Двигатель с магнитной системой Холбаха

[novice]

Особая сборка магнитов с разным направлением поля позволяет создавать электродвигатели и генераторы с полным без стального магнитопровода с чрезвычайно высокой плотностью мощности до 8-10 кВт/кг и КПД 95-98%. Эта особая магнитная система названа в честь физика Холбаха (Halbach array). Без каких либо магнитопроводов возможно получить индукцию свыше 1 Тесла. Сложность представляет лишь сборка таких двигателей так как магнитные силы очень велики -  для мотора 1800 Вт, 7 кг усилие составляет 500 кг при воздушном зазоре 1,5 мм и 2000 кг при 0!

http://www.launchpnt.com/portfolio/aerospace/uav-electric-propulsion/ сверхмощные электромоторы до 150 лс для беспилотных электросамолетов
http://www.launchpnt.com/Default.aspx?app=LeadgenDownload&shortpath=docs%2flaunchpoint-halbach-motor-presentation-2010.ppt
http://www.launchpnt.com/Default.aspx?app=LeadgenDownload&shortpath=docs%2fdual-halbach-motor-data-sheet_r1.pdf

http://askmar.com/Magnets/Halbach%20Array%20Motor.pdf

http://www.ata.org.au/wp-content/uploads/marand_high_efficiency_motor.pdf изготовление двигателя Холбаха мощностью 1800 Вт и кпд 98,4% для солнцемобиля.

http://askmar.com/Magnets/Halbach%20Array%20Motor.pdf

http://www.infolytica.com/en/applications/ex0176/HalbachMagnetizationCaseStudy.pdf


http://gcep.stanford.edu/pdfs/ChEHeXOTnf3dHH5qjYRXMA/09_Post_10_11_trans.pdf


http://www.sf.gov.lv/userfiles/file/13_09_2011%20Prezent%C4%81cija%2016.pdf

http://www.waset.org/journals/waset/v73/v73-16.pdf

[tony16]

Помойму похожие моторы одно время продавались на сайте голденмотора, назывались printed motor.
Да момент в 2 Н*м проти 70-90 у МК ... нет слов.
а вообще как идея по два блина к ободу вела очень неплоха.

[nikvic]

По-моему, похожие моторы одно время продавались на сайте голденмотора, назывались printed motor.

Маловероятно - Холбах весьма труден для ручной сборки.

[tony16]

Маловероятно - Холбах весьма труден для ручной сборки.

А при чем тут ручная сборка. или если китайцы, то сразу автоматизации ноль.

Вот они Model:     http://www.goldenmotor.com/frame22.htm
PM-12   
PM-24   
PM-36   
PM-48

500Ватт при весе 2кило очень неплохо, но опять же нужен редуктор

[zap]

На фотке выше, по-моему, обычный синхронник трёхфазный, кои вставляют в стиральные машинки. У него внутренняя структура другая - не обмотка вращается внутри магнитного поля, а просто один слой магнитов и над ним второй слой с обмоткой.

Мотор Холбаха хорош тем, что там нет железа, только медная обмотка -> меньше удельный вес.
Мотор плох тем, что в нём по-прежнему используются дорогие редкоземельные магниты.
Также, судя по всему, проблематично получить высокий момент на низких оборотах, как в М-К, из-за отсутствия сердечника у электромагнитов статора.
На таких диких оборотах каждый дурак может получить много киловатт на килограмм.
Для авиамоделистов данный мотор хренов своей геометрией - плоскость должна быть повёрнута как раз перпендикулярно набегающему потоку воздуха.
В общем, чемодан без ручки, как мне кажется.

ДОП: В marand_high_efficiency_motor.pdf приведены параметры какой-то вариации мотора Холлбаха:

Torque to total weight ratio (Nm/kg): 3.61

Учитывая, что мой 6-килограммовый Ямасаки развивает 25 Н*м, у него этот параметр получается равным ~4.2, что даже лучше. Эффективность в 97% - вот это да, клёво.

[nikvic]

Маловероятно - Холбах весьма труден для ручной сборки.

А при чем тут ручная сборка. или если китайцы, то сразу автоматизации ноль.

Вот они Model:     http://www.goldenmotor.com/frame22.htm

Никаких намёков на Холбаха не углядел. Эта сборка  в принципе неудобна для расположения магнитов по радиусу. Разумный эффект, пожалуй,  только для "квадратных палочек" в осевом направлении  с попеременной намагниченностью вдоль и поперёк радиуса. 

[nikvic]

Мотор Холбаха хорош тем, что там нет железа, только медная обмотка -> меньше удельный вес.

Не всякий мотор без "сердечников" использует сборку Холбаха.
  Не всякий мотор Холбаха обходится без сердечников обмоток.

Это - не связанные вещи.

[zap]

Я просто раньше не видел моторов без сердечника электромагнитов.
Ключевые слова какие?

[nikvic]

Я просто раньше не видел моторов без сердечника электромагнитов.
Ключевые слова какие?

Я тоже не видел - до этого треда
Если не считать униполярного, который делал, чтобы показать сыну.
=====
Да, всё-таки не Холбах, а Халбах - Halbach Arrays.

