Двигатель. Магниты vs без магнитов.

[av-master]

Вновь хочу поднять тему о различных типах двигателя. преимущества и недостатки.
Поварившись  немного в этой каше, пришла в голову мысль:
по сути двигатель = ротор и статор взаимосвязи через магнитное поле.
По сути магнитное поле, ротор м статор можно представить, как шестерни планетарного редуктора.
при синусе количество зубов такого редуктора стремится к бесконечности при трапеции число зубов допустим в 10 раз больше полюсов. при питании прямоугольниками Зубов примерно как полюсов... и т.д...
в особо сложных случаях эти зубы еще умеют проскальзывать и т.д...
но суть остается ода. само поле неважно чем оно вызвано магнитами или электромагнитами - всего лишь опора для "Зубов ротора и статора)
Собственно нужно просто максимально эффективно цеплятся за эти зубы и  этого достаточно.
ЗЫ
т.е. если научиться ротором цепляться за статор без магнитов и вообще подмагничвания в прямом смысле, то получаем туже эффективность, (собственно на SRM намекаю)

Собственно жду возражений.

[zap]

Передаточное отношение равно P/2, где P - количество полюсов ротора

Например, в классической конфигурации где 46 полюсов имеем редуктор с передаточным отношением ~1:23

Это значит, что каждые 23 периодов одной фазы - синусоиды или трапеции неважно - ротор совершает один полный оборот.

В нормальных условиях "проскакиваний" не происходит (особенно при наличии датчиков Холла).

При наличии активных статора и ротора (в отличии от SRM и асинхронников) мы получаем возможность не только "притягиваться" к зубцам, но и отталкиваться. Это увеличивает почти вдвое габаритную мощность, но это Вы и без меня знаете.

[Peoner]

Это увеличивает почти вдвое габаритную удельную мощность,

[av-master]

если в класическом редукторе посмотреть а то как "зубы" зацеплены и вращаются то ИМХО опора их на обе стороны (притягивание и отталкивание) не дает никакого прироста мощности. но увеличивает "крепость системы" т.е. при меньших размерах "Зубов магнитов" меньше вероятность "срезать/проскочить" зубы за счет более полного распределения усилий. то что вы называете габаритной мощностью. в целом многими расчетами и опытами доказано, что при одинаковой массе взаимодействующих металлов можно достичь одинаковой габаритной мощности. насыщение железного сердечника в любых двигателях одинаково, и выше не прыгнеш. какой смысл иметь ротор с крутыми магнитами когда статор использует их на половину мощности. и удельная мощность тоже получается оганичена.

А вот нагрев допустимый магниты ограничивают. особенно ферритовые.

[zap]

Бесполезно проводить прямую аналогию двигателя с редуктором - у них всё-таки разные принципы работы. Ни притягивание, ни отталкивание не являются полноценным аналогом фрикционного зацепления.

Точка Кюри низкая как раз у редкоземельных магнитов (150-300 градусов), у ферритовых она за 700 градусов.

Что касается насыщения, магнит по определению находится в "насыщенном" состоянии постоянно. Насчёт "опытами доказано" - фигня, ничего не доказано, если вы имеете в виду исследование про "создадим SRM не хуже приусовского" то задайте себе вопрос - почему в приусы до сих пор такие двигатели не ставят? Да потому, что вес получившегося мотора практически вдвое выше приусовского аналога на постоянных магнитах.

[av-master]

я не о SRM я в целом. о принципе. (есть же и другие типы : гистерезисный например)
согласен с редуктором не сравнить, но моя аналогия не о том. редуктор если перегрузить он срежет зубы. двигатель начнет проскальзывать ( магнитная муфта тому пример), современные контроллеры проскальзывать не будут, так как котролируют положение ротора. и просто остановят поле, но уже ни оттолкнуться ни притянуться не смогут. ток можно повышать до бесконечности, но поле взаимодействия уже не растет...

У Тоёты во владениях очень много неодимовых "копален". и ей нет смысла слезать с неодима пока он есть. их разработки SRM напротив могут использовать конкуренты.
По весу. SRM у них был легче PMSM на 2 кг. опять таки за счет большего допустимого нагрева ИМХО.

ударно раскручивать преимущества Неодимовых магнитов в двигателях можно только с позиции сравнения их с ферритовыми и Электрическими. первые явно слабее, вторые требуют энергию.

Если смотреть на SRM то при правильном расчете ( одинаковые сечения ротора и статора, чтоб магнитные линии свободно прошли все на пределе насыщения, и на несколько % меньше сами зубцы, теория гласит, что они должны войти в насыщение), мы имеем зацепление ротор статор. через магнитное поле, максимально возможное для данного железа, без участия дорогущих магнитов. при этом можно несколько повысить плотность тока в обмотках и допустимый нагрев двигателя.

