BLDC мотор, расчет

[DIVAS]

По поводу соотношения 63\56 это получается 1.125 то есть: 1 и 1/8,  думаю сочетании не случайное, вы могли бы отписать как соединены катушки? и как соединены обмотки? по пробую разобраться.

Я его ещё не разматывал, только разбирал. Но здесь где-то в соседних темах ("перемотка МК" или как-то так) есть много тех кто перематывал - они выкладывали много картинок. Если хотите разобраться, Вам есть смысл почитать эти темы. Но сразу предупреждаю, что там много и непросто. К тому же, много ошибочных утверждений.

Если же исходить из теории того как должна выглядеть намотка 63/56, то это примерно так:
У статора из 63 зубов 21 зуб занят одной фазой. Очевидно, что 21 зуб должен как-то взаимодействовать с каким-то целым количеством из 56 магнитов. Очевидно, что это должны быть какие-то повторяющиеся однообразные группы.
Чтобы узнать, сколько этих групп - нужно найти общий делитель для 21 и 56, при делении на который в обоих случаях получается целочисленный результат. Находим число 7 - это количество групп. 21/7=3 зубца в одной группе.

Попробую изобразить, как это выглядит на примере сектора 1/7 мотора:

N   S   N   S   N   S   N   S
1   1'  1   2   2'  2  3   3'  3

Штрихом помечены зубцы статора, на которых обмотка намотана инверсно. Цифрами - номера фаз.
Хотя буквы немного расползлись, здесь видно, что несмотря на разный шаг зубцов и магнитов, они способны эффективно взаимодействовать друг с другом.
В данном случае мы видим, что первая фаза в показанный момент бесполезна, т.к. она не может создавать тангенциального усилия в роторе, а фазы 2 и 3 могут эффективно взаимодействовать с последними пятью магнитами сектора - фаза 2 может их отталкивать, а фаза 3 притягивать, или наоборот.
Собственно, в одной из тем про МК были хорошие картинки аналогичного смысла, но чего-то я пока не вижу в какой именно теме и на какой странице. Чуть позже если найду, дам ссылку.

[olus]

Для трёхфазной системы с которой "выжимают максимум" альтернативы классике жанра - три зубца на полюс (q=1) я не знаю.

То есть, для 12 катушек лучше всего использовать 4 магнита (две пары)?

12 зубцов - слишком мало, такое количество характерно для микромашин. 18 - минимум для боле-менее приличных диаметров (>100мм). Опять же зубцовая намотка не есть "максимальное" решение.

[DIVAS]

Теперь про числа зубцов и полюсов. Для трёхфазной системы с которой "выжимают максимум" альтернативы классике жанра - три зубца на полюс (q=1) я не знаю.

Сдаётся мне, Вы тут сильно заблуждаетесь, либо путаете BLDC двигатель с чем-то другим, либо речь идёт конкретно о высокооборотистых BLDC...

Уточните пожалуйста, где у нас взаимонедопонимание?

[olus]

Теперь про числа зубцов и полюсов. Для трёхфазной системы с которой "выжимают максимум" альтернативы классике жанра - три зубца на полюс (q=1) я не знаю.

Сдаётся мне, Вы тут сильно заблуждаетесь, либо путаете BLDC двигатель с чем-то другим, либо речь идёт конкретно о высокооборотистых BLDC...

Уточните пожалуйста, где у нас взаимонедопонимание?

Я написал, что я не знаю, если Вы знаете - Вы богаче меня. Просто в моей практике встречались разные конструкции типа z=48 2p=40, но в тех же габаритах q=1, (48/16) давало заметно лучший результат. Что до BLDC - другими машинами я не занимаюсь.

[olus]

Цитата: servmv писал Сегодня в 16:46:45

    По поводу соотношения 63\56 это получается 1.125 то есть: 1 и 1/8,  думаю сочетании не случайное, вы могли бы отписать как соединены катушки? и как соединены обмотки? по пробую разобраться.


Дробное q (на самом деле не 9/8, а 3/8) даёт малые пульсации момента, отсюда эта экзотика и применяется в мотор-колёсах. Но "вытягивание максимума" - несколько иная задача. Мне встречался мотор с z=36 2p=46, но, увы, трёхгодичная работа пошла прахом, хотя пульсаций момента практически не было, и вал спокойно проворачивался без "залипаний". За всё надо расплачиваться.