[av-master]

если бы там магнитов небыло, то был бы тренд )) а так неинтересно (почти) . магниты по прежнему дорожать будут. и чем больше будет электромобилей тем дороже будут магниты. круговорот денег в природе ))) от нефти к магнитам.   

[novice]

Особенность двигателей с магнитными сборками Холбаха (именно такое произношение принято в Англии и США)- отсутствие железа и как следствие потерь в нём. КПД определяется потерями в меди, трением в подшипниках и затратами на вентиляцию воздуха в корпусе. Удельная мощность очень велика, двигатель с постоянной мощностью 7 лс при 8400 об/мин имеет массу вместе с контроллером всего 0,63 кг и КПД -95%. Эта мощность на на 1 кг массы мотора одного порядка с турбовентиляторным двигателем самолета Вoeing 747-400 или отечественным турбовинтовым двигателем самолета ТУ-95! Двигатель мощностью 16000 лс будет весить около 1000 кг. Вся проблема в том как обеспечить такой отличный электромотор электроэнергией при малой массе аккумуляторов.

Такой двигатель незаменим для электродельтапланов, электропарапланов, электросамолетов. Также его можно использовать как аварийный источник тяги (1-3 минуты)на легких одномоторных самолетах и вертолетах. Это значительно повысит безопасность полётов при отказах основного двигателя.

http://www.youtube.com/watch?v=yFGCHlCNhq8&feature=player_embedded -тест электродвигателя Холбаха на стенде

[zap]

А что мешает делать обычные синхронные трёхфазники без железа?
В чём, так сказать, особенность магнитного поля именно двигателей Халбаха?
Также складывается ощущение, что отсутствие массы железа приходится компенсировать массой магнитов, которые на порядки дороже, это так?

P.S. Согласен, что Halbach надо читать по правилам немецкого произношения, уж если читать по-английски, тогда должен быть "холбач"
P.P.S. Обычный трёхфазный синхронный движок для авиамоделей которые лежит у меня в шкафу весит всего 500г, ну ещё контроллер грамм 50, и развивает 3-4 киловатта (4-5 л.с) при скорости около 6000 об/мин (дальше разлетаются китайские подшипники ) и КПД под 90%, так что удельная мощность вполне сравнима.

[nikvic]

В чём, так сказать, особенность магнитного поля именно двигателей Халбаха?

Магнитное поле сборки Холбаха "несимметрично": с рабочей стороны оно гораздо больше по амплитуде, чем с "холостой".

[zap]

Хм, интересно, я правильно понимаю формулу в "Halbach Array Motor.pdf" на странице 2, что индукция поля внутри кольца тем больше, чем больше отношение внешнего и внутреннего радиуса магнитного кольца? То есть, малую остаточную индуктивность магнита (т.е. ферромагниты вместо редкоземельных) можно просто компенсировать бОльшим размером магнита? Понятно, что это увеличит массу двигателя, но зато существенно уменьшит стоимость и сохранит высокое КПД?

Также непонятно, этот двигатель заводится только "с толкача", или можно и по-нормальному его запускать, с высоким моментом на низах? В видео почему-то мотор запускают с толкача, странно это.

[ZxV]

1 Хм, интересно, я правильно понимаю формулу в "Halbach Array Motor.pdf" на странице 2, что индукция поля внутри кольца тем больше, чем больше отношение внешнего и внутреннего радиуса магнитного кольца?
2 То есть, малую остаточную индуктивность магнита (т.е. ферромагниты вместо редкоземельных) можно просто компенсировать бОльшим размером магнита?

формулу не смотрел но мнение имею 
1 правильно
2 нельзя
без "концентрации" магнитного потока индукция в немагнитном зазоре двигателя не может быть больше остаточной индукции магнита
у феритов это около 0.4Тл
у железо ниодим бор 1.2Тл

[ZxV]

Также непонятно, этот двигатель заводится только "с толкача", или можно и по-нормальному его запускать, с высоким моментом на низах? В видео почему-то мотор запускают с толкача, странно это.

в массиве халбаха никаких принципиальных чудес нет
это просто способ формирования магнитного поля немного большей интенсивности и с меньшей массой конструкции
соответственно если там чтото стартует с толкача то это проблема сугубо конкретной реализации электродвигателя
массив халбаха там не причем

[zap]

В том-то и дело, что в той формуле (ссылка на пдф файл в первом сообщении) один из множителей - логарифм отношения внешнего радиуса к внутреннему.

А какие бывают способы "концентрации" магнитного поля?

[ZxV]

1 В том-то и дело, что в той формуле (ссылка на пдф файл в первом сообщении) один из множителей - логарифм отношения внешнего радиуса к внутреннему.

2 А какие бывают способы "концентрации" магнитного поля?

