Перспективы применения 3D-печатных криорезистивных обмоток для электрических машин
https://doi.org/10.25206/1813-8225-2025-195-66-72
EDN: QNWIPM
Аннотация
В статье представлен обзор литературы по криогенным электрическим машинам. Рассмотрены преимущества и недостатки их разработки и внедрения, проблемы, связанные с использованием высокотемпературных сверхпроводников. Рассмотрены различные подходы к криогенному охлаждению электрических машин, такие как непосредственный контакт хладагента с активными частями электрических машин и охлаждение через контакт активных частей с холодильной машиной. Представлено описание экспериментального стенда для оценки перспектив применения аддитивных технологий в проектировании и производстве обмоток для криогенных электрических машин и методика проведения испытаний печатной обмотки из алюминиевого сплава РС-300 (AlSi10Mg), изготовленной методом SLM-печати. Представлены результаты экспериментальных исследований, в ходе которых установлена зависимость между температурой обмотки, плотностью тока и мощностью тепловыделения. Сравниваются характеристики печатной алюминиевой обмотки с обмоткой из медного провода, изготовленной традиционным образом.
Ключевые слова
система охлаждения,
криогенное охлаждение,
печатная обмотка,
аддитивные технологии,
SLM печать,
криогенная электрическая машина,
AlSi10Mg.
При поддержке: Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда в рамках научного проекта № 24-29-00177 «Исследование и совершенствование систем охлаждения для повышения удельной мощности электрических машин».
Об авторах
О. А. Юшкова
Уфимский университет науки и технологий
Россия
Россия
ЮШКОВА Оксана Алексеевна, кандидат технических наук, доцент (Россия), старший научный сотрудник Передовой инженерной школы (ПИШ) «Моторы будущего»
AuthorID (РИНЦ): 725096
AuthorID (SCOPUS): 56708635300
ResearcherID: O-6498-2017
г. Уфа
И. Р. Гарипов
Уфимский университет науки и технологий
Россия
Россия
ГАРИПОВ Искандер Радикович, аспирант, инженер ПИШ «Моторы будущего»
AuthorID (РИНЦ): 1134606
AuthorID (SCOPUS): 57447078200
г. Уфа
И. Ф. Саяхов
Уфимский университет науки и технологий
Россия
Россия
САЯХОВ Ильдус Финатович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ПИШ «Моторы будущего»
AuthorID (РИНЦ): 918578
AuthorID (SCOPUS): 57195195950
ResearcherID: O-3928-2017
г. Уфа
Список литературы
1. Jansen R. H., Brown G. V., Felder J. L., Duffy K. P. Turboelectric aircraft drive key performance parameters and functional requirements. Proceedings of AIAA Propulsion & Energy. Orlando, FL, USA. 2015. URL: https://ntrs.nasa.gov/citations/20160006295 (accessed: 14.02.2025).
2. Berg F., Palmer J., Miller P., Dodds G. HTS system and component targets for a distributed aircraft propulsion system. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2017. Vol. 27 (4). P. 1–7. DOI: 10.1109/TASC.2017.2652319.
3. Ковалев Л. К., Ларионов А. Е., Модестов К. А. [и др.]. Перспективы применения криогенных электрических машин в авиации // Электричество. 2015. № 1. С. 4–13. EDN: TGTGYP.
4. Ковалев К. Л., Дежин Д. С., Иванов Н. С. Оценка перспектив увеличения удельной мощности электрических машин для БЭС и ПЭС // Вестник РГАТУ. имени П. А. Соловьева. 2015. № 4 (35). С. 9–16. EDN: VJIMVX.
5. Ковалёв Л. К., Ковалёв К. Л., Колчанова И. П., Полтавец В. Н. Зарубежные и российские разработки в области создания сверхпроводниковых электрических машин и устройств // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2012. № 6. С. 3–26. EDN: PJCMTH.
6. Guo Y., Majoros M., Cantemir C. G. [et al.]. Experimental study of two-phase cryogenic cooling of aluminum stator conductors using a single slot test configuration. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2024. Vol. 1301 (1). P. 012161. DOI: 10.1088/1757-899X/1301/1/012161.
7. Biasion M., João Fernandes F. P., Branco P. J. d. C., Vaschetto S. [et al.]. A Comparison of Cryogenic-Cooled and Superconducting Electrical Machines. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). 2021. P. 4045–4052. DOI: 10.1109/ECCE47101.2021.9595182.
8. Гарипов И. Р., Ахмедзянов Д. А. Системы терморегулирования перспективных дозвуковых летательных аппаратов // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2023. Т. 27, № 2 (100). С. 100–118. DOI: 10.54708/19926502_2023_272100100. EDN: AAGXHZ.
9. Grilli F., Pardo E., Stenvall A., Nguyen D. N. Computation of losses in HTS under the action of varying magnetic fields and currents. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2014. Vol. 24 (1). P. 78–110. DOI: 10.1109/TASC.2013.2259827.
