Модернизация типовых мотор-колес на Emetor

[iseman]

Перед перемоткой сгоревшего безымянного двигателя, задался вопросом, а нельзя ли лучше намотать движок, чем китайцы.

Замоделировал свой двигатель на сайте  https://www.emetor.com. Моделирование длилось 3 часа, думал, что даже сайт завис.
Выкинуть отчет рука не поднимается.

Картинка из отчета:


Полные данные на двигатель
Настроечные данные на двигатель: https://yadi.sk/i/NkEvbGC03Dqsyu  это можно загрузить для корректирования на сайт.
В данных есть ряд ошибок попараметрам ротора статора, при загрузке на расчет на сайт, не ожидал, что так долго будет считать.
Если кто надумает пересчитать, то следует ввести поправки на сайте в настроечные параметры.
Полный отчет по моделированию при токе в 40 ампер https://yadi.sk/i/MYYNpJtW3DqpG9

Интересно услышать мнение коллег по поводу перемотки двигателя в сторону увеличения КПД.

[Abos]

Интересно услышать мнение коллег по поводу перемотки двигателя в сторону увеличения КПД.

Чтобы увеличить КПД данного двигателя путем перемотки, нужно при сохранении схемы и витков в катушках увеличить коэффициент заполнения паза, т.е. увеличить сечение жгута из проводников, которыми мотаются катушки до такой степени, чтобы жгуты влезли в паз. Если Вам это под силу, получите увеличение КПД. Другого пути не просматривается.

[iseman]

Да, все так. С этим мотором, в принципе, делать больше нечего, как набить побольше меди .

Но я продолжил эксперименты с emetor.
Получил очень интересные результаты подставив в параметры данные от двигателя Honda Insight, это удивительно, насколько хорошо у них придуман двигатель. Вот к каким результатам надо стремиться коллеги.

Кусочек информации:

Results from load simulation
BLDC with DC current source, star connected
Current

DC current   70   A
Current density   3.965   A/mm²
Phase resistance   0.01287   Ω
Conductor losses   126.1   W
Slot area   605.3   mm²
Conductor area   17.65   mm²
Advance angle   5   deg
Phase end-winding leakage inductance   5.897e-06   H
Torque

Mean airgap torque (by Maxwell stress tensor)   34.3   m*N
Torque reduction due to iron losses   0.2819   m*N
Torque ripple   40.76   %
Flux density

Maximum stator iron flux density:   2.354   T
Maximum rotor iron flux density:   1.377   T
Mimimum permanent magnet flux density:   0.6069   T
Fundamental airgap flux density:   0.8714   T
Iron losses:   88.55   W
Voltage, Power, Flux linkage

Average DC voltage   155.7   V
Electrical input power   10900   W
Mechanical output power   10690   W
[b-b]Efficiency   98.03   %[/b-b]
Peak flux linkage, q-axis   0.01674   Wb
Peak flux linkage, d-axis   0.04761   Wb
Simulation statistics
Opencircuit simulation number of mesh elements:   1496   
Opencircuit simulation core type:   1 x c2   
Load simulation number of mesh elements:   1616   
Load simulation core type:   1 x c2   
Runtime of simulation:   00:13:19   

Полный отчет: https://yadi.sk/i/VxlknZjL3E2v5t
Файл настройки: https://yadi.sk/i/DzxxkEGb3E2v8q

Про этот замечательный двигатель можно узнать тут: https://youtu.be/wEH6ExlOacQ
и тут: http://adv-vehicle-sim.sourceforge.net/honda_insight.html

Пришел к выводу, что данный инструмент(еметор) можно активно использовать для проверки серийных моторов и переделки серийных моторов в другой тип.

   

[Abos]

Но я продолжил эксперименты с emetor.
Получил очень интересные результаты подставив в параметры данные от двигателя Honda Insight, это удивительно, насколько хорошо у них придуман двигатель. Вот к каким результатам надо стремиться коллеги.