2 B*S=Ф=B*S индукция площадь магнитный поток
магнитный поток идет по магнитной цепи
потоками рассеивания пренибрегаем
на некотором участке уменьшая площадь увеличиваем индукцию
в реальности потоки рассеивания всю эту радость сильно портят
на практике
на полюс магнита ставим железную пирамидку
на "острие" пирамиды можем получить индукцию больше чем остаточная индукция магнита
1 всеже залез посмотрел файл
вообщем я поспешил со своим прошлым заявлением
неучел как раз таки эту самую концентрацию магнитного потока
похоже можно получить индукцию больше остаточной магнита
но по формуле получается что на это можно расчитывать при r2/r1>2.7
что какбы имхо не очень интересно
еще там есть расчетные значения индукции (рисунок 2)
тут у меня нет понимания
тк 1 "на глаз" в соответствии с формулой для такой индукции должно быть большее отношение r2/r1 чем это отображено на рисунке
2 если внутри кольца воздух... по моим представлениям на пальцах
чтоб раскачать постоянными магнитами 2Тл размеры магнитов должны быть раз в 5-10-ть больше воздушного зазора
чего на рисунке ненаблюдается

[tony16]

разобрался с системой Холбаxа
http://en.wikipedia.org/wiki/Halbach_array
основное это принцип расположения магнитов что позволяет увеличить магнитное поле с рабочей стороны.
В принципе тот же железный магнитопровод только технологичнее.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3e/Halbach_array_field.jpg/220px-Halbach_array_field.jpg

http://www.wondermagnet.com/halbach.html


не знал что магнитики для холодильника сделаны по такой системе - поэтому не клеятся другой стороной 

чувствую что скоро китайцы начнуть делать подобные МК.

[ser_aleks4]

Надо посмотреть повнимательней как располагаются магниты и всё станет ясно:
1. количество полюсов в два раза меньше, чем постоянных магнитов,
2. постоянные магниты квадратные и все одинаковые,
3. в самом простом случае каждый последующий постоянный магнит разворачивается на 90 градусов,
4. постоянные магниты, которые лежат поперёк рабочего поля являются с одной стороны прекрасным магнитопроводом, а вторая половина формирует магнитнае поле с меньшими потоками рассеивания,
5. такое построение магнитов требует однозначного большого количества полюсов, а значит якорь необходимо изготавливать без магнитопроводящего железа, которое подвергается высокочастотному перемагничиванию, а потому будет иметь высокие потери в стали,
6. скорость вращения электродвигателя будет высокой- положить определённое количество витков в рабочий воздушный зазор проблема технически очень сложная,
7 в принципе якорь можно изготовить из электротехнической стали толщиной 0,2-0,25 мм. и скорость вращения электродвигателя не должна превышать 700-800об/мин.

[Babylon4]

Надо посмотреть повнимательней как располагаются магниты и всё станет ясно:
1. количество полюсов в два раза меньше, чем постоянных магнитов,
2. постоянные магниты квадратные и все одинаковые,
3. в самом простом случае каждый последующий постоянный магнит разворачивается на 90 градусов,
4. постоянные магниты, которые лежат поперёк рабочего поля являются с одной стороны прекрасным магнитопроводом, а вторая половина формирует магнитнае поле с меньшими потоками рассеивания,

Это можно назвать магнитной линзой

   

5. такое построение магнитов требует однозначного большого количества полюсов, а значит якорь необходимо изготавливать без магнитопроводящего железа, которое подвергается высокочастотному перемагничиванию, а потому будет иметь высокие потери в стали,

Очень большое заблуждение!!! Перемагничивания не происходит, поэтому в качестве магнитопровода могут использоваться даже магнитотвердые сплавы.Вот пример http://www.viddler.com/v/be608cc8, типичные магнитные линзы. На видео ротор после 2 минуты.
 

6. скорость вращения электродвигателя будет высокой- положить определённое количество витков в рабочий воздушный зазор проблема технически очень сложная,
7 в принципе якорь можно изготовить из электротехнической стали толщиной 0,2-0,25 мм. и скорость вращения электродвигателя не должна превышать 700-800об/мин.

   Вы как то определитесь большая или нет???  Технически проблем для создания нет пример на видео.

[av-master]

ротор не перемагничивается. а вот статор перемагничивается. и чем больше тем больше потери. или вы думаете влияния "такого" ротора на статор нет ?

[Babylon4]

ротор не перемагничивается. а вот статор перемагничивается. и чем больше тем больше потери. или вы думаете влияния "такого" ротора на статор нет ?

  Мне кажется что нет большой ризница в том статор перемагничивается полюсами: S и N или переходом: S-N.   

[ser_aleks4]

 Я, простите, писал о якоре. В котором всегда меняется направление магнитного поля.(и ток в якоре тоже меняет направление) А вот в индукторе, о котором Вы пишите в сообщение, да абсолютно правы, перемагничивания магнитопровода не происходит.

