Как переделать автомобильный генератор в электродвигатель

[Alex75]

При переходе на неодим изменения можно сказать огромны. Вопервых- удалось уменьшить размер генератора в длинну в 2 раза(влазит между педалей велосипеда еще и место остается), ну и еще- увеличился км и снизились с 2400 до 1600 обороты хх на 48в. Немного приподнялся ток хх, но теперь нет тех самых 60вт потребления ов. Так что хуже стало только магнитное залипание. Если на стандартном генере можно было делать простую передачу и при накате выключать ов, то на магнитах нужно ставить обгонную муфту.

Хочу поделиться опытом.
Как-то нашел на металлоломе несколько японских двигателей непонятной конструкции. Спас их аж 8 штук от работников-вандалов, сортирующих металл. Достались они мне по цене веса чёрного металлолома на продажу(4 грн за кг). Вес одного двигателя 1,5 - 2 кг. Как оказалось это были трёхфазные бесколлекторные двигатели на постоянных магнитах от электроусилителя руля А/М Toyota. Очень дорогие. Редкость большая, учитывая, что это современный девайс от современного автомобиля. Я даже в инете с первого раза не нашёл на него описание! Напряжение питания 25В. Мощность - около 1000 ватт. Мощность определил когда увидел описание с фотографиями электродвигателя от велосипедного электронабора Cyclone. Один в один, ну, или очень похожи. Так вот зазор между магнитами(толщина магнитов 4 мм) ротора и статором в этом двигателе составляет 1 мм. Я был удивлён: почему японцы не сделали магнитный зазор 0,5 мм или даже 0,25 мм , как в мотор-колесе с толщиной магнитов в 3 мм?
Я сам занимаюсь изготовлением подобных моторов. До того момента делал движки модельные с внешним ротором. Магниты использовал толщиной 2-3 мм и зазоры всегда старался делать минимальными. Ну, решил сделать подобный тойотовскому двигатель. Фото выкладывал. Магниты взял толщиной 5 мм. Собрал двигатель. Вот тут-то всё и началось! Вал проворачивается очень туго, хотя в оригинальном двигателе он вращается легко без залипаний. Запитываю двигатель от контроллера - он начинает быстро нагреваться на холостом ходу при этом, потребляя большой ток без нагрузки. Да, мощность на валу большая, вал остановить руками не реально, но греется и токи большие жрёт. Начинаю чесать репу: в чём дело?! Разбираю, снимаю с вала магниты, протачиваю вал на 0,5 мм по диаметру, опять клею магниты, собираю двигатель. Вал руками вращается легче. Запускаю... Уже лучше: ток холостого хода меньше, нагрев меньше, вал по-прежнему остановить не реально! Опять разбираю. Повторяю процедуру. В результате оптимальный магнитный зазор для магнитов толщиной 5мм получился 2-3 мм. Вот такой эмпирический опыт! А суть явления проста: при такой толщине магнита и при слишком малом расстоянии между статором и ротором магнитное поле в зазоре столь велико, что возникающие в статоре вихревые токи становятся значительными и сильно разогревают его, а ЭДС самоиндукции, наводимая в железе статора столь велика, что начинает тормозить ротор при попытке вращать его вручную и сопротивление тем больше, чем быстрее пытаешься вращать ротор. Отсюда же и большие токи холостого хода. Так что, увеличение напряжённости магнитного поля в зазоре - это не всегда хорошо. Если бы конструкция двигателя состояла  из катушек без ферромагнитного сердечника, тогда другое дело.
   Вообще, идеальный трёхфазный бесколлекторный двигатель на постоянных магнитах должен строиться по схеме: система плоских катушек без магнитного сердечника в максимально малом магнитном зазоре из парных(расположенных напротив, N-S) толстых редкоземельных магнитов. Тогда не будет никаких залипаний при свободном вращении ротора, нет затрат на перемагничивание сердечника, а значит и его нагрева. Нагрев определяется только сопротивлением меди.
   Ещё один нюанс: сверху на ротор с магнитами надевается тонкостенный стакан из немагнитного металла - алюминий. Зачем? Моя версия: эта оболочка работает как фильтр высокочастотных электромагнитных помех, наводимых в катушках двигателя со стороны вращающегося ротора с магнитами или наоборот - как защита магнитов ротора от высокочастотного электромагнитного воздействия со стороны катушек статора(ШИМ, проявляется скин-эффект).
Фото двигателей от электроусилителя руля.

