Максимизация тяги на низких оборотах

[zap]

В наличии имеется два авиамодельных моторчика TURNIGY 50-65D 270kv Outrunner.
Моторчики, как можно заметить, небольшие - диаметр 5см, длина корпуса 6.5см, 14 полюсов, 11 магнитов (вроде, щас не помню точно).
Оптимальные обороты, как у всех авиадвигателей, очень высокие - в районе 6000.

Вопрос - можно ли как-то соптимизировать параметры обмотки с тем, чтобы получить приличный КПД и высокую тягу на относительно низких оборотах? Под низкими я имею в виду ну хотя бы 1000-1500 оборотов в минуту. Получать с них при этом хочется хотя бы ватт 200-300, можно больше

Или обмоткой тут ничего изменить нельзя, это всё конструктивные ограничения и с каким статором/ротором мотор родился, с такими параметрами ему и жить?

[nikvic]

""Оставь надежду всяк, сюда входящий

Всё, что можно сделать перемоткой,  можно сделать и напряжением.

На диаграмме  момент\обороты область приличных КПД - "облако" вокруг прямой М=а*обороты - М0.

Иными словами, уменьшив обороты в 6 раз и желая сохранить КПД , должно в 6 раз уменьшить ток - и в 36раз мощность.

[zap]

Ага, я где-то читал, что у этих двигателей мощность порядка 3 кВт, значит ~100 ватт на 1000 об/мин из них всë-таки можно вытянуть.

Не фонтан, да. Придëтся максимизировать коэффициент редуктора.

[aleks17121960]

Судя по даташиту,моторчик 2кВт при 9000об/мин.(если КПД за 80% принять)

[zap]

А где Вы даташит на него нашли? Я тоже хочу!

Что меня в его конструкции напрягает, так это то, что между магнитами у него довольно-таки значительное расстояние, в отличие от М-К, где магниты наклеены впритык. Видать, экономят магниты за счёт эффективности. Можно было бы наклеить магнитов в полтора-два раза больше.

P.S. Отвечу сам на свой вопрос: в каментах была ссылка на оригинал, с которого данный мотор передран:
http://www.scorpionsystem.com/catalog/motors/s40/s-4035-250KV/
Там же есть и даташит.

Stator Diameter	40.0 mm (1.575 in)
Stator Thickness	35.0 mm (1.024 in)
No. of Stator Arms	12
Magnet Poles	14
Motor Wind	15 Turn Delta
Motor Wire	19-Strand 0.25mm
Motor Kv	250 RPM / Volt
No-Load Current (Io) @ 10 v	0.69 Amps
Motor Resistance (Rm)	0.037 Ohms
Max Continuous Current	65 Amps
Max Continuous Power	2700 Watts
Weight	465 Grams (16.40 oz)
Outside Diameter	48.9 mm (1.925 in)
Shaft Diameter	7.98 mm (0.30 in)
Body Length	63.3 mm (2.44 in)
Overall Shaft Length	94.5 mm (3.65 in)
Max Lipo Cell	12s
Motor Timing	5deg
Drive Frequency	8kHz

[tony16]

В наличии имеется два авиамодельных моторчика TURNIGY 50-65D 270kv Outrunner.
Моторчики, как можно заметить, небольшие - диаметр 5см, длина корпуса 6.5см, 14 полюсов, 11 магнитов (вроде, щас не помню точно).
Оптимальные обороты, как у всех авиадвигателей, очень высокие - в районе 6000.

Вопрос - можно ли как-то соптимизировать параметры обмотки с тем, чтобы получить приличный КПД и высокую тягу на относительно низких оборотах? Под низкими я имею в виду ну хотя бы 1000-1500 оборотов в минуту. Получать с них при этом хочется хотя бы ватт 200-300, можно больше

Или обмоткой тут ничего изменить нельзя, это всё конструктивные ограничения и с каким статором/ротором мотор родился, с такими параметрами ему и жить?

Давайте начнем с того что вероятнее всего эти движки как и все аутранеры изначально соединены в треугольник и простым переключением в звезду снижаем ток в 1.73 раза и его 270 kV вероятнее всего на такое же значение а то и вовсе в 2 раза.

О точно последнее сообщение не полностью прочитал
Motor Wind   15 Turn Delta

[aleks17121960]

Хитрые китаицы в даташите пишут мощность потребления,реально:-КПД.Можно пересчитать обмотки на в 7 раз большее индуктивное сопротивление,обороты упадут примерно в 2.6 раза при около 300Вт мощности,КПД возрастет немного(ток меньше)

[zap]

Обмотка сделана крайне халтурно, так что меня подмывает перемотать мотор хотя бы ради того, чтобы уложить витки более аккуратно.