[ser_aleks4]

Babylon4. индуктор ( это то, где расположены постоянные магниты) он создаёт магнитное поле одного направления, и не меняет своего вектора (мы не рассматриваем гистерезисный двигатель)

[zap]

Я не понимаю о чём спор. Мотор-колесо как раз и является низкооборотным двигателем с большим количеством полюсов (бывают на на 48, 51, 63 полюсов). Если использование магнитной системы Холлбаха даёт увеличение индукции магнитного поля "на внутреннюю сторону" за счёт исчезновения магнитного поля "с внешней стороны" (где оно и не нужно), то это прекрасно! То есть, достаточно переклеить в М-К вместо магнитов N-S-... магниты с "вращающимся" направлением и мы получим увеличение удельной мощности двигателя, я правильно понимаю?

[Babylon4]

он создаёт магнитное поле одного направления, и не меняет своего вектора

    ???

[nikvic]

Я не понимаю о чём спор. Мотор-колесо как раз и является низкооборотным двигателем с большим количеством полюсов (бывают на на 48, 51, 63 полюсов).

Э, число полюсов всегда чётно

[zap]

Я не понимаю о чём спор. Мотор-колесо как раз и является низкооборотным двигателем с большим количеством полюсов (бывают на на 48, 51, 63 полюсов).

Э, число полюсов всегда чётно

Точно, перепутал с количеством зубцов статора
Полюсов соответственно 46, 46, 58 (?).

[dimad63]

Мне как раз подарили такой  двигатель  осталось узнать на какое он напряжение и какой он мощности  на нём отчёт тестов был но половина бумажки 95нм и 75 вольт осталось .

КБ-дельфин 74год  ИМ-холбаха модефикация-4

[zap]

Фотку выложите этого чуда, пожалуйста.
В педивикии, правда, написано, что некий Маллинсон придумал данный эффект в 73м, а Холлбах независимо переизобрёл его "в 80х".

[dimad63]

вот  какойто подозрительный

[damirsky]

коллеги, вопрос возник по такому двигателю: а если катушки обмоток двигателя расположить по такому же принципу, как и магниты, это что-то нам даст?

[DragonTM]

Я не понимаю о чём спор. Мотор-колесо как раз и является низкооборотным двигателем с большим количеством полюсов (бывают на на 48, 51, 63 полюсов). Если использование магнитной системы Холлбаха даёт увеличение индукции магнитного поля "на внутреннюю сторону" за счёт исчезновения магнитного поля "с внешней стороны" (где оно и не нужно), то это прекрасно! То есть, достаточно переклеить в М-К вместо магнитов N-S-... магниты с "вращающимся" направлением и мы получим увеличение удельной мощности двигателя, я правильно понимаю?

Так удалось найти ответ? Как я понимаю, надо просто взять удвоенное количество магнитов, но в 2 раза меньше шириной и половина магнитов должна быть намагничена поперек?
Будут ли нормально работать датчики холла в такой сборке?

[zap]

Да заглохла тема что-то. Китайцы так и не расчехлились на подобные двигатели.
Датчики Холла работать будут, почему нет.
Магниты, насколько я понимаю, должны быть как можно ближе по форме к кубу. Чем дальше от куба - тем меньше эффективность такой матрицы Холлбаха.

[DragonTM]

[user]zap[/user], т.е. если переделывать стандартный 205 мотор, то придется использовать магнитики 3*3мм? т.е. понадобиться 208 магнитов, которые дадут 104 полюса или 52 пары.
Стандартно 205 МК идут на 57 или новые квашуни на 36 пазов. Используя калькулятор
https://www.emetor.com/edit/windings/
получается лучше брать на 36 пазов железо? во всяком случае параметр "Maximum fundamental winding factor" остается неизменным при переделке. Или на какие цифры там ориентироваться лучше?
Придется ли перематывать мотор на другое число витков?

[zap]

Ну Вы вопросов назадавали я не разбираюсь в магнитной системе Холлбаха, только педивикию читал.
Если пробовать переделывать готовый мотор, лучше взять редукторный мотор, там меньше магнитов.
И то гемморойно заниматься такой художественной мозаикой с отпрыгивающими магнитами.

А можно попробовать построить компромиссную магнитную систему, с частичным использованием эффекта Холлбаха. Всё равно замыкающий магнитопровод в существующих двигателях имеется, зачем добру пропадать. Тогда нужно два типа магнитов: прямоугольные как сейчас, намагниченные вдоль короткой грани, которые расставляем попеременню южным и северным полюсом к статору; и длинные узкие (на 1/3 ширины "основных" магнитов) которые вставляем в промежутках между "основными", намагниченные по касательной к статору (вдоль грани средней длины), расставляемые попеременно то направленные "вперёд", то "назад". Тогда мы получим усиление магнитного поля, но не в два раза, видимо, а слегка меньше. В общем, тут надо моделировать, а я не умею пользоваться соответствующими CAD'ами.

И ещё одна мысль. Использование магнитной системы Холлбаха - это попытка "по-максимуму" использовать магнитное поле дорогих и тяжёлых магнитов, что должно улучшить удельную мощность двигателя. На самом деле использование "замыкающего магнитопровода" это шаг в том же направлении - усилить магнитное поле с одной стороны от статора за счёт ослабления с другой стороны от (магнитопровода). То есть, система магниты+замыкающий магнитопровод в каком-то роде подобна системе Холлбаха. Идеальная система Холлбаха не нуждается в замыкающем магнитопроводе, а "гибридная" (где магниты не кубические) не нуждается в настолько толстом магнитопроводе. Было бы интересно сначала просто на столе построить разные типы магнитных систем и оценить их "силу".