[DIVAS]

Я написал, что я не знаю, если Вы знаете - Вы богаче меня. Просто в моей практике встречались разные конструкции типа z=48 2p=40, но в тех же габаритах q=1, (48/16) давало заметно лучший результат. Что до BLDC - другими машинами я не занимаюсь.

В данном случае всё зависит от цели.
Если нужны обороты - то это может быть конфиг и 3х/1х, при этом количество одновременно действующих полюсов получается равным Х.
Если же нужен момент (а в электротранспорте он почти всегда в приоритете), то оптимальны конфиги вида от 3х/2х до 3х/4х, потому что в них получается больше одновременно действующих полюсов.

К тому же, ещё одна сложность малополюсных моторов в том, что очень трудно найти магниты в форме секторой нужной геометрии, да ещё и с плавным градиентом полюсов.

Что Вы имели в виду под

разные конструкции типа z=48 2p=40, но в тех же габаритах q=1

Я, честно говоря, вообще не понял. Что такое Z, P, Q?

UPD. Z и P, кажется, понял - кол-во зубцов/полюсов. Что означает Q, я всё ещё не понял...

(48/16) давало заметно лучший результат.

Лучший в каком плане...?

[olus]

Я написал, что я не знаю, если Вы знаете - Вы богаче меня. Просто в моей практике встречались разные конструкции типа z=48 2p=40, но в тех же габаритах q=1, (48/16) давало заметно лучший результат. Что до BLDC - другими машинами я не занимаюсь.

В данном случае всё зависит от цели.
Если нужны обороты - то это может быть конфиг и 3х/1х, при этом количество одновременно действующих зубцов = Х.
Если же нужен момент (а в электротранспорте он почти всегда в приоритете), то оптимальны конфиги вида от 3х/2х до 3х/4х, потому что в них получается больше одновременно действующих зубцов.

Что Вы имели в виду под

разные конструкции типа z=48 2p=40, но в тех же габаритах q=1

Я, честно говоря, вообще не понял. Что такое Z, P, Q?

UPD. Z и P, кажется, понял - кол-во зубцов/полюсов. Что означает Q, я всё ещё не понял...

(48/16) давало заметно лучший результат.

Лучший в каком плане...?

BLDC - машина, для которой выходным параметром является, как раз момент (если быть скрупулёзным, моментный коэффициент, т.е. момент на 1А входного тока). Поле статора "цепляющее " ротор, может быть разбито на повторяющиеся структуры. В случае q=1 (q - число зубцов на полюс и фазу  - краеугольный камень расчёта любой электрической машины), каждый полюс находится в одинаковых условиях и усилия от всех полюсов складываются синфазно, т.о. моментный коэффициент максимален (в терминологии генераторов обмоточный к-т =1).
Результат лучший в плане энергетики - большие момент и КПД при тех же габаритах.

[DIVAS]

Результат лучший в плане энергетики - большие момент и КПД при тех же габаритах.

А вот тут пожалуйста поясните: как может быть больше момент, если используется меньше магнитов и меньше магнитная редукция? Один из нас явно где-то тут ошибается...

(пока Вы писали сообщение, я немного подправил своё предыдущее)

[olus]

Результат лучший в плане энергетики - большие момент и КПД при тех же габаритах.

А вот тут пожалуйста поясните: как может быть больше момент, если используется меньше магнитов и меньше магнитная редукция? Один из нас явно где-то тут ошибается...

(пока Вы писали сообщение, я немного подправил своё предыдущее)

Меньше магнитов - не значит меньше магнитного материала - материала становится несколько больше, за счёт уменьшения количества зазоров между магнитами.
Магнитная редукция - вещь неоднозначная, при наличии датчиков положения частоту можно уменьшить практически до нуля  - был бы момент.
Что до плавного градиента - не совсем понимаю, но предполагаю, что речь идёт о синусоидальном распределении индукции на полюсном делении. При изготовлении ротора из шихты форма магнита - прямоугольная - всё остальное делает магнитопровод. Я уже писал - единственное преимущество дробных q - малые пульсации момента при несинусоидальном питающем напряжении. Китайцы всё делают, исходя из единственного критерия оптимизации - юаня, коммерция и техника могут давать одинаковый результат, а могут не давать.