Обмотка выполнена жгутом из 19 проводов диаметром 0.29мм (~1.25 мм^2), мне кажется, если взять провод потолще, например жгут из 4-х проводов диаметром 0.65мм (1.33 мм^2) получится, во-первых, аккуратнее всё уложить и, во-вторых, снизить сопротивление обмотки. И вообще, учитывая что мне надо максимум 3000 об/мин при питании 8S (29V), лучше увеличить количество витков до 40 на зубец (100 kV), а диаметр провода - уж сколько влезет.

Почему авиадвигатели мотают таким тонким проводом? Из-за высокой частоты вращения скин-эффект становится более выраженным? По идее, раз у меня обороты ниже, то ничего страшного в увеличении диаметра провода нет?

Кому интересно, ниже фотографии магнитов и статора, пока что через прорезь прицела Обратите внимание на расстояние между магнитами а также между зубцами статора. Не является ли это причиной снижения максимальной мощности двигателя, относительно его размера и веса?

И ещё непонятный вопрос, почему основная масса провода намотана ближе к центру двигателя, зубцы статора с обмоткой из-за этого даже имеют "грушеобразную" форму. Как мне кажется, наоборот надо основную массу провода располагать ближе к магнитам, именно там формируется поле, которое взаимодействует с магнитами.

[TRO]

Намотано тонким, чтобы в толстом на малых радиусах изгиба лак не трескался.
А намотка не толще к центру (это кажется), а одинаково распределена по катушке.
Если мотать на краю больше, то на торцах медь подымется, и может начать чиркать об чашку( с окнами которая).

[nikvic]

Обмотка должна рассеивать приличное тепло - отсюда и  одинаковая толщина. При переходе на мЕньшую мощность вполне можно занять почти всю площадь окна.
Распределение витков вдоль радиуса практического влияния на поле не оказывает.

[zap]

Намотано тонким, чтобы в толстом на малых радиусах изгиба лак не трескался.

Хм, возможно. Но я надеюсь, при аккуратной ручной намотке и лак толстого провода не потрескается. В М-К же мотают таким проводом, и ничего вроде. Я, правда, не смотрел ещё внутренности - может там углы скруглены, хотя вряд ли, там же пластинчатый статор.

А намотка не толще к центру (это кажется), а одинаково распределена по катушке.

Не, это у меня на фотках плохо видно, на самом деле есть пару зубцов наоборот намотанных, но в основном у всех "груша" сориентирована "пупком" к центру, есть и такие которые более-менее нормально распределены.
Во всяком случае, за счёт наружних проёмов явно можно больше меди в окно впихнуть.

Если мотать на краю больше, то на торцах медь подымется, и может начать чиркать об чашку( с окнами которая).

Не, там места до чашки почти сантиметр. Это из-за вспышки снимок таким плоским выглядит.

[zap]

В общем, интуитивно я начал догадываться почему электромотор выдаёт не больше определённой мощности при данных оборотах. Я попробую изложить простыми, лоховскими понятиями, а вы поправьте если что.

Мощность это момент помноженный на угловую скорость (т.е. частоту вращения). Так как мне требуется максимизировать мощность на определённых оборотах, параметр угловой скорости фиксированный, значит остаётся варьировать только момент.

Момент в двигателе создаётся за счёт притягивания/отталкивания магнитов ротора и электромагнитов статора. Единственное, чем мы можем варьировать момент - это сила тока в обмотке. Представим, что мы заблокировали вал в положении, в котором протекающий по обмотке ток даёт максимальный момент силы. Начинаем увеличивать ток в обмотке, увеличиваем, статический момент растёт...

К сожалению, увеличивать ток до бесконечности мы не можем. При увеличении тока, начиная с какой-то точки железо статора начинает входить в насыщение, таким образом ток увеличивается, а момент уже не растёт. И, соответственно, КПД с этого момента начинает падать.

То есть, момент, создаваемый двигателем, конструктивно ограничен массой железа статора. И никакими обмотками тут ничего не поделаешь.

Я угадал?

P.S. Хмм... подумалось, а какой вклад в магнитную индукцию создаваемого поля вносит масса меди обмотки? Может за счёт увеличения массы меди можно на сколько-то там процентов увеличить максимальный момент?

[nikvic]

К сожалению, увеличивать ток до бесконечности мы не можем. При увеличении тока, начиная с какой-то точки железо статора начинает входить в насыщение, таким образом ток увеличивается, а момент уже не растёт. И, соответственно, КПД с этого момента начинает падать.

Момент продолжает расти, но медленнее. И КПД связан не столько с близостью к насыщению, сколько с квадратичной зависимостью тепловых потерь от тока. Ну а полезная мощность при данной скорости и не слишком близко к насыщению пропорциональна току...