Что интересно, подключая один двигатель(в режиме генерации) к такому же другому(в режиме двигателя), всегда считал, что второй - будет крутиться в любую сторону(какую фазу "паймает" первой). Таки нет! В паре они работают почти как шестерни в зацеплении.


Апгрейд двигателя по размеру и под цепную передачу

[Alex75]

Вот вид в разобранном состоянии плюс небольшой апгрейд:



А вот внутренности Cyclone:

[Alex75]

Вот ещё Cyclone:

[Alex75]

... Якорь из алюминия не прокатит- на него все равно стальную втулку надевать пришлось-бы. А так- у меня якорь полый и совсем не тяжелый...

Согласен. И вообще, для ясности, ротор(основа для наклейки магнитов) обязательно необходимо делать из магнитного материала. Это может быть толстостенная труба, насаженная на вал через один, два переходных диска, приваренных к нему, и обточенная на токарном станке до нужного диаметра. Чем толще стенка трубы, тем лучше. Желательно минимум - 2мм, максимум - 5мм. Больше - смысла не имеет, т.к. магнитное поле в ферромагнетике быстро убывает с толщиной, и вес нам лишний не нужен. Ферромагнитная основа ротора замыкает линии магнитного поля незадейсвованных магнитных полюсов(обращённых вовнутрь к оси вращения), не даёт им рассеиваться в пространстве и вступать в противодействие с рядом находящимися одноимёнными полюсами других магнитов, тем самым, происходит максимальное усиление магнитных полюсов, задействованных в работе двигателя. Т.е. железный цилиндр(для наклейки магнитов) на роторе  работает как усилитель магнитного поля, исходящего от самих магнитов. Надеюсь, объяснил понятно.

[METAL]

Ну наконец-то! Хоть практик один пришел и подтвердил.
В ветке по электродвигателям есть одна моя тема, так там много чего по этому поводу было. Уж что только не насоветовали...
Ну да ладно, прорвемся.
Но зазор однозначно увеличивать придется(это я уже давно понял, но все про смещение магнитов базар).
Ладно, голова пока не варит после сложной трудовой недели- может завтра что будет нового.

[Влад Мак]

Хочу поделиться опытом.
Как-то нашел на металлоломе несколько японских двигателей непонятной конструкции. Спас их аж 8 штук от работников-вандалов, сортирующих металл. Достались они мне по цене веса чёрного металлолома на продажу(4 грн за кг). Вес одного двигателя 1,5 - 2 кг. Как оказалось это были трёхфазные бесколлекторные двигатели на постоянных магнитах от электроусилителя руля А/М Toyota. Очень дорогие. Редкость большая, учитывая, что это современный девайс от современного автомобиля. Я даже в инете с первого раза не нашёл на него описание! Напряжение питания 25В. Мощность - около 1000 ватт.

Я сам занимаюсь изготовлением подобных моторов. До того момента делал движки модельные с внешним ротором.

Спасибо за ценный опыт.
Теперь понятен долговременный удельный  вес не модельных трёхфазных бесколлекторных двигателей на постоянных магнитах .
А на Ваших двигателях, какая удельная мощность получается и чем запитываете?

... Якорь из алюминия не прокатит- на него все равно стальную втулку надевать пришлось-бы. А так- у меня якорь полый и совсем не тяжелый...

Согласен. И вообще, для ясности, ротор(основа для наклейки магнитов) обязательно необходимо делать из магнитного материала. Это может быть толстостенная труба, насаженная на вал через один, два переходных диска, приваренных к нему, и обточенная на токарном станке до нужного диаметра...

В общем-то я и имел ввиду такой вариант с кольцом.
Ротор у МЕТАЛа совсем не полый, если он имеет в виду обваренные когти генератора.
Алюминиевый ротор тоже можно облегчить насверлив отверстий или сделав его из эпоксидки с волокнистым наполнителем

[METAL]

Владимир, якорь у меня еще какой полый!!!!!!!

Сначала разбираем якорь с помощью съемника. какой-то матери и ее родственников, ваыняем из него катушку и мангинопровод(стальная болвашка), остаются только половинки толщиной 9мм около оси и на самих когтях сейчас от 8 до 6мм.
потом когти напрессовываются на ось обратно почти до упора(на требуемую ширину под магниты) и свариваем. внутри пустота...