Можно пойти по другому пути и попытаться использовать магнитное поле с обоих сторон от магнитов без замыкающего магнитопровода, но тогда нам понадобится разделить статор пополам и разместить его по бокам от вращающихся магнитов, прикреплённых к ротору. Но здесь есть проблемы механические, такая конструкция не слишком крепка.

[Babylon4]

Ну Вы вопросов назадавали я не разбираюсь в магнитной системе Холлбаха, только педивикию читал.

Это точно.

А можно попробовать построить компромиссную магнитную систему, с частичным использованием эффекта Холлбаха. Всё равно замыкающий магнитопровод в существующих двигателях имеется, зачем добру пропадать.

Долго не мог найти ответ почему в МК ДД заполнения магнитами 100% , пока пришёл  только к одному предположению - датчик хола чётко ловит переход S-N или N-S, в системе Холбаха полюса разделены и вставки с  тангенциальным намагничиванием замыкают через себя магнитный поток тем самым увеличивают напряженность на полюсах, если это предположение правдиво то роль вставок может выполнить любой магнитроводник.   

И ещё одна мысль. Использование магнитной системы Холлбаха - это попытка "по-максимуму" использовать магнитное поле дорогих и тяжёлых магнитов, что должно улучшить удельную мощность двигателя. На самом деле использование "замыкающего магнитопровода" это шаг в том же направлении - усилить магнитное поле с одной стороны от статора за счёт ослабления с другой стороны от (магнитопровода). То есть, система магниты+замыкающий магнитопровод в каком-то роде подобна системе Холлбаха.

Можно пойти по другому пути и попытаться использовать магнитное поле с обоих сторон от магнитов без замыкающего магнитопровода, но тогда нам понадобится разделить статор пополам и разместить его по бокам от вращающихся магнитов, прикреплённых к ротору. Но здесь есть проблемы механические, такая конструкция не слишком крепка.

В этом случае будет разорван магнитный поток что приведёт к падению его эффективности.

   Может это не полностью относится к Холбаху но вот система питания  тоже должна быть рассмотрена может даже отдельно от магнитной, она 100% используется в Приусе, и в случае применения даже в обычном МК дала бы существенный прирост характеристик без вмешательства в конструкцию двигателя. ПДФка в первого поста, страниц7 Ссылка http://askmar.com/Magnets/Halbach%20Array%20Motor.pdf   

[DragonTM]

Магниты, насколько я понимаю, должны быть как можно ближе по форме к кубу. Чем дальше от куба - тем меньше эффективность такой матрицы Холлбаха.

а откуда инфа про куб, не смог найти....

[zap]

Ну, всё что в интернете приводится про магнитную систему Холлбаха приводят на примере кубиков или около того (иногда кубики скашивают в призмы чтобы из них цилиндр слабать).
Отсюда я и сделал такой вывод.

Сегодня покопался в тырнетах и нашёл простенькую програмку Visimag, заброшенную лет десять назад но рабочую. Она позволяет визуализировать в 2D простые магнитные системы, в общем, освоил её минут за 5 и вот что получилось.

Система Холлбаха с кубиками (точнее квадратиками, кубики в разрезе):

Оно же в цвете

Если же сделать по моей идее с чередующимися разными магнитами (широкие по 10 делений сетки, узкие по 4 деления сетки), получаем вот так:

Спойлер

Смотреть надо только на центральные магниты, по бокам поле искажено из-за краёв.

В принципе, всё равно эффект значительный, так что можно попробовать такое замутить. Взять магниты такие же по глубине как на доноре, но по ширине на 1/3 меньше, намагниченные вдоль короткой грани и проредить их магнитами той же толщины и глубине, по ширине в 1/3 от "главных"  магнитов, намагниченные по касательной к статору.

Число полюсов останется тем же, магнитное поле усилится значит возрастёт противо-ЭДС и уменьшится kV. Ну, думаю, для начала можно не перематывать, или можно специально донор подыскать скоростной.

[DragonTM]

[user]zap[/user], посмотрю в понедельник, что по донарам железа есть на эксперименты, был мотор от стиралки как минимум и асинхронник семдесяткакогото габарита.
А вот про 1/3 не понял, по моим расчетам было 1/2

[zap]

Никаких расчётов нет, просто при равной длине всех граней мы получаем близкую к идеальной систему Холлбаха, чем менее кубические мы берём магниты, тем менее идеальная получается система. Число 1/3 для промежутков между "основными" полюсами я брал исходя из того, что, вообще говоря, 1/3 магнита можно вообще выкинуть и не сильно потерять на эффективности мотора. Например, в авиамодельных движках магниты наклеены с интервалом примерно 1/2 от ширины магнита. Соответственно, если этот промежуток забить соответственно ориентированным магнитом то ухудшить мы вряд ли ухудшим, а вот улучшить может и получиться.