[Babylon4]

Почему авиадвигатели мотают таким тонким проводом?

Не мотают авиамоделисты, мотают китайци, а тонкий провод по тому что проще с ним работать.

Кому интересно, ниже фотографии магнитов и статора, пока что через прорезь прицела Обратите внимание на расстояние между магнитами а также между зубцами статора. Не является ли это причиной снижения максимальной мощности двигателя, относительно его размера и веса?

Магниты в конкретном примере расположены нормально, нет смысла лепить их один к одному как это сделано в МК,Железо можно немного доработать, обмотку если есть большая потребность можно и перемотать.

И ещё непонятный вопрос, почему основная масса провода намотана ближе к центру двигателя.

   А вы попробуйте намотать по быстрому!!! что будет? Можно предположить что моторчики мотают в ручную, и те кто мотает врядли будет забивать голову мыслями по этому поводу.

   В общем, интуитивно я начал догадываться почему электромотор выдаёт не больше определённой мощности при данных оборотах
  Мощность это момент помноженный на угловую скорость

Вы совершенно правы, для конкретного конструктива, момент не сильно зависит от оборотов, но мощность являясь их произведением сильно страдает...

   В отношению КПД, хочу привести показательный пример, немци сделали двигатель для парлана 10Квт KV 47 утверждают что КПД равно 93% ... Но если по приведённому имиже графику пощитать мощность на валу при 1000об/мин составляет 2300вт а потребляемая 5000вт Какой КПД?. Даю ссылку на ПДФку и ролик
   http://www.geigerengineering.de/fileadmin/templates/PDF/Motordaten_HPD10.pdf http://www.youtube.com/watch?v=PXI5d0Aws0Y&feature=player_embedded

[av-master]

немогу найти удельный момент для такого типа движков (bldc) , кто нить знает ?

[zap]

Магниты в конкретном примере расположены нормально, нет смысла лепить их один к одному как это сделано в МК,Железо можно немного доработать, обмотку если есть большая потребность можно и перемотать.

Почему же нет смысла, смысл как раз есть - чем ближе магниты, тем меньше пульсации момента, тем выше средний момент и, соответственно, мощность.

В отношению КПД, хочу привести показательный пример, немци сделали двигатель для парлана 10Квт KV 47 утверждают что КПД равно 93% ... Но если по приведённому имиже графику пощитать мощность на валу при 1000об/мин составляет 2300вт а потребляемая 5000вт Какой КПД?. Даю ссылку на ПДФку и ролик

Я поначалу тоже неверно посчитал и у меня КПД получилось 45% Но дело в том, что обороты - это синий график, а он до 1000 нигде не падает Так что при 21.9 Н*м скорость вращения примерно 2125 об/мин, значит КПД = 5000/(21.9*(2125*2*pi/60)) = 102.6%. Скромненько так...

[ShurikenA]

Кому интересно, ниже фотографии магнитов и статора, пока что через прорезь прицела Обратите внимание на расстояние между магнитами а также между зубцами статора. Не является ли это причиной снижения максимальной мощности двигателя, относительно его размера и веса?

Вдоволь наигравшись в программе моделирования БК-моторов могу сказать следующее, что момент повышается при:
- уменьшении зазора между магнитами, однако при этом нужно корректно подбирать ширину "шляпки" зуба статора;
- уменьшении воздушного зазора, но меньше 0,1 мм делать смысла практически нет;
- увеличении толщины магнитов, для неодимовых оптимально 4-5 мм;
- увеличении толщины зуба статора;
- увеличении толщины железа ротора (куда клеятся магниты), оптимально должно быть равно толщине магнитов;
- уменьшении толщины пластин статора и изоляции между пластинами, правильный подбор материала статора;
- увеличении магнитной индукции (N48H дадут больше, чем N35SH)
- количество полюсов ротора должно быть больше количества полюсов статора (+1/+2 и кратно двум).
Увеличение количества полюсов не ведет к увеличению момента в двигателе того же объема (при той же массе железа, меди, магнитов).
Если грамотно спроектировать и культурно собрать мотор, то с того же объема можно получить примерно в 1,5 раза больший момент при том же КПД, чем у обычных авиамодельных аутраннеров.

[ShurikenA]

Я поначалу тоже неверно посчитал и у меня КПД получилось 45% Но дело в том, что обороты - это синий график, а он до 1000 нигде не падает Так что при 21.9 Н*м скорость вращения примерно 2125 об/мин, значит КПД = 5000/(21.9*(2125*2*pi/60)) = 102.6%. Скромненько так...

Ну все правильно. Там график левой ногой нарисован, вот у вас и погрешность вышла. Это вы отдаваемую мощность посчитали, а потребляемая будет 5000/КПД.