синхронный безмагнитный мотор от Mahle

[AlexS4]

синхронный безмагнитный мотор от Mahle


использовать обмотки вместо постоянных магнитов - идея далеко неновая,  универсальные коллекторники ac/dc имеют обмотку в статоре или скажем почти все автомобильные генераторы давно используют обмотку возбуждения в роторе питающуюся через щеточный узел.

нужно это восновном для избавления от китайской редкоземельной монополии и иногда для расширения температурного диапазона.


индуцировать ток в замкнутом роторе - тоже старая идея используемая в асинхронниках (IM).

новаторство Mahle в том чтоб обьединить эти подходы: ротор работает синхронно (вращается с частотой вращения поля в статоре) а его обмотка накачивается током в отдельном индукторе, получается избавиться от проблемы с моментом на низах у асинхронника и от изнашиваемого(обслуживаемого) щеточного узла.

кпд до 95%  более ничего толком в прессрелизе нет.

[13_chip_13]

Если правильно понял описание, то чего тут нового непонятно. Я еще лет 15 назад преподу по электрическим машинам такое говорил ( щетки заменить на катушку и энергию передавать безконтактно на ротор),  сказано было что уже придумано. Кпд, ну это классическая синхронная машина с её кпд,  не думаю что кпд щеточного узла меньше кпд индуктора.

[AlexS4]

сходу ненашел комерчески выпускаемых аналогов.
идея то да, на поверхности, но как реализовать не ухудшив сложность/эффективность по сравнению с существующим... в этом обычно и состоит изобретение

видимо препод имел ввиду что есть альтернативы: im и srm, но это совершенно другой принцип.

а коменты к статье писали люди далекие от моторов))
напр упомянутый там Tesla-motor это im,  Turntide Technologies  "smart motor" это просто  srm с многополюсным ротором , по удельному моменту обе конструкции  в разы уступают pmm c которыми теоретически конкурирует mahle.

[13_chip_13]

видимо препод имел ввиду что есть альтернативы: im и srm, но это совершенно другой принцип.

Не, имелось ввиду именно то что написал. А ассинхронник и ВИРД это совсем другие машины. Есть еще индукторный с обмоткой возбуждения, если уж говорить, то этот ближе всего.

[NUBITO]

Бессмысленно сравнивать машины различных типов. У каждой своё предназначение и она хороша в своей области.
Данная машина совсем не дешевая для массового промышленного применения, а вот для электротранспорта, где цена не главное, подходит как нельзя лучше.

[slav]

Данная машина совсем не дешевая для массового промышленного применения, а вот для электротранспорта, где цена не главное, подходит как нельзя лучше.

Особенно , когда появятся соответствующие сверхпроводники . 

[NUBITO]

[user]slav[/user], не трогайте эту тему. Когда появятся сверхпроводники для работы с температурой выше 30 градусов по цельсию тогда и поговорим)

[Карапузик]

хорошая тема. как я понял основная затыка в беспроводном кольцевом трансформаторе вместо счеточного узла. по идее можно получить очень вариативного управления то есть по ротору и по статору. срхранив возможность и реккуперации и свободного вращения

[AlexS4]

[user]Карапузик[/user], ну в первом приближении можно считать что при поданном токе накачки он превращается в pmm/pma и да впринципе еще и ток накачки можно менять(уменьшать), вероятно это повысит кпд на низких нагрузках и высоких оборотах (эквивалентно замене магнитов и изменению зазора)    а рекуперация/свободное вращение это исключительно к токам в обмотках статора, здесь никаких отличий от других моторов.

[Карапузик]

[user]AlexS4[/user], я понял что ноухау как раз в конструкции беспррводного узла передачи. вот его конструкция не совсем понятна

[AlexS4]

как я понял ротор индуктора - печатная плата с напечатанной спиральной "обмоткой", затем диод шоттки или мост из них или синхронный выпрямитель на mosfet,   + простенькие  фильтры, ослабляющие радиопомехи.     статор - две ферритовые чашки с щелью под ротор и углублением под первичную обмотку (неясно почему она тож не печатная).
частота питания индуктора - десятки kHz судя по виду.