Кстати, наклеив замыкающее кольцо с обратной стороны магнитов во втором варианте, получилось значительно увеличить силу магнитного поля в зазоре. Ещё поиграюсь и покажу что получается.

Не рвитесь сразу движки переделывать, тем более какие-то стрёмные от стиралки или асинхронники. Лучше брать с внешним ротором, там проще магниты клеить (проще всего взять мелкий авиамодельный и его мучать - на него и магнитов не надо много килограмм). Но для начала просто склейте магниты на столе и замерьте реальный эффект от манипуляций. Ну или в симуляторе хотя бы прогнать бы для начала, чтобы не тыкаться как слепой щенок.

[zap]

Короче, получил просто феноменальные результаты На Нобелевку тянет, не меньше 

Сначала моделируем магнитную систему а-ля мотор-колесо. Я взял 10 магнитов для простоты с индукцией 1 тесла (самый хреновый неодим).

Для сравнения разных магнитных систем я определил контрольную точку на 2 миллиметра ниже под полюсом N верхнего магнита (если присмотреться, там видны N и S, к сожалению, программа съедает границы между магнитами если они впритык).
Для приведённой выше магнитной системы напряжённость магнитного поля в контрольной точке составляет 0.724 Тл.

Теперь добавляем к этой магнитной системе внешнее ярмо, замыкая силовые линии внешнего магнитного поля по короткому пути.

Видно, как ранее уходившие в пустоту линии магнитного поля сократились, замкнувшись через ярмо, в результате магнитное поле в зазоре существенно увеличилось. В контрольной точке напряжённость магнитного поля увеличилась до 1.06E Тл.

Теперь поступаем по-авиамодельному - срезаем магнитам одну треть, оставляя между магнитами воздушный зазор. Моделируем пока без ярма.

Напряжённость поля в контрольной точке теперь составила 0.84 Тл! Парадокс или глюк симулятора? Не хватает знаний чтобы понять почему.

Добавляем к "авиамодельной" магнитной системе ярмо:

Чувствуете, как растёт напряжённость? В контрольной точке оно уже 1.25 Тл!

Теперь моя дурацкая идея Вместо воздуха в промежутки между магнитами "авиамодельной" схемы вставляем короткие магниты длиной в половину "основного" магнита по принципу магнитной системы Холлбаха.

Напряжённость магнитного поля в контрольной точке [b-b]уже сейчас (без ярма) составляет 1.36 Тл!!! УАУ![/b-b]

Но так как часть магнитных линий таки вырываются за задние стенки магнитов, мы добавим туда ярмо из трансформаторного железа:

Напряжённость магнитного поля в контрольной точке [b-b]теперь стало аж 1.43 Тл!!![/b-b]

Итоговые выводы:

• Использование в роторе магнитов с промежутками равными 1/3 ширины магнита даёт выигрыш магнитной индукции в зазоре по сравнению со "сплошной линией" магнитов аж на 18%! (NB: необходимо провести исследование разных соотношений ширины магнитов к ширине зазоров, найти оптимальное соотношение; зазор в 1/3 мне подсказал, если я не ошибаюсь, уважаемый [user]Abos[/user])
• Использование в статоре магнитной системы "типа-Холлбаха" с соотношением ширины магнитов 2:1 даёт выигрыш магнитной индукции в зазоре по сравнению со "сплошной линией" аж 35%!!!  (NB: провести исследование различных соотношений, определить оптимальное)
• Ярмо в магнитной системе "типа-Холлбаха" не очень-то и нужно. С одной стороны, оно на 5% увеличивает напряжённость поля в зазоре. С другой стороны, ярмо это лишний вес, который снижает удельную мощность. То есть здесь выигрываем, там теряем. Нужно искать идеальное соотношение между толщиной ярма и дополнительным выигрышем в напряжённости поля.
• Человечество больше сотни лет валяет дурака и производит моторы с магнитами существенно меньшей удельной мощности, чем могло бы производить, не особо сильно заморачиваясь при этом

В общем, теперь нужно проверить теоретический выхлоп симулятора на практике.

[zap]

Мне ночью приснился ответ, почему с 2/3 магнитами напряжённость поля в контрольной точке выше
Просто напряжённость уменьшилась в промежутке между магнитами. За счёт этого выросло напротив полюсов. То есть, поле в зазоре стало менее синусоидальным, мы его как бы "стянули" к полюсам. Но так как для двигателя этот интервал малополезен (простые контроллеры с переключением по датчикам Холла вообще отключают ток в катушке на участке от -30 до +30 градусов), то мы почти ничего не теряем, зато приобретаем за счёт увеличенной индукции напротив полюса, а это как раз точка, где формируется наивысший полезный момент.

