24 Июня 2026

Анализ энергоэффективности бесколлекторных двигателей в различных режимах работы

Российский рынок электродвигателей активно растёт за счёт отечественных производителей, хотя доля импорта из Китая пока сохраняется.

С 2018 года АО «НПО «Андроидная техника» серийно выпускает бесколлекторные синхронные электродвигатели (BLDC) напряжением до 800 В и мощностью до 200 кВт. Высокие показатели энергоэффективности бесколлекторных электродвигателей производства АО «НПО «Андроидная техника» становятся основой технологического суверенитета.

КПД двигателей AT Drive достигает 87%, что соответствует лучшим мировым образцам. За эту разработку предприятие получило Национальную промышленную премию «Индустрия» в 2024 году. Для АО «НПО «Андроидная техника» энергоэффективность двигателей AT Drive стала конкурентным преимуществом, позволяющим замещать импортные аналоги в станкостроении, робототехнике, авиации и даже космосе.

Заявленные 87% КПД — это не маркетинговый ход, а результат оптимизации: подбор неодимовых магнитов, точный расчёт ротора и системы управления. Чтобы понять истинную ценность высокоэффективного двигателя, необходимо провести анализ его работы в ключевых режимах: пусковом, номинальном, при перегрузке и при частичных нагрузках.

На основе анализа научных публикаций показано, что современные методы оптимизации позволяют повысить энергоэффективность BLDC-двигателей на 7–15% по сравнению с базовыми конструкциями, а в сравнении с коллекторными двигателями — до 20–25%. Бесколлекторные двигатели постоянного тока (BLDC) стали неотъемлемым элементом современной электромеханики благодаря компактности и надёжности.

1. Оптимизация конструкции ротора
1.1. Применение алгоритмов оптимизации для проектирования ротора

Трёхмерный анализ методом конечных элементов подтверждает улучшение параметров магнитного потока и момента инерции ротора при увеличении толщины магнитов.

1.2. Многоэтапная оптимизация энергоэффективности

Ученые (Хсяо и Хтет, 2024) придумали, как улучшить бесколлекторный электродвигатель (BLDC), чтобы он тратил меньше энергии. Они не стали менять что-то одно, а применили целую систему:

– Сначала с помощью метода Тагути нашли самые важные параметры, которые сильнее всего влияют на работу двигателя.

– Затем с помощью метода отклика (RSM) подобрали наилучшие значения этих параметров.

– И наконец, проверили всё в компьютерном моделировании (FEM) — как поведёт себя двигатель в реальности.

Все расчёты делали в программе JMAG v21.2. Она подтвердила, что после всех настроек двигатель действительно стал работать эффективнее.

1.3. Сравнительный анализ конструкций с различными типами магнитов

Сравнение разных магнитов показывает, что эффективные двигатели требуют дорогих материалов: неодимовых сплавов, большего количества меди в обмотках, точного воздушного зазора и продуманной вентиляции. Это даёт прирост КПД на 7–10%.

2. Совершенствование алгоритмов управления как ресурс энергосбережения

Эффективность BLDC-двигателя в значительной степени определяется качеством системы управления, особенно в динамических режимах работы. Активно применяются эвристические методы – они помогают настроить регуляторы так, чтобы снизить потери.

2.1. Многокритериальная оптимизация ПИ-регуляторов

Накви с соавторами (2024) предложили настройку ПИ-регулятора с помощью роевых алгоритмов. Это дало высокую точность и низкое энергопотребление. А гибридные контроллеры, где ПИ-регуляторы работают с методами машинного обучения, снижают пульсации крутящего момента, что непосредственно влияет на повышение общего КПД двигателя.

2.2. Сравнительный анализ методов управления для различных режимов работы
Обзор 2023 года подтверждает: для каждой задачи (скорость, нагрузка, старт) нужен свой метод управления, и выбор стратегии критически важен.
3. Системные аспекты энергоэффективности BLDC-приводов

Энергоэффективность BLDC-двигателя не может рассматриваться изолированно от всей системы электропривода.

3.1. Интеграция с системами накопления энергии

В обзорной работе Абд Азиза и соавторов (2023) рассматривается применение BLDC-двигателей в электромобилях в сочетании с различными системами накопления энергии: батарейными (BESS), суперконденсаторными (SESS) и гибридными (HESS). Главная задача — распределять потоки энергии так, чтобы не перегружать аккумулятор.

3.2. Стандартизация оценки эффективности контроллеров

Обществом автомобильных инженеров (SAE) был опубликован стандарт SAE J3109. Данный документ определяет процедуры измерения эффективности контроллеров. Появление такого стандарта свидетельствует о зрелости технологий и необходимости объективной оценки энергетических характеристик BLDC-приводов.

4. Сравнительный анализ энергоэффективности с альтернативными типами двигателей

Для объективной оценки преимуществ BLDC-двигателей важно сопоставление с другими типами электродвигателей. Проведён сравнительный анализ электроприводов на основе двигателя постоянного тока с постоянными магнитами и бесколлекторный двигатель.

Результаты моделирования показали, что в номинальном режиме значения коэффициента мощности и КПД для бесколлекторного привода составляют 0,95 и 89,64–98,82% соответственно. Для сравнения, у привода на основе коллекторного двигателя эти показатели равны 0,6 и 50–98,55% соответственно. Кроме того, бесколлекторный привод легче, компактнее и при векторном управлении демонстрирует лучшие показатели.

Бесколлекторные электродвигатели остаются одними из самых эффективных на рынке. Современные методы оптимизации конструкции ротора позволяют повысить энергоэффективность на 7–15% по сравнению с базовыми конструкциями. Сравнительный анализ показывает превосходство бесколлекторных электродвигателей над коллекторными аналогами по КПД на 10–20% в зависимости от режима работы. Внедрение адаптивных алгоритмов управления и интеграция с современными системами накопления энергии открывают новые возможности для дальнейшего повышения энергоэффективности.

АО «НПО «Андроидная техника» (входит в АО «Корпорация Робототехники») имеет многолетний опыт производства электродвигателей. Предприятие серийно выпускает высокомоментные синхронные бесколлекторные электродвигатели с постоянными магнитами серии АТ Drive в корпусном и бескорпусном исполнении мощностью от 60 Вт до 10,7 кВт. Технические характеристики электродвигателей позволяют в определенных случаях проектировать безредукторные схемы, что значительно увеличивает срок службы изделия. Электродвигатели серии АТ Drive отличаются высокой энергоэффективностью и способствуют снижению энергозатрат конечного продукта.

С 2024 года на предприятии серийно производятся синхронные бесколлекторные электродвигатели с постоянными магнитами ATМ 675х126Т для станков мощностью 16 кВт, которые высоко оценили профильные организации-потребители.

В 2025 году АО «ПК НПО «Андроидная техника» выпущена новая линейка сервоприводов ATDS, аналоги которых российского производства на сегодняшний день отсутствуют. Высокоточные приводные системы подходят для широкого спектра применения.

Возможность замены иностранных комплектующих на отечественные с целью снижения зависимости от поставщиков комплектующих западного производства и уменьшения влияния политических и валютных рисков. Применение электродвигателей серии AT Drive, включенных в реестр отечественной промышленной продукции в соответствии с Постановлением Правительства от 17.07.2015 г. № 719, позволит снизить российским производителям адвалорную долю конечного изделия  и откроет возможности для получения различных видов государственной поддержки.

Дзен | Макс

191