[Карапузик]

статор - две ферритовые чашки с щелью под ротор и углублением под первичную обмотку (неясно почему она тож не печатная)

смысл в феритовом? частота невысокая. ну а по печатке, скорее всего там присутствует коэффициент трансформации.

[Alex75]

[user]AlexS4[/user], я понял что ноухау как раз в конструкции беспррводного узла передачи. вот его конструкция не совсем понятна

Нет тут ноу-хау. Такой способ бесконтактной передачи электричества уже давно известен и используется: вращающийся трансформатор. Например, видеоголовки видеомагнитофонов:
Прямо, готовый узел для этого двигателя. На левую половинку ставь выпрямительный диод или мост с конденсатором и запитывай обмотку ротора, а на правую подавай вч сигнал от, какого-нибудь, мощного блокинг-генератора, например, от электрошокера. Количество витков, может быть, придётся подкоректировать.

[AlexS4]

[user]Alex75[/user], да, тож вспомнил именно этот девайс)) ... но изобретение это в том числе новая область применения извесных устройств, здесь он для питания электромагнитов, в vhs - для передачи сигналов от головок так что формально это ноухау)) увы...   вообще с точки зрения анализа мир состоит из простых и очевидных вещей а вот синтез нового дело почемуто непростое...)

[Карапузик]

статор - две ферритовые чашки с щелью под ротор и углублением под первичную обмотку (неясно почему она тож не печатная)

смысл в феритовом? частота невысокая. ну а по печатке, скорее всего там присутствует коэффициент трансформации. [user]Alex75[/user], я тоже прекрасно осведомлен  об устройстве головок и прочегг. как я понял проблема именно в передаваемых токах. одно дело милливатты головки другое дело 10-20А (примерно) для питания ротора. и даже не столько передать сколько минимизировать потери

[AlexS4]

не ну как невысокая, десятки а мож и пару сотен kHz, только феррит, железо на фуко все изведет. через индуктор надо передать ~2..5% от мощности мотора, это сотни W.  судя по сечению дорожек токи там порядка 1A ну а напряжение соответственно неск сотен V (скорее всего полное напряжение питания мотор-контроллера  раскачивается полумостом).

[Карапузик]

[user]AlexS4[/user], дело в том что по сообщениям Mahle они уже разсылают образцы заинтересованным компаниям. Просто нет массогабаритных  тяговых характеристик
А данные по 2-5%? это откуда? как я понимаю необходимо получить индукцию сопостовимую с редкоземельными магнитами.

[Alex75]

Загляните в конструкцию автогенератора. У меня валяется автогенератор Bosch на 200А. Там обмотка подмагничивания ротора диаметром 0,8мм по эмали, т.е. 0,44кв.мм. Это от силы 5А долговременного тока. Т.е. на подмагничивание ротора уходит максимум 60Вт, а мощность генератора 2,4квт. Это без учёта неоптимальной конструкции полюсов ротора, если рассматривать автогенератор как электродвигатель. И ферриты не стоит недооценивать...

[Карапузик]

[user]Alex75[/user], в принципе тогда реально. вполне. что-то даже попробовать захотелось...может сперва на генераторе благо их море.. контроллер только монстрячить придется

[AlexS4]

если автогенератор то в качестве генератора накачки индуктора можно сетевой адаптер на 50..100W и вместо трансформатора поставить индуктор, c ~ такой же L и током насыщения. а вторичку исходя из тока в обмотке подмагничивания посчитать. а сам индуктор из фильтра от старого телефонного или жд оборудования, там бывают огромные воттакие чашки
но самая сложная проблема, как упомянул [user]Alex75[/user], это неоптимальность формы полюсов и намотки статора для работы мотором, напр из простого на пальцах: там часто не 3 фазы а 5... и много чего еще))   это здесь подробнее Как переделать автомобильный генератор в электродвигатель

