен, а не как технически полезное устройство.

Первые серьезные работы по теории и практике создания ГД появились в 40-х годах: статья Тира по определению вращающегося момента, статья Яшке и Ротерса по расчету и проектированию ГД. В это время осуществлены первые попытки фундаментального анализа ГД как специфичной электрической машины. Предложен общий подход к анализу момента гистерезисной машины с тонким слоем ротора на немагнитной втулке, показано, что момент пропорционален площади петли распределения, связывающий индукцию и напряженность в тонком роторе. Впоследствии развитием теории и практики применения ГД занимались многие ученые – электромеханики в нашей стране: И.И. Горжевский, В.И. Перов, А.М. Ланген, О.Б. Певзнер, В.А. Лифанов и. др.

С 1950 г. Начались работы по ГД и в МЭИ на кафедре электрооборудования самолетов и автомобилей под руководством чл.-корр. АН СССР проф. А.Н. Ларионова. В дальнейшем в МЭИ образовалась научная школа, представителями которой являются: И.Н. Орлов, Н.З. Мастяев, Б.А. Делекторский, В.Н. Такрасов, В.Б. Никаноров, В.А. Трегубов, А.П. Селезнев, Н.А. Музыка, Ю.А. Музыка, Ю.Г. Марков и др.

Новым этапом развития ГД стали 1960-1980 гг. По окончанию предыдущего этапа сформировалась проблематика гистерезисных двигателей, и наметились пути ее решения. Кратко они сводятся к следующему:

• уменьшение высокой чувствительность механической характеристики к высшим пространственным гармоническим путем равномерного распределения секций обмотки, уменьшение шлица паза и применение потоковыравнивающих втулок;
• повышение коэффициента мощности и КПД в рабочем режиме путем применения гистерезисных материалов с высокой выпуклостью петли гистерезиса и режима перевозбуждения;
• снижение стоимости ротора благодаря уменьшению процентного содержания или исключения кобальта в гистерезисных сплавах, а так же отходов при производстве.

На этом этапе исследования ГД резко интенсифицировались. Следует отметить, что общие тенденции развития микроэлектромашиностроения в этот период стимулировали исследования в области однофазного гистерезисного двигателя, акцентировали внимание на работу гистерезисного двигателя от вентильных преобразователей, на гистерезисную муфту, на угловую характеристику и колебания ротора.

С 25 по 30 мая 1997 г. на базе отдыха "Курчатовец", неподалеку от г. Протвино, проходила очередная школа по прикладной сверхпроводимости (СП), организованная Институтом сверхпроводимости и физики твердого тела ГНИ "Курчатовский институт". В ней участвовали 77 специалистов из 19 организаций России и ближнего зарубежья. В 1986 г. на одной из предыдущих встреч довелось услышать первую информацию об открытии высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). Школа по прикладной сверхпроводимости возобновилась в 1996 г. после семилетнего перерыва, и в этом большая заслуга секции Научного совета по сильноточной сверхпроводимости и ее руководителя академика Н.А. Черноплекова.

На этой встрече прозвучал доклад К.Л. Ковалева (Московский авиационный институт) "Гистерезисные ВТСП (высокотемпературные сверхпордимые) двигатели - электрические машины нового типа", который был подкреплен действующей моделью. Мотор мощностью 100 Вт, работающий в жидком азоте, наглядно продемонстрировал возможности машин такого класса. Принцип действия гистерезисных ВТСП - двигателей состоит в отталкивании одноименных магнитных полюсов статора и объемного ВТСП - ротора. Необходимо отметить, что основной вклад в гистерезисные потери в роторе вносят внутригранульные токи. Для повышения мощности двигателя ротор изготавливается из керамики с крупными ВТСП - гранулами с высокой плотностью тока. Работы по созданию подобных моторов ведутся в МАИ с 1990 г. Изготовлена серия двигателей мощностью 50-100 и 300-500 Вт. Ведутся совместные исследования, поддерживаемые министерствами науки России и Германии, по созданию ВТСП - мотора мощностью 10 кВт.