Аксиальные двигатели с печатным статором
Мы проектируем и собираем бесколлекторные двигатели, обмотка которых выполнена не намоткой провода, а проводящим рисунком печатной платы. Каждый двигатель рассчитывается под конкретное техническое задание: момент, обороты, напряжение, посадочные размеры.
Проект реализован при поддержке Фонда содействия инновациям в рамках программы «Студенческий стартап» мероприятия «Платформа университетского технологического предпринимательства» федерального проекта «Технологии».
Обмотка статора — это печатная плата. Такая замена снимает главное экономическое ограничение обычного моторостроения: зависимость стоимости изделия от размера партии.
Намоточная оснастка делается под конкретный типоразмер, и её стоимость раскладывается на партию. Печатная плата изготавливается по цифровой модели без оснастки — цена единицы одинакова хоть при одной штуке, хоть при сотне.
В статоре нет стального сердечника, поэтому магнитная проводимость зазора не зависит от угла поворота. Обесточенный вал проворачивается без рывков и фиксированных положений — важно для точного позиционирования и малошумных приводов.
Геометрия обмотки задаётся фотошаблоном, а не руками намотчика. Разброс характеристик между экземплярами определяется точностью изготовления платы.
Аксиальная (дисковая) компоновка даёт плоский двигатель. Базовое исполнение — 37 мм по оси при диаметре 100 мм.
Плата статора зажата между двумя роторами. Магниты работают навстречу друг другу через плату, поэтому магнитный поток проходит сквозь обмотку, а притяжение роторов замыкается внутри вала и не нагружает подшипники.
У нас нет складского каталога с фиксированными типоразмерами. Мы берём ваше техническое задание и считаем двигатель под него: диаметр и толщину, момент и обороты, напряжение питания, посадочные и присоединительные размеры.
Обсуждаем требуемые момент, обороты, напряжение, габарит и способ крепления. Достаточно понимания задачи — остальное подберём сами.
Считаем магнитную систему и обмотку в собственном программном комплексе, выпускаем конструкцию и производственные файлы.
Плата статора заказывается на заводе печатных плат, механика печатается и вытачивается, магнитопроводы режутся лазером. Сборка — у нас.
Каждый двигатель проходит испытания: обороты, потребляемая мощность, момент, нагрев. Результаты заносятся в паспорт изделия.
Типовой срок от согласованного технического задания до готового образца — 3–5 недель, из которых основная часть приходится на изготовление печатной платы сторонним заводом.
Печатный статор меняет не только способ изготовления обмотки. Он меняет то, как двигатель ведёт себя в работе.
Плавность вместо рывков. В статоре нет стального сердечника, а значит нет и зубцового момента: вал не залипает в предпочтительных положениях и одинаково легко останавливается в любой точке оборота. Для приводов позиционирования, оптики и точной механики это разница между «крутится» и «годится».
Лёгкий ротор — быстрый отклик. Вся активная масса собрана в двух тонких дисках. Момент инерции мал, привод охотно набирает и сбрасывает обороты и точно отрабатывает короткие перемещения.
Двигатель не греет сам себя. Стали в статоре нет — нет ни перемагничивания, ни вихревых токов в железе. На высоких оборотах остаются только потери в меди, и тепловой запас уходит на полезную работу, а не на нагрев магнитопровода.
Повторяемость вместо подгонки. Обмотка — это медный рисунок платы, изготовленный по одному и тому же файлу. Сопротивление, индуктивность и постоянная момента совпадают от экземпляра к экземпляру, поэтому настройки привода, найденные на первом двигателе, работают и на десятом.
Плоский формат. Аксиальная схема даёт диск, а не цилиндр. Двигатель встраивается туда, где для обычного мотора просто не хватает длины.
Ни один из этих параметров не закреплён навсегда. Диаметр и толщина, момент и обороты, напряжение питания, число полюсов, посадочные и присоединительные размеры — для нас это входные данные расчёта, а не свойства изделия, лежащего на складе. Мы меняем их под задачу и выпускаем производственные файлы заново.
Отправная точка разговора — диск Ø100 мм толщиной 37 мм на 24 вольта, с векторным управлением и датчиком положения. Это не каталожная позиция, а пример того, что получается из технического задания.
Уровень готовности технологии — TRL 3: ключевые характеристики подтверждены на лабораторном образце.
Все изображения — визуализация реальной конструкторской модели двигателя. Медный рисунок на плате статора соответствует производственным файлам, по которым изготовлены платы.
Технология рассчитана на задачи, где партия составляет от единиц до нескольких сотен изделий и где серийный двигатель не подходит по характеристикам или габариту.
Приводы позиционирования, где важны плавность хода и отсутствие фиксированных положений вала.
Установки и стенды с нестандартными требованиями, для которых нет серийных аналогов.
Малошумные компактные приводы со стабильными характеристиками.
НИОКР сторонних организаций, где важен короткий срок получения привода под уточняемое задание.
Собственная программа для расчёта и конструирования аксиальных двигателей с печатным статором. От числа полюсов до файлов для производства платы и деталей.
Motor Studio объединяет электромагнитный расчёт, поле обмотки, генерацию печатного статора, механику и подготовку иллюстраций. Конструктор задаёт число полюсов, магниты и обмотку, а программа проверяет схему, считает характеристики и выпускает Gerber и STEP.
Только симметричные трёхфазные обмотки, лучшие по обмоточному коэффициенту — первыми в списке.
Постоянная момента, обороты, КПД и карта КПД — для двухроторной и однороторной схем.
Расчёт по закону Био–Савара с анимацией вращения.
Генерация четырёхслойной платы статора с проверкой геометрии и выпуском Gerber.
Подшипники из каталога ГОСТ 8338, 3D-сборка, STEP, STL.
Готовый комплект иллюстраций по проекту одной кнопкой.
Версия 1.1. Windows 10/11.
Опишите задачу — ответим, реализуема ли она на этой технологии, и предложим расчёт.