Собственно я допускаю некоторое увеличение веса. пусть даже на 50%. главное цена.

[zap]

Хотел глянуть ту работу - а её уже убрали из публичного доступа, дятлы.
Нагрев тут ни при делах - вы же не собираетесь нагревать двигатель до 300 градусов, правда? В таких условиях начнёт плавиться уже припой и изоляция проводов. Тем более, рабочая температура обычных эмалированных проводов - до 150 градусов, повышенной стойкости - до 180 градусов. Есть и на более высокие температуры, но это уже экзотика.

Ну а до стольника мотор-колёса легко нагревают даже наши форумные джедаи.

Как мне кажется, Вы зря игнорируете фактор отталкивания.

Все магниты уже находятся в насыщенном состоянии по определению. Один магнитный полюс работает на отталкивание одного (предположим, насыщенного) зубца и одновременно притягивает другой (насыщенный) зубец. В SRM зубцы ротора только притягиваются к насыщенным зубцам статора. То есть, момент генерируется вдвое меньше. Я так это понимаю.

[av-master]

момент не генерируется магнитами. поле магнитов может только использовать статор. если бы магниты создавали момент. мы бы уже наконецто как нить его использовали в ВД ))
более сильные магниты позволяют использовать железо по максимуму . вот рассуждаю так: синхронный двигатель с магнитами... поле статора опираясь на магниты ротора вращает его с некой часотой. нагрузка возрастает и в некий момент сила сцепления становится недостаточной. поле проскальзывает и двигатель срывается с синхронизма. тут думаю четко видно, что неодим сорвется гораздо позже при соизмеримом весе самих магнитов. если же взять ферита по весу больше, ровно столько чтоб уже ограничивало насыщение железа. то момент срыва будет одинаковым, в весе 100% проиграем.
теперь возьмем железный ротор хоть с подмагничиванием хоть без. "научимся" к нему цепляться с максимальной силой обеспечим тоже насыщение и получим тотже момент срыва. Ведь так ? в весе опять проигрываем но не критично же.

кусок статьи http://www.3dnews.ru/news/ventilnie_reaktivnie_elektrodvigateli_umensheni_i_prigodni_dlya_gibridov/

[zap]

момент не генерируется магнитами. поле магнитов может только использовать статор.

Хорошо, давай смотреть с этой точки зрения.
Статор может использовать поле магнитов. Представим, что зубец статора притягивает к себе очередной зубец ротора, оба куска железа близки к насыщению, имеем определённую силу притяжения F. Теперь представим зубец статора между двумя разноимёнными полюсами, оба тоже в состоянии насыщения. Имеем силу притяжения F₁ и силу отталкивания F₂, обе силы примерно равны F из первого случая. То есть, имеем F против 2*F.

[av-master]

думаю эта F останется тойже. только распынной на большую площадь.  железо в насыщении и имеет какуюто фиксированную силу которую может использовать на притяжение или отталкивание или пополам на оба.
давайте прикинем вес магнитов + вес железа замыкающего поток. и вес железа ротора. ну и на глазок станет понятнее что к чему. какой вес у мотора без крышек и внутренностей ? естественно с указанием мощности. какой вес пластин статора без меди ?

ЗЫ:
Где наши спецы форумные ? ))) один zap за всех отдувается ))

[VladimirA]

Попробую продолжить мысль  Zap-а.
Рассмотрим работу двигателей SRM и PMSM при запитывании их 3-фазным трапецеидальным напряжением по трем секторам:
SRM:
1-й шаг:
1-й сектор стоит в положении "взведено +". При подаче на него питания ротор будет поворачиваться к шагу 2.

2-й шаг:
1-й сектор подходит к положению "0 " и мы отключаем питание.
2-й сектор встал в положение "взведено +" и мы подали на него питание. Ротор поворачивается к шагу 3.

3-й шаг:
1-й сектор подходит к положению " взведено -" и мы не даем на него питание. Иначе он будет поворачиваться обратно.
2-й сектор подходит к положению "0 " и мы отключаем питание.
3-й сектор встал в положение "взведено +" и мы подали на него питание. Ротор поворачивается к шагу 1.
За весь цикл мы запитываем только один сектор.

PMSM:
1-й шаг:
1-й сектор стоит в положении "взведено +". При подаче на него питания ротор будет поворачиваться к шагу 2.  Но т.к. на роторе  стоят постоянные магниты, то будет не только притягивание, но и отталкивание. Т.е. при том же токе катушек сектора 1 (теоретически) мы получим в 2 раза больший момент и Массо-габаритные показатели.

2-й шаг:
1-й сектор подходит к положению "0 " и мы отключаем питание.
2-й сектор встал в положение "взведено +" и мы подали на него питание. Ротор поворачивается к шагу 3.