если надо- тоже мошно насверлить отверстий.
только вес якоря не играет никакой роли в сравнении с весом остального ТС и водителя на нем. Хоть 5кг- не заметро будет...

[Darude5]

Владимир, якорь у меня еще какой полый!!!!!!!

Сначала разбираем якорь с помощью съемника. какой-то матери и ее родственников, ваыняем из него катушку и мангинопровод(стальная болвашка), остаются только половинки толщиной 9мм около оси и на самих когтях сейчас от 8 до 6мм.
потом когти напрессовываются на ось обратно почти до упора(на требуемую ширину под магниты) и свариваем. внутри пустота...

если надо- тоже мошно насверлить отверстий.
только вес якоря не играет никакой роли в сравнении с весом остального ТС и водителя на нем. Хоть 5кг- не заметро будет...

Правильно если даже по бокам ротор расверлить то никакого эффекта это не даст, но есть и плюсы ротор с постояными магнитами будет немного охлаждаться как было с когтями на генераторе

[Babylon4]

Хочу поделиться опытом.

Вес одного двигателя 1,5 - 2 кг. Как оказалось это были трёхфазные бесколлекторные двигатели на постоянных магнитах от электроусилителя руля А/М Toyota.
Я сам занимаюсь изготовлением подобных моторов. До того момента делал движки модельные с внешним ротором. Магниты использовал толщиной 2-3 мм и зазоры всегда старался делать минимальными. Ну, решил сделать подобный тойотовскому двигатель. Фото выкладывал. Магниты взял толщиной 5 мм. Собрал двигатель.

Вот тут-то всё и началось! Вал проворачивается очень туго, хотя в оригинальном двигателе он вращается легко без залипаний. Запитываю двигатель от контроллера - он начинает быстро нагреваться на холостом ходу при этом, потребляя большой ток без нагрузки.

Так же как и магниты(о чём я писал раньше) железо тоже должно иметь определённые соотношения, причём для разного количества магнитов оно будет разное (кстати вы не написали сколько полюсов было в оригинале и сколько сделали)  если верить фото то 12 пазов 16 магнитов, я тоже когда делал такую комбинацию, крутил он конечно большую лопату но КПД явно не блистал, заменил я ротор на 8 магнитов хоть и обороты выросли раз в 4 но через себя он  пропускал раза в 3 большую мощность(с редуктором).   

   По поводу циклонов,  обратите внимание на форму магнитопровода статора, там не что иное как магнитная линза.

   Ещё один нюанс: сверху на ротор с магнитами надевается тонкостенный стакан из немагнитного металла - алюминий. Зачем? Моя версия: эта оболочка работает как фильтр высокочастотных электромагнитных помех, ....

    Это связано(я так думаю) с тем что бы исключить вероятность раскрашивания магнита со временем(верней если оно произойдёт то хотя бы не заклинит усилитель).

[Alex75]

Конфигурация мотора-оригинала - 12N14P - 12 катушек 14 магнитов, схема намотки "двойная звезда", AabBCcaABbcC.
Конфигурация моего мотора( на базе статора асинхронного двигателя от стиральной машинки 150 Ватт) - 24N16P - 24 катушки 16 магнитов, что определяет намотку по схеме ABCABCABC...
На счёт КПД такого двигателя: почему же сразу низкий?! КПД двигателя с сердечником из трансформаторной стали, при соблюдении прочих условий, определяется соблюдением порога максимальной частоты перемагничивания материала и толщиной отдельно взятых пластин(чем тоньше тем лучше, меньше потерь на разогрев). Далее цитирую:
"Электротехническая сталь обладает высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями в переменном магнитном поле.

В СССР производится сталь толщиной 0,5; 0,35; 0,2; 0,15; 0,1; 0,08; 0,05 и 0,025 мм, что позволяет применять ее на частотах до 20 кГц.