10. Sibilli T., Senne C., Jouan H. [et al.]. Synergistic hybridelectric liquid natural gas drone: S.H.I.E.L.D. Aircraft Engineering and Aerospace Technology. 2020. Vol. 92, no. 5. P. 757–768. DOI: 10.1108/AEAT-10-2019-0211.
11. Çınar H., Kandemir I., Donateo T. Current Technologies and Future Trends of Hydrogen Propulsion Systems in Hybrid Small Unmanned Aerial Vehicles. Hydrogen Electrical Vehicles. Wiley & Sons Ltd, 2023. P. 75–109. ISBN 978-1-394-16638-1.
12. Гарипов И. Р., Саяхов И. Ф., Юшкова О. А. [и др.]. Обзор систем охлаждения криогенных электрических машин // Materials. Technologies. Design. 2023. Т. 5, № 1 (11). С. 13–26. DOI: 10.54708/26587572_2023_511113. EDN: KEVOXT.
13. Montoya R. A., Delgado S., Castilla J. [et al.]. Methods to simplify cooling of liquid helium cryostats. HardwareX. 2019. Vol. 5. DOI: 10.1016/j.ohx.2019.e00058.
14. Karagusov V. I., Levin S. L., Svjatyj V. V., Goshlja R. Ju. Superfluid helium сryostat for sensitive elements cooling. Procedia Engineering. 2016. Vol. 152 (4). P. 439–445. DOI:10.1016/j.proeng.2016.07.615.
15. Dyson R. W., Jansen R. H., Duffy K. P., Passe P. J. High efficiency megawatt machine rotating cryocooler conceptual design. 2019 AIAA/IEEE Electric Aircraft Technologies Symposium (EATS). 2019. P. 1–15. DOI: 10.2514/6.2019-4515.
16. Duffy K., Passe P., Dyson R. [et al.]. High Efficiency Megawatt Motor (HEMM) Cryocooler Linear Motor – Analysis and Test. AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum. 2020. DOI: 10.2514/6.2020-3601.
17. Xiao J., Zhao Y., Dutta R., Haran K. Rotating Cryocooler Performance for Superconducting Rotor. 2023 IEEE Power and Energy Conference at Illinois (PECI). 2023. DOI: 10.1109/PECI57361.2023.10197681.
18. Redmond J. H., Bott F. W. Development of cryogenic electric motors. SAE Technical Paper 640023. 1964. DOI: 10.4271/640023.
19. Chao G., Jiabao W., Shoudao H., Yaojing F. Characteristic analysis of the cryogenic permanent magnet synchronous motor for the submerged LNG pump. 2017 20th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). 2017. P. 1–4. DOI: 10.1109/ICEMS.2017.8056434.
20. Chengliu Ai., Yuanfeng Hu., Haifeng W. Main losses study of cryogenic induction motor for submerged liquid natural gas pump. 2015 18th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). 2015. P. 133–136. DOI: 10.1109/ICEMS.2015.7385014.
21. Guechi M., Desevaux P., Baucour P. [et al.]. Spray cooling of electric motor coil windings. Journal of Computational Multiphase Flows. 2016. Vol. 8 (2). P. 95–100. DOI: 10.1177/1757482X16653895.
22. Ping S., JinCheng F., Wei D. [et al.]. Study on Radial Oil Spray Cooling of end Windings with Hairpin Motors. DOI: 10.2139/ssrn.4718093.
23. Ghahfarokhi P. S., Podgornovs A., Kallaste A. [et al.]. Oil Spray Cooling with Hairpin Windings in High-Performance Electric Vehicle Motors. 2021 28th International Workshop on Electric Drives: Improving Reliability of Electric Drives (IWED). 2021. 9376390. DOI: 10.1109/IWED52055.2021.9376390.
24. Kim Y., Ki T., Kim H. [et al.]. High temperature superconducting motor cooled by on-board cryocooler. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2011. Vol. 21 (3). P. 2217–2220. DOI: 10.1109/TASC.2010.2094597.
25. Atrey M. D. Cryocoolers: Theory and Applications. Springer Nature, 2020. 236 p.
Рецензия
Для цитирования:
Юшкова ОА, Гарипов ИР, Саяхов ИФ. Перспективы применения 3D-печатных криорезистивных обмоток для электрических машин. Омский научный вестник. 2025;(3):66-72. https://doi.org/10.25206/1813-8225-2025-195-66-72. EDN: QNWIPM
For citation:
Yushkova OA, Garipov IR, Sayakhov IF. Prospects for application of 3D-printing cryoresistant windings for electric machines. Omsk Scientific Bulletin. 2025;(3):66-72. (In Russ.) https://doi.org/10.25206/1813-8225-2025-195-66-72. EDN: QNWIPM
Просмотров:
27
JATS XML
Послать статью по эл. почте 