[DIVAS]

Известно, что сила магнитного поля с расстоянием квадратично убывает, поэтому на маленьком расстоянии сила взаимодействия больше, чем на большом расстоянии при прочих равных. Следовательно, отдельностоящие магниты не могут способствовать большому моменту, они должны непрерывно чередоваться без промежутков, чтобы при вращении образовывать непрерывное околосинусоидальное изменение поля.
При большом количестве магнитов получается больше коэффициент магнитной редукции. А при большем коэффициенте магнитной редукции один электромагнитный оборот поворачивает ротор на меньший угол.
Рассмотрим один магнитный оборот.
Один и тот же ток, одно и то же количество зубцов, одно и то же напряжение = одна и та же мощность. Но механическая мощность - это момент*угол. Если при одной и той же мощности угол больше - значит момент меньше и наоборот. А у малополюсного двигателя угол поворота ротора за один магнитный оборот всегда больше чем у многополюсного.

[olus]

Известно, что сила магнитного поля с расстоянием квадратично убывает, поэтому на маленьком расстоянии сила взаимодействия больше, чем на большом расстоянии при прочих равных. Следовательно, отдельностоящие магниты не могут способствовать большому моменту, они должны непрерывно чередоваться без промежутков, чтобы при вращении образовывать непрерывное околосинусоидальное изменение поля.
При большом количестве магнитов получается больше коэффициент магнитной редукции. А при большем коэффициенте магнитной редукции один электромагнитный оборот поворачивает ротор на меньший угол.
Рассмотрим один магнитный оборот.
Один и тот же ток, одно и то же количество зубцов, одно и то же напряжение = одна и та же мощность. Но механическая мощность - это момент*угол. Если при одной и той же мощности угол больше - значит момент меньше и наоборот. А у малополюсного двигателя угол поворота ротора за один магнитный оборот всегда больше чем у многополюсного.

Но механическая мощность - это момент*угол.
Меня, как-то учили, что мощность это момент на угловую скорость.

[DIVAS]

Но механическая мощность - это момент*угол.
Меня, как-то учили, что мощность это момент на угловую скорость.

Точно, в этот раз Вы правы. А я мощность с работой перепутал.
Но, тем не менее, сути это не меняет - если приложенная мощность одинаковая, то при увеличении угловой скорости уменьшается момент и наоборот.
Т.е. малополюсные двигатели всё же не имеют преимущества в моменте перед многополюсными.

Кстати, китайцы делают эти мотор-колёса в первую очередь для себя, и лишь потом на экспорт. А для себя они фигни лепить не будут - они сначала добиваются цели, а потом удешевляют конструкцию без ущерба для качества. А цена в ущерб качеству - это подход не китайцев, а российских закупщиков.

[olus]

Но механическая мощность - это момент*угол.
Меня, как-то учили, что мощность это момент на угловую скорость.

Точно, в этот раз Вы правы. А я мощность с работой перепутал.
Но, тем не менее, сути это не меняет - если приложенная мощность одинаковая, то при увеличении угловой скорости уменьшается момент и наоборот.
Т.е. малополюсные двигатели всё же не имеют преимущества в моменте перед многополюсными.

Кстати, китайцы делают эти мотор-колёса в первую очередь для себя, и лишь потом на экспорт. А для себя они фигни лепить не будут - они сначала добиваются цели, а потом удешевляют конструкцию без ущерба для качества. А цена в ущерб качеству - это подход не китайцев, а российских закупщиков.

Момент определяется взаимодействием полей ротора и статора и является величиной первичной, для данной магнитной системы, а не вычисляемой, как частное от деления мощности на скорость. Поэтому не стоит на основании манипуляций с интегральными параметрами делать выводы о преимуществах той, или иной схемы. Китайцы, делающие моторы для НОАК делали бы их несколько иначе ПМСМ.

[Steel RAT]

А оцените пожалуйста вот такую конструкцию:

Очень она оригинальная. BLDC 3 фазы.  24:8
Намотка по 3 сектора. Но обмотки сдвинуты на 1 сектор, на сколько я вижу.
Почему магниты круглые со срезом, а не полный сектор (трапеция)?
И почему их так мало штук?
Это всё ради высокого крутящего момента?

[DIVAS]

Момент определяется взаимодействием полей ротора и статора и является величиной первичной, для данной магнитной системы, а не вычисляемой, как частное от деления мощности на скорость. Поэтому не стоит на основании манипуляций с интегральными параметрами делать выводы о преимуществах той, или иной схемы.

Хорошо. Раз Вам не нравится скорость, давайте считать исходя из работы. Работа=момент*угол. И при большей редукции, т.е. большем количестве магнитов, момент будет больше, а угол меньше.
Кстати, коэффициент магнитной редукции не просто так назвали именно так. За этим названием есть смысл, и кроется он как раз в слое "редукция".