Уменьшение вихревых токов достигается не только путем изготовления стали из тонких листов, но и благодаря добавлению в сталь кремния, из-за чего повышается удельное электрическое сопротивление:

К сожалению, добавка кремния увеличивает хрупкость стали, что затрудняет штамповку. Обычно штамповку листов статора и ротора производит из стали с содержанием кремния 1...2%. в крупных машинах — до 3%; в листах сравнительно простой формы для магнитопроводов трансформаторов — до 4...4,5%. С увеличением содержания кремния магнитная проницаемость стали при малых индукциях повышается, но снижается максимальная индукция (на рис. 2.30 кривая А — 1,8% Si, кривая Б — 4,8%)..."
Т.е. в нашем случае соотношение количества катушек(или пазов) с количеством магнитов не столь велико, чтобы говорить о падении КПД на высоких оборотах. Пример - двигатель с внешним ротором "Predator" с заявленной  мощностью в 11 КВатт, у которого конфигурация 24N20P(схема намотки AabBCcaABbcCAabBCcaABbcC). А он развивает на 48 В 6500 об/мин, при этом КПД - около 90%.
Даже если в нём используется, какая-то, гутаперчивая трансформаторная сталь, снизив планку максимальных оборотов вдвое, мы можем смело выйти на такие же показатели по КПД.

[Babylon4]

Конфигурация мотора-оригинала - 12N14P - 12 катушек 14 магнитов, схема намотки "двойная звезда", AabBCcaABbcC.

Конфигурация моего мотора( на базе статора асинхронного двигателя от стиральной машинки 150 Ватт) - 24N16P - 24 катушки 16 магнитов, что определяет намотку по схеме ABCABCABC...

   Да это оптимально рабочие варианты.   

   Материалы; не только подбор физических параметров влияет на  КПД но и геометрия магнитной системы.

[dimad63]

Такой предатор пытались вместо серва на станок поставить  вообще никакой к концу дня сгорел у него и киловата нет  тот серв который пытались заменить 6 киловатт 6000 оборотов 36кг  .

[Alex75]

Значит не соблюдали режим охлаждения, теплоотвода и режим работы при оптимальном КПД. Да он и не рассчитан на такое применение. Для таких целей я бы использовал двигатель с внешним ротором весом килограмм на 6 - 10.
Сами посудите: если при КПД(в лучшем случае) 89,2 % двигатель потребляет 6 Квт мощности, то из них он переводит в тепло 648 Ватт. А при 11 Квт - 1,188 Квт соответственно. Шутка ли, отвести от тела массой 1,55 кг хотя бы половину такой мощности!

[dimad63]

Просто тот что стоял за сутки нагревался не больше 40 градусов и намотон был лицендратом   на 45 квадратов

[Alex75]

Двигатель, скорей всего, был асинхронный? У него КПД при таких габаритах и мощности - около 98%. Плюс развитой алюминиевый радиатор, наверное. Опять же, при таких размерах отвести тепло проще.

[dimad63]

На магнитах был 14 на 300 на 8 с 3 отверстиями под винтики потайные и сверху какой то ниткой обмотан и пропитан ипоксидкой.
Прямоугольник квадратный.

[Alex75]

Фига себе двигатель!!!...А наружный диаметр ротора с магнитами какой? Внутренний диаметр статора? Сколько магнитов? Редкоземельные?

Для ваших целей подошёл бы вот такой:

или такой:

вот его ротор:

Хотя если важно позиционирование, то у этого двигателя полюсность маленькая.
Вот похожий 5 КВатт:

10 Кватт состоит из двух таких статорных половинок, а между ними дисковый ротор с магнитами с двух сторон.
А вот как он горит:

[Влад Мак]

Владимир, якорь у меня еще какой полый!!!!!!!    

Сначала разбираем якорь с помощью съемника. какой-то матери и ее родственников, ваыняем из него катушку и мангинопровод(стальная болвашка), остаются только половинки толщиной 9мм около оси и на самих когтях сейчас от 8 до 6мм...
только вес якоря не играет никакой роли в сравнении с весом остального ТС и водителя на нем. Хоть 5кг- не заметро будет...

Правильно если даже по бокам ротор расверлить то никакого эффекта это не даст, но есть и плюсы ротор с постояными магнитами будет немного охлаждаться как было с когтями на генераторе

Если бы стальная "скорлупа" была равновелика алюминиевому диску, то никто бы не производил и не покупал вместо стальных колёсных дисков - алюминиевые.
Может для Вашего скутера, пару кг и не критичны, но для авто или велосипеда уменьшение на 50% веса электродвигателя - значимы.