Пришел к выводу, что данный инструмент(еметор) можно активно использовать для проверки серийных моторов и переделки серийных моторов в другой тип.

Двигатель хорош и сделан с умом. Но, соотношения числа полюсов статора и числа магнитных полюсов ротора в нем не самое лучшее.
Это хорошо, что Вы освоили еметор. А потери механические, вентиляционные и добавочные как учитываете? Я к тому, что реальный КПД в 98%, а не расчетный, у такого двигателя сомнителен.

[iseman]

Я прекрасно осознаю, что к расчетным  данным надо еще накинуть потери в подшипниках, в продувке мотора, аэродинамика ротора может перемешивать сильно воздух, что может еще на 3-4 % снизить КПД. Только такую программу, которая это все учтет,  кто  в открытый доступ выложит?

А по магнитам Вы правы  - изменение количества магнитов с 12 на 14 увеличивает при том же токе и оборотах мощность и момент на 4%, и еще, что интересно, снижает пульсации крутящего момента с 40% до 17%.  Паразитные гармоники меньше стали.

Результаты  и настройки :
https://yadi.sk/i/NbOzSB4x3E5ZmS
https://yadi.sk/i/7LB0VwYy3E5Zmn

[Alex75]

Но с другой стороны, комбинация 18N12P позволяет сделать параллельное соединение аж шести катушек в каждой фазе, что позволяет увеличить в шесть раз фазные токи. Видимо, разработчики пошли по этому пути, взвесив все за и против.

[iseman]

Этого делать не стоит,  чревато разбалансом токов по катушкам.
Мне кажется  инженеры могли просто взять готовые наборы железа с электротехнических фабрик типа такого  https://russian.alibaba.com/product-detail/electric-motor-stator-and-rotor-678127344.html
и на них уже делать эти малые серии, тем более, что эту модель авто уже и с производства сняли.

Было бы неплохо, если бы такие пластины можно было на алиекспрессе купить нужное число.
Все остально худо бедно можно сделать или найти, а вот с железом для мотором - жуткий напряг.

[Abos]

А по магнитам Вы правы  - изменение количества магнитов с 12 на 14 увеличивает при том же токе и оборотах мощность и момент на 4%, и еще, что интересно, снижает пульсации крутящего момента с 40% до 17%.  Паразитные гармоники меньше стали.

Не понял... С 14 магнитами этот мотор вообще работать не будет как надо.

[Abos]

Этого делать не стоит,  чревато разбалансом токов по катушкам.

Никакого разбаланса токов не будет, если обмотки соединить в 6 независимых звезд. Вот только 6 соединений по 3 провода, которые будут в лобовых частях обмотки - не лучшее решение. Придется увеличивать аксиальные размеры двигателя на вылет лобовых частей обмотки. Да и надежность в связи с этим понизится.

[iseman]

Не понял... С 14 магнитами этот мотор вообще работать не будет как надо.

А как же отчет от emetora: https://yadi.sk/i/NbOzSB4x3E5ZmS - 18 пазов, 14 магнитов?

[Abos]

Не понял... С 14 магнитами этот мотор вообще работать не будет как надо.

А как же отчет от emetora: https://yadi.sk/i/NbOzSB4x3E5ZmS - 18 пазов, 14 магнитов?

[user]iseman [/user], я Вам, как специалист в таких моторах, повторяю, что с таким соотношением он работать не будет, несмотря на отчет от emetora. Программа - это (на пальцах) калькулятор. Прежде, чем вводить в нее данные, нужно понимать, что вводите. Ею хорошо пользоваться на окончательной стадии расчета, когда уже сделан предварительный расчет.

[iseman]

Значит этот самый мотор от Хонды оптимален? С соотношением полюсов к пазам 2:3?