.....НОАК.....ПМСМ.

Простите, а по-русски?
Добавлено 18 Авг. 2014 в 22:44

А оцените пожалуйста вот такую конструкцию:

Спойлер

Очень она оригинальная. BLDC 3 фазы.  24:8
Намотка по 3 сектора. Но обмотки сдвинуты на 1 сектор, на сколько я вижу.
Почему магниты круглые со срезом, а не полный сектор (трапеция)?
И почему их так мало штук?
Это всё ради высокого крутящего момента?

Прикольная реализация... Можно магнитный зазор на ходу менять.
А Вы уверены, что полюсов 8, а не 16?
К примеру, у магнитов от винчестера два полюса на одной стороне.
Если полюсов 8, то это явно весьма быстрый мотор.
Насчёт намотки не очень понял. Есть картинка покрупнее?

[olus]

Момент определяется взаимодействием полей ротора и статора и является величиной первичной, для данной магнитной системы, а не вычисляемой, как частное от деления мощности на скорость. Поэтому не стоит на основании манипуляций с интегральными параметрами делать выводы о преимуществах той, или иной схемы.

Хорошо. Раз Вам не нравится скорость, давайте считать исходя из работы. Работа=момент*угол. И при большей редукции, т.е. большем количестве магнитов, момент будет больше, а угол меньше.
Кстати, коэффициент магнитной редукции не просто так назвали именно так. За этим названием есть смысл, и кроется он как раз в слое "редукция".

.....НОАК.....ПМСМ.

Простите, а по-русски?
Добавлено 18 Авг. 2014 в 22:44

А оцените пожалуйста вот такую конструкцию:

Спойлер

Очень она оригинальная. BLDC 3 фазы.  24:8
Намотка по 3 сектора. Но обмотки сдвинуты на 1 сектор, на сколько я вижу.
Почему магниты круглые со срезом, а не полный сектор (трапеция)?
И почему их так мало штук?
Это всё ради высокого крутящего момента?

Прикольная реализация... Можно магнитный зазор на ходу менять.
А Вы уверены, что полюсов 8, а не 16?
К примеру, у магнитов от винчестера два полюса на одной стороне.
Если полюсов 8, то это явно весьма быстрый мотор.
Насчёт намотки не очень понял. Есть картинка покрупнее?

Полюсов однозначно 8 - обмотка цепная 1-4-7-10- и т.д.
При большем количестве магнитов, момент будет больше, а угол меньше. - момент от большого магнита больше, чем от маленького, всё зависит не от количества магнитов, а от тщательности проектирования МС. Проще всего считать момент паза статора - произведедие тока в пазу, на охватывающий поток и на плечо - сразу всё на места станет. Менять зазор на ходу - эт вряд ли в такой машинке- уровень технологии не тот. НОАК -Народно-Освободительная Армия Китая, ПМСМ - по моему скромному мнению. Картинки нет и не надо - за такую укладку я своих намотчиц пожурил бы, а их начальник оставил бы без премии. Мотор быстр настолько, насколько большая частота подаётся на вход..

[DIVAS]

Насчёт изменения зазора на ходу, это была скорее шутка.

[user]olus[/user], основные законы физики никто не отменял. Работа, угол и момент жёстко связаны. И если работа за один магнитный оборот одна и та же, а угол меньше, то момент всегда будет больше. Это раз.

Момент зависит от двух магнитных полей - от постоянного и полученного в обмотке. А также от расстояния между зубцом статора и магнитом ротора. Имеется в виду не только радиальное, но и тангенциальное расстояние. И если расстояние между взаимодействующими магнитами/зубцами меньше, то сила взаимодействия больше.
Вы только что упоминали момент паза статора - так будьте добры не забыть и про момент пары полюсов ротора. Если Вы уменьшаете количество полюсов, то есть увеличиваете шаг между ними, то тангенциальное расстояние между ними увеличивается и их момент падает, потому что при увеличении расстояния между полюсами уменьшается сила поля. Это два.

[Steel RAT]

Насчёт намотки не очень понял. Есть картинка покрупнее?

Нету. И мне интересны подробности.   
Интересно сравнить такую конструкцию и классическую.
Где какие-плюсы минусы?
Тут явно мощные магниты и должен быть большой крутящий момент.
Еще в полюсе простота организации охлаждения статора.