По остальному выводы остаются прежними. Ротор с магнитной системой Холлбаха представляется мне крайне перспективным; к тому же, переделка не требует серьёзных изменений в конструкции существующих двигателей. Эх, где бы вторую жизнь купить

Пока копался в симуляторе, я понял как работает магнитная система Холлбаха "на интуитивном уровне". Вот посмотрите на картинку:


На данной картинке мы имеем магнитную систему, которая даёт мощное поле снизу и слабое сверху. Почему так происходит - посмотрите на боковое сечение системы. "Основные полюса", если считать слева направо, 2 и 4. "Вспомогательные" полюса 1, 3, 5. Заметьте, что вспомогательные полюса как бы направлены "помогающим" полюсом к "основному". 1 и 3 направлены южным полюсом к "основному" южному полюсу 2. "Вспомогательные" 3 и 5 направлены северным полюсом к "основному" северному 4. То есть, "основной" полюс усиливается за счёт "помогающих".

Если посмотреть сбоку на ту же систему с точки зрения напряжённости поля в верхнем полупространстве, видно, что там всё вразнобой, "боковые" полюса наоборот "мешают" основным. "Основному" северному 2 мешают боковые 1 и 3. "Основному" южному 4 мешают боковые 3 и 5. Поэтому в верхнем полупространстве напряжённость поля сильно снижена.

[poraboloid]

Интересно если вместо промежуточных постоянных магнитов поставить электромагниты - они будут переключать поле сборки на ту, или другую сторону, в зависимости от полярности ?...

[tmiaer]

[user]poraboloid[/user], по идее будут, а смысл? Ротор и статор в двигателе вроде как взаимно однозначно расположены и не собираются прыгать из стороны в сторону О.о

[rezon]

[user]zap[/user],
Класс! Теоретически всё верно.
Осталось только сделать ротор состоящий из двух таких магнитных колец,внешним большим и внутренним малым ,чтобы туда входило.
Внешнее кольцо из магнитов замкнуть как вы и предлогаете железным цилиндрическим кольцом по внешней стороне,внутреннее соответственно железным кольцом по внутренней.
И сделать статор цилиндрический с бессердечными катушками обмоткой.
По типу этого.
https://electrotransport.ru/index.php?PHPSESSID=3j8l7lkhc2l3ooedo7rfuu3sf4&action=dlattach;topic=34762.0;attach=205585;image

И идеальное мотор-колесо готово.
Единственная существенная преграда в изготовление остается в подборе и просчете размеров магнитов. По внешнему кольцу которые распологаются и по внутреннему геометрические размеры должны быть разные,а магнитные свойства иметь одинаковые.

[P.M.]

Уважаемый [user]zap[/user].
Система Холбаха давно уже реализована
в России на предприятии Магнетон
что во Владимире. Их ротора с этой системой
называются типа РОМС (ротор мозаичный
сборный). Мы их применяли для своих моторов
еще в начале 90-х. Что в них интересного -
соотношение индуктивных параметров х(q) к х(d)
что важно для эл. приводчиков (управления).

[zap]

Ну вот, как всегда.
Я ещё не успел придумать, а всё уже стырили .
Пойду напьюсь чаю с горя, штоле...

На самом деле это радует.
Но не радует, что подобные двигатели не стали массовыми.
Не понимаю почему, ведь воткнуть в интервалы между магнитами "усилители" совсем недорого, и окупится повышением удельной мощности.
К тому же, использование системы Холлбаха в моторе с внешним ротором имеет дополнительное преимущество в снижении массы ярма ротора.
Во внутренним роторе эта фишка мало что даёт - всё равно надо чем-то ротор внутри заполнять.

[P.M.]

Ну вот, как всегда.
Я ещё не успел придумать, а всё уже стырили .
Пойду напьюсь чаю с горя, штоле...

На самом деле это радует.
Но не радует, что подобные двигатели не стали массовыми.
Не понимаю почему, ведь воткнуть в интервалы между магнитами "усилители" совсем недорого, и окупится повышением удельной мощности.
К тому же, использование системы Холлбаха в моторе с внешним ротором имеет дополнительное преимущество в снижении массы ярма ротора.
Во внутренним роторе эта фишка мало что даёт - всё равно надо чем-то ротор внутри заполнять.

Ну мы сделали на них всего 200
эл. двигателей по договору.
Конфигурация 18N16P.
Когда приобрели РОМС любопытство
как они выполнены взяло верх.
Бомбанули один (разобрали).
На внешней стороне цилиндра из сплава алюминия
собраны криволинейные трапециедальные магниты
(почти треугольные) с большей стороной
обращенной к рабочему воздушному зазору.
Между магнитами расположены треугольнообразные вставки
с притупленным концом вершины
направленной в сторону зазора.
Получилась поверхность ротора с чередующийся
полярностью по 8 северных и южных полюсов.
С внешней стороны вся эта халабуда была
стянута немагнитным чулком из типа технической
пропитанной саржи. Т. о. расстояние между дугами разноименных полюсов
по воздушному зазору составляло 20% полюсного деления.

[zap]

Ну, блин, такой неоднозначный бутерброд конечно получился дороже простого рабоче-крестьянского ротора.
То, что я выше предложил, вообще по большому счёту ничего не стоит. Ну, наклеить в два раза больше магнитов на ярмо, но это автоматизируется достаточно просто. Или, скажем, у коллекторников типа тех которых в автомобилях как грязи, там два огромных ферромагнита толщиной миллиметров наверное 8, и между ними интервал приличный, вот вклеить бы туда ещё два ферромагнита, и сразу удельная мощность бы повысилась можно было бы моторы меньше делать, например.