3-й шаг:
1-й сектор подходит к положению " взведено -" но  мы даем на него питание другой полярности
положение " взведено -" переходит в " взведено +". Ротор поворачивается к шагу 1.
Мы можем за цикл запитывать не один, а 2 сектора. Т.е Массо-габаритные показатели будут уже в 4 раза (теоретически) выше.
2-й сектор подходит к положению "0 " и мы отключаем питание.
3-й сектор встал в положение "взведено +" и мы подали на него питание. Ротор (помогая сектору 1) поворачивается к шагу 1.

Но PMSM-двигатели имеют и свои минусы:
Это высокая стоимость, а при увеличении размеров она становится огромной, и более низкая коррозионо-устойчивость. Особенно в крупных приводах, применяемых на открытом воздухе.
А так же дополнительные сальники против сбора магнитной пыли на роторе.
Поэтому при непродолжительном использовании эл.привода и в стационарных условиях
SRM имеют преимущества и очень широко используются в в приводах клапанов-заслонок типа "Баттерфляй" на нефте- и газо-проводах, а так же в балластных системах шлюзов и доках...

Для эл.транспорта экономичнее применять PMSM-двигатели.
Удачи.

[zap]

Ещё одна мысль.
Возьмём силу притяжения электромагнита с магнитом.
Сравним с силой притяжения электромагнита к куску железа.
В принципе, для простоты представления электромагнит в обоих случаях можно заменить на простой магнит.
По-моему, из практического опыта должно быть очевидно, что сила взаимодействия во втором случае гораздо ниже силы взаимодействия в первом случае.
Это даже без учёта отталкивания.

[av-master]

VladimirA согласен работает больше площадь 2/3. но в SRM тоже можено запитать 2/3 (как в полушаговом режиме шаговика)/ типа SRモータにおける角度センサレス制御のご紹介 (зать бы еще о чем он глаголит.... )

zap - притянулся магнит к электромагниту, насытил его железо. сила притяжения осталась уровне максимум для железа. притянули кусок железа, подали ток. насытили железо. сила притяжения та-же или нет ?. выше насыщения железа не прыгнешь .

[av-master]

еще парочка Permanent Magnet Synchronous Motor
Permanent Magnet Synchronous Motor

Я все еще продолжаю верить и думать, что неодим не панацея. для привода транспорта.

[zap]

zap - притянулся магнит к электромагниту, насытил его железо. сила притяжения осталась уровне максимум для железа. притянули кусок железа, подали ток. насытили железо. сила притяжения та-же или нет ?. выше насыщения железа не прыгнешь .

Сердечник электромагнита насыщен изначально, на него подаём максимальный ток.
Максимальная работа совершается когда магнит и зубец находятся в максимально удалённом друг от друга расстоянии.
Когда магнит уже пролетает над зубцом, вектор притяжения направлен к оси двигателя, это бесполезная сила, мы её использовать не можем. Поэтому то, что происходит уже к концу такта - по барабану.

Вы проведите простой натурный эксперимент, если мне не верите. Возьмите два редкоземельных магнита и кусок железа и сравните силу притяжения.

[av-master]

я согласен что редкозем притянется сильнее и с большего расстояния. того же можно добиться взяв больший феритовый. или взяв кусок железа. когда железо статора в насыщении. сильнее оно притянуть не может ни магнит ни другое железо.
речь идет о прямом взаимодействии с магнитом. при томже железе. неодим естественно меньшего размера создаст ровно ту же силу. но никак не выше силы на которую способен статор.

[zap]

я согласен что редкозем притянется сильнее и с большего расстояния. того же можно добиться взяв больший феритовый. или взяв кусок железа. когда железо статора в насыщении. сильнее оно притянуть не может ни магнит ни другое железо.
речь идет о прямом взаимодействии с магнитом. при томже железе. неодим естественно меньшего размера создаст ровно ту же силу. но никак не выше силы на которую способен статор.

Таким вот нехитрым образом мы пришли к понятию удельной мощности
Я же не говорю, что нельзя создать SRM той же мощности что и IPSM. Вопрос в количестве железа.
Кстати, в статье на 3dnews на которую Вы давали выше ссылку, говорится лишь о удельном моменте на объём двигателя. Про вес там почему-то ничего не сказано И я даже догадываюсь, почему.

[aleks17121960]

я согласен что редкозем притянется сильнее и с большего расстояния. того же можно добиться взяв больший феритовый. или взяв кусок железа. когда железо статора в насыщении. сильнее оно притянуть не может ни магнит ни другое железо.
речь идет о прямом взаимодействии с магнитом. при томже железе. неодим естественно меньшего размера создаст ровно ту же силу. но никак не выше силы на которую способен статор.

К сожалению,того-же нельзя добиться,взяв большой ферритовый-у них плотность магнитного потока ниже.Если бы не цена-везде бы стоял редкозем,хотя-бы из-за разницы в КПД в 4-15%(от типа ЭД зависит)