Студенты и сотрудники Политехнического института Южно-Уральского государственного университета разработали уникальную электротрансмиссию для гибридного и электротранспорта − мотор-колесо для электроболида. Работа выполнялась в рамках проектного обучения студентов.
Основу устройства составляет специальная электрическая машина − вентильный электродвигатель комбинированного возбуждения. Особенность электродвигателя заключается в том, что индуктор имеет два источника магнитного поля: высококоэрцитивные постоянные магниты и бесконтактную обмотку возбуждения.
Мощные постоянные магниты позволяют получить большие моменты в малых габаритах диска колеса, а обмотка возбуждения дает возможность регулирования скорости в широком диапазоне по маломощной цепи возбуждения. Это на порядок снижает габариты электронной системы управления и позволяет расположить ее в мотор-колесе. Размещение всех компонентов в диске колеса освобождает подкапотное пространство для накопителя энергии и повышения комфортности водителя. Инновационность этого проекта подтверждена наличием патента Российской Федерации на конструкцию вентильного двигателя.
«Это технически очень сложное изделие. Оно содержит в себе вентильный электродвигатель, понижающий планетарный редуктор, тормозную систему, систему охлаждения, электронный коммутатор. Еще одна особенность. Год назад у нас была только запатентованная идея, как выполнить эту электротрансмиссию. Никаких научных заделов мы не имели, и ребятам пришлось пройти полный цикл разработки, как это происходит в реальном производстве: от технического задания до макетного образца», − говорит заведующий кафедрой ТОЭ Энергетического факультета Политехнического института, д.т.н. Сергей Ганджа.
Одним из наиболее ответственных узлов разработанной трансмиссии является понижающий планетарный редуктор. Сложность его разработки заключалась в том, что он должен был встроен в габариты диска колеса и вентильного электродвигателя. Было рассмотрено несколько вариантов компоновки редуктора. Наиболее удачным оказался вариант, предложенный профессором, д.т.н. Сергеем Кондаковым .
В настоящее время инновационное изделие мирового уровня можно создать только на стыке наук и технических дисциплин, поэтому данное изделие разрабатывалось совместно двумя факультетами Политехнического института ЮУрГУ: Автотракторным и Энергетическим.
Авторами данного проекта являются: доктор технических наук, профессор кафедры колесно-гусеничных машин Автотракторного факультета Сергей Кондаков, студент группы АТ-403 Алексей Ларин и аспирант АТ факультета Григорий Салимоненко. Также 8 студентов-бакалавров Энергетического факультета Политехнического института, проходящие элитную подготовку по 2 формату (факультативная форма): Подберезко Д., Гурьянов Д., Устименко В., Александров А., Баранников М., Гонтарев Г., Батуев В., Кулешов А., магистрант Чуйдук И. и заведующий кафедрой ТОЭ Энергетического факультета Политехнического института, д.т.н. Сергей Ганджа.
Основной задачей проектного обучения является подготовка специалистов высокого уровня для ведущих российских предприятий. Эту задачу можно выполнить только в том случае, если студенты в процессе обучения будут привлечены к работе над инновационными, наукоемкими проектами.
«Элитное образование подразумевает подготовку специалистов очень высокой квалификации, и здесь не обойтись без глубокого изучения отдельных дисциплин, в том числе фундаментальных, например, более тщательное изучение глав математики, физики, экономики. Знания, полученные в элитном образовании, позволяют эффективно работать в подобных проектах. Придя на производство, выпускники смогут решать технические задачи любой сложности в самых разнообразных сферах деятельности», − говорит заместитель директора Центра элитного образования Елена Куркина.
До начала работы над проектом студенты прошли усиленную базовую подготовку по математике, физике, ТРИЗ, английскому языку, экономике. На втором этапе ребята обучились профильным предметам для освоения программ Ansys Ekectroniсs Desktop, Ansys Electroniсs Citrix, Solidworks и Компас. Эти программы являются основными инструментами для проведения данной НИР. Обучение шло с использованием ресурсов суперкомпьютера ЮУрГУ. В результате ребята выполнили сложные электромагнитные расчеты, разработали электронную трехмерную цифровую модель, сделали альбом рабочих чертежей для изготовления макетного образца. По данным чертежам с использованием технологии 3D принтера подетально была изготовлена и собрана пластмассовая масштабная модель мотор-колеса. Она подтвердила собираемость изделия и правильность основных технических решений.
Одним из разработчиков стал студент Энергетического факультета Политехнического института ЮУрГУ Максим Баранников. Он с первого занятия начал посещать курсы в Центре элитной подготовки, где с остальными ребятами в ходе проектного обучения разработали мотор-колесо.
«Изначально нас обучали работе со специальными инженерными программами. Разбираться в них было довольно сложно, но интересно. На этом этапе мы практически создали свое устройство, но не реально, а в виде цифрового двойника. Я считаю, что в компьютерном моделировании заложен большой потенциал, который будет полезен для всей страны. Экономится большое количество времени и материальных ресурсов. После этого мы сделали чертежи, потом собрали мотор-колесо, которое уже можно было подержать в руках. Подготовка такого уровня, вероятно, стоит очень дорого, а в университете мы приобрели эти навыки в рамках нашего проектного обучения», − рассказывает Максим Баранников.
Проектное обучение группы элитной подготовки продолжается. В настоящее время решаются организационные вопросы по изготовлению натурного макетного образца для проведения стендовых испытаний. Полный объем работ по проекту планируется закончить к маю 2020 года к моменту выпуска студентов-бакалавров.
Мотор-колесо – это совокупность уникальной электрической машины и уникального планетарного редуктора с двухвенцовыми сателлитами. Его планируют испытать на электроболиде, который готовится для участия в международных соревнованиях «Формула студент». Цель этих соревнований − формирование инженерного мышления у студентов и воспитание специалистов, готовых к решению боевых творческих задач. Студенты Политехнического института планируют представить свою разработку уже в готовом варианте на этих соревнованиях.