Как пример для создания самодельного двигателя с мощностью в 3 киловатта и весом в 3кг прикладываю еще один расчет аутраннера. 
В данном двигателе использован якорь от стартера МТЗ http://ukragrozapchast.ua/ru/elektrooborudovanie/yakor-startera-mtz-st142-m-pr-vo-bate.html
Магниты размером 60х10х4  https://www.aliexpress.com/item/60-x-10-x-4mm-5pcs-NdFeB-Magnets-Super-Strong-Block-Cuboid-Magnets-Rare-Earth-Neodymium/32622044271.html
Отчет:  
Настройки:

[Abos]

Значит этот самый мотор от Хонды оптимален? С соотношением полюсов к пазам 2:3?

Как пример для создания самодельного двигателя с мощностью в 3 киловатта и весом в 3кг прикладываю еще один расчет аутраннера. 
В данном двигателе использован якорь от стартера МТЗ

[user]iseman[/user], для данного двигателя с 18 пазами статора число магнитных полюсов (постоянных магнитов) ротора может быть 24, 20,16, 12. Лучшее соотношение - 18/16.
В Вашем примере - это не аутраннер, а инраннер, так как предполагается, что вращаться будет все-таки якорь с коллектором, а не статор с постоянными магнитами и щетками. И расчет выполнен неверно, так как обмотка якоря стартера предполагает всего лишь 2 полюса возбуждения (магнита), и не более (как у Вас).

[iseman]

Посчитал соотношение 18/16, действительно  характеристики значительно улучшились:
Нстройки:
Отчет:

По поводу варианта перемотки ротора от стартера МТЗ, я считал действительно аутраннер, используя ротор только как донор и превратив его в статор.
Я все не оставляю надежды найти нормального донора для создания двигателя на 10квт, 3000 об/мин, 110 вольт. А получится это аутраннер или инраннер, вопрос уже вторичный.
Пром асинхронники  для доноров не предлагать, там сечения пазов не хватает для нужных током и напряжений.

[Abos]

Посчитал соотношение 18/16, действительно  характеристики значительно улучшились.

По поводу варианта перемотки ротора от стартера МТЗ, я считал действительно аутраннер, используя ротор только как донор и превратив его в статор.
Я все не оставляю надежды найти нормального донора для создания двигателя на 10квт, 3000 об/мин, 110 вольт. А получится это аутраннер или инраннер, вопрос уже вторичный.
Пром асинхронники  для доноров не предлагать, там сечения пазов не хватает для нужных током и напряжений.

[user]iseman[/user], когда Вы считали вариант перемотки ротора от стартера МТЗ, делаете ссылку на магниты N50, а в расчете принимаете N35. Рабочая температура этих магнитов не более 80 градусов по Цельсию.При плотности тока 9,077 А/мм кв., что выбрана в расчете, эти магниты гарантированно перегреются и размагнитятся. Индукция максимальная в статоре 2,2 Тл - это уже перебор. 5-я гармоника составляет почти 25% относительно первой - это говорит о неправильном выборе ширины постоянных магнитов. Пульсации момента - 35%. Расчетная частота тока выбрана 400 Гц, а о том, что нужно применять высокочастотную электротехническую сталь, толщиной не более 0,35 мм - ни слова. О чем можно говорить?
По поводу донора. Зря Вы так об асинхронниках. Сечения пазов там и для токов и для напряжений хватает. Только Вам нужно найти донор с железом на 400 Гц. Он будет потяжелее, чем если проектировать эл. двигатель с нуля, за счет большей толщины ярма статора и наличия корпуса, но для Ваших целей вполне подойдет.

[Denis.Korobitsyn]

[user]Abos[/user], хотел бы спросить вашего совета. Интересует расчёт мотора на секторах магнитах.
Хочется сделать мотор с нуля, включая вырубку пластин для статор и что бы такой мотор был повторяемый для всех желающих. Из плюсов, магниты производят в СПб и характеристики их будут укладываться в нормы, в отличие от китайских, которые могут подсунуть что угодно. Ну и именно этих магнитов много в наличии.