[inetchik]

[user]zap[/user], ещё лодочных моторчиков много.
Может можно феррит заменить на пару брусков железных, а с торцов магнитики неодимовые ?
Добавлено 02 Март 2017 в 21:55
Блин, фиг. Там винты стяжные.

[zap]

По идее, можно даже цельные магниты делать "холлбаховские" Делают же как-то магниты на холодильник с неоднородным намагничиванием.

[P.M.]

По идее, можно даже цельные магниты делать "холлбаховские" Делают же как-то магниты на холодильник с неоднородным намагничиванием.

[user]zap[/user] весь цимус системы Холлбаха
заключается в том что в ней можно добиться
концентрации магнитного потока
в воздушном зазоре и таким образом
увеличить там магнитную индукцию
и снижения индуктивности обмотки статора за счет
отсутствия ферромагнитных материалов в роторе.
При этой системе также уменьшается реакция якоря.

[zap]

Безсердечные (вольный перевод coreless ) роторы это совершенно отдельная песня. В частности, сейчас массу coreless моторов делают с традиционной магнитной системой, и даже на ферритах (в моторчике летающего миньона (соосный вертолёт) сына, в частности, как раз такой стоит).

Увеличение магнитного потока в зазоре есть само по себе плюс, для любого типа статора. Просто у бессердечных статоров беда в низкой индуктивности и, как следствие, очень высоком kV, а повышение напряжённости магнитного поля это kV несколько снижает. То есть, это из области когда два интересных решения дополняют друг друга Тем не менее, безсердечное мотор-колесо всё равно не получится.

[Alex75]

... Тем не менее, безсердечное мотор-колесо всё равно не получится.

Отчего же. Вот двигатель E-Torq в 2003 году использовался американскими студентами в лёгком солнцемобиле в качестве МК:


Например, стандартный двигатель(бессердечный) E-Torq при диаметре 356мм может развивать момент более 2,4кг*м(более 200lb*in) со скоростью до 1200 оборотов в минуту. Цитата:"улучшает управление на низкой скорости, дает линейный крутящий момент в зависимости от тока из-за отсутствия магнитного насыщения и обеспечивает максимальный крутящий момент до десяти раз от номинального крутящего момента." И очень весомое преимущество - свободный накат в совокупности с возможностью эффективного торможения, как рекуперативного, так и методом замыкания обмоток на низкоомную нагрузку.
Может как-то объединить тему бессердечных двигателей в одну ветку? А то она как-то беспардонно расползлась на три-четыре ветки.

[zap]

Ну, в принципе, для безсердечника неплохо, хотя 200 lb*in (~22 Н*м) это момент на уровне 350-ваттного мотора, если это номинальный, а если максимальный, то вообще "лучший из худших".
А 1200 об/мин... я не знаю, на какое колесо это расчитано, но для 26" колеса это 127 км/ч
Да ещё и диаметр 356мм это, мягко говоря, дохера. Самые большие мотор-колёса имеют диаметр ярма статора 273мм.
В общем, мягко говоря, посредственные результаты. Поставили бы себе какой-нибудь киловаттник редукторный килограмма на 4 и не парились бы.

[Gostya]

Свободный накат- тоже не так очевидно...токи туко в самой обмотке будут. А мотать очень тонким проводом- сложно, и коэффициент заполнения скорей всего пострадает, он для круглых проводов и так <60%

[vladk]

Спойлер

Безсердечные (вольный перевод coreless )

1) core- сердечник;
2) буква З пишется в приставках без-, раз-, из-, воз-, вз-, низ-, чрез- перед звонкими согласными (б, в, г, д, ж, з, л, м, н, р) и гласными;
coreless- бессердечниковый
и таки
3) Klaus Halbach war ein deutscher Physiker- Клаус Хальбах был немецким физиком

Спойлер

  - Простите, имею ли я честь говорить с профессором Генри Мэйсмэчером?
   - Практически вы говорите с его останками,  и  они  именуются  Генрихом
Маземахером. Мэйсмэчера сделали из меня ваши косноязычные коллеги, которые
не  способны  даже  на  то,  чтобы  правильно  произносить  фамилии.   Мне
достаточно долго приходилось это терпеть, но теперь, слава  богу,  в  этом
нет нужды. Нет больше Генри Мэйсмэчера, и разговаривать вам не с кем. (с)

[zap]

Спойлер

Я знаю, что бессердечный пишется с двумя с, но я специально написал через з чтобы не перепутать с другим словом бессердечный
Бессердечниковый, пожалуй, получше.
На претензии к чтению фамилий мне плевать, я же не возмущаюсь как они слово Москва читают Тыщу лет прошло, а до сих пор не научились.
Главное, что понятно что имеется в виду, это основная функция языка - коммуникативная. Докапывательную функцию языка мы с негодованием отвергаем.