Сейчас как пробный мотор переделываю асинхронный электродвигатель аир 56 (0.18кВт) на пластинчатых магнитах, но хотелось бы сделать что то более интересное в плане характеристик и повторяемости.

Как Вы думаете, получится ли что то хорошее из таких магнитов? Какое железо (0.35 или 0.5мм), сколько полюсов будет оптимально? Да и какой формы полюса статора лучше. Можно же железо сделать сегментным и мотать его будет проще для концентрической обмотки.

Еще вопрос, что может статор лучше делать со скосом, что бы залипания не было. Как на Vectrix VX-1 Maxi Scooter (хотя у них разные моторы были, некоторые и без скоса)

[Abos]

[user]Abos[/user], хотел бы спросить вашего совета. Интересует расчёт мотора на секторах магнитах.
Хочется сделать мотор с нуля, включая вырубку пластин для статор и что бы такой мотор был повторяемый для всех желающих. Из плюсов, магниты производят в СПб и характеристики их будут укладываться в нормы, в отличие от китайских, которые могут подсунуть что угодно. Ну и именно этих магнитов много в наличии.

Сейчас как пробный мотор переделываю асинхронный электродвигатель аир 56 (0.18кВт) на пластинчатых магнитах, но хотелось бы сделать что то более интересное в плане характеристик и повторяемости.

Как Вы думаете, получится ли что то хорошее из таких магнитов? Какое железо (0.35 или 0.5мм), сколько полюсов будет оптимально? Да и какой формы полюса статора лучше. Можно же железо сделать сегментным и мотать его будет проще для концентрической обмотки.

Еще вопрос, что может статор лучше делать со скосом, что бы залипания не было. Как на Vectrix VX-1 Maxi Scooter (хотя у них разные моторы были, некоторые и без скоса)

1. [user]Denis.Korobitsyn[/user], если хочется сделать мотор с нуля на секторах магнитах (как понял - дугообразных сегментах) и Вам позволяет Ваше материальное положение, то нужно делать.

2. На пластинчатых магнитах можно также сделать эл. двигатель с интересными характеристиками. Вас какие именно из них интересуют?

3. Я думаю, что из таких магнитов может получится что-то хорошее. Толщина железа 0,5 мм; 0,35 мм; даже 0,25 мм зависит от того, сколько полюсов Вы планируете в своем народном двигателе и какую максимальную скорость вращения вала Вы хотите получить. Количество полюсов эл. двигателя выбирается из тех параметров (частота вращения ротора, момент на валу, мощность), которые Вы хотите получить. Форма полюсов статора принимается стандартная для BLDC. Можно применить и прямоугольный полюс (открытый паз), но он не лучше. Железо можно сделать сегментным, чтобы увеличить коэффициент заполнения паза медью, снизив тем самым плотность тока в обмотках и улучшив теплоотдачу, а также автоматизировать намотку сосредоточенных катушек на секторах. Пример смотрите здесь: https://www.youtube.com/watch?v=wEH6ExlOacQ

4. Магнитопровод статора можно делать и без скоса, и со скосом. В первом случае магнитное залипание действительно больше. Во втором случае оно меньше, меньше также и вибрация, и шум за счет подавления высших гармонических в МДС статора. Но, при этом будет наблюдаться некоторое снижение максимального момента эл. двигателя.

Надеюсь, что ответил на все интересующие Вас вопросы.

[inetchik]

[user]Abos[/user]........ Из плюсов, магниты производят в СПб и характеристики их будут укладываться в нормы, в отличие от китайских, которые могут подсунуть что угодно. Ну и именно этих магнитов много в наличии.......

Именно этих, это каких ?
Возможно изготовить на заказ 14шт 50x3x2мм по моему ТЗ ?
[user]Denis.Korobitsyn[/user],  ответ лучше в личку.