[vladk]

[user]Alex75[/user], да, тож вспомнил именно этот девайс)) ... но изобретение это в том числе новая область применения извесных устройств, здесь он для питания электромагнитов, в vhs - для передачи сигналов от головок так что формально это ноухау)))

Бесщеточный генератор переменного тока Г304 уста­навливался на тракторах ЮМЗ-6 и МТЗ – 80,МТЗ-82 до 1976 года. Возбуждение в нем обеспечивается неподвижной катушкой, передающей магнитное поле непосредственно на ротор. Потомки этого генератора (по прежнему бесконтактные, до 100а ном.тока) и сейчас трудятся на белорусских тракторах и прочей дизельной технике, где важна надежность и ресурс

[slav]

там часто не 3 фазы а 5... и много чего еще))

Больше фаз - больше КПД , закон природы .   

[13_chip_13]

Больше фаз - больше КПД , закон природы .   

Где такие законы интересно?

[AlexS4]

чем больше фаз тем ближе к выпрямленному напряжению откроются диоды и потенциально меньше просадка на обмотках а значит и выше кпд но это если сравнивать обмотки с одинаковым сечением что нечесно при увеличении к-ва фаз.  пульсации напряжения да уменьшаются(уменьшает токи через аккумулятор как сглаживающую емкость).  делают до 9 фаз в автогенераторах, японцы любили такое помнится)

[Alex75]

Бесщеточный генератор переменного тока Г304 уста­навливался на тракторах ЮМЗ-6 и МТЗ – 80,МТЗ-82 до 1976 года. Возбуждение в нем обеспечивается неподвижной катушкой, передающей магнитное поле непосредственно на ротор. Потомки этого генератора (по прежнему бесконтактные, до 100а ном.тока) и сейчас трудятся на белорусских тракторах и прочей дизельной технике, где важна надежность и ресурс

Развитие идёт по спирали. Вот сравнительно недавняя разработка:
https://habr.com/ru/company/npf_vektor/blog/371749/

[AlexS4]

Развитие идёт по спирали.

да часто идеи угасают вместе с людьми которые их двигали, а современное конструирование так заболочено всякими нетехническими и нерациональными факторами...  видимо в этом причина.

а кажущаяяся красота замыкания магнитного поля через 2й моторный зазор на самом деле выливается в увеличение пустой массы меди на двух статорах вместо одного, это даже больший оверхед чем  2 катушки в Г304.  имхо.

с Г306 избавились от этой подсознательной тяги конструкторов к непрактичной симметрии .

интересно сравнить удельную мощность и кпд с щеточными...

[13_chip_13]

чем больше фаз тем ближе к выпрямленному напряжению откроются диоды и потенциально меньше просадка на обмотках а значит и выше кпд но это если сравнивать обмотки с одинаковым сечением что нечесно при увеличении к-ва фаз.  пульсации напряжения да уменьшаются(уменьшает токи через аккумулятор как сглаживающую емкость).  делают до 9 фаз в автогенераторах, японцы любили такое помнится)

Пульсации да, меньше, но однозначно насчёт КПД вопрос (может при каких то условиях и выше, а при других ниже, поэтому нет, так заявлять для всех случаев неправильно). Потери то тоже появляются в дополнительных фазах, хотя и становяться меньше в целом по фазам, но вот в общем ..., короче это про сферического коня...

[велокатальщик250]

да часто идеи угасают вместе с людьми которые их двигали, а современное конструирование так заболочено всякими нетехническими и нерациональными факторами...  видимо в этом причина.

Скорее в развитии матмоделирования и оптимизации, в появлении новых способов управления и матералов со станками.

[AlexS4]

[user]велокатальщик250[/user], вы оптимист!   я вот вижу что матмоделирование и станки за 30..40 лет почти не изменились, ну наверное моделирование стало более доступным(не требующим изучения) для бытовых конструкторов  и 3d печать пластиком.  помоему дело всегда было в людях и к сожалению современный мир не стимулирует настоящее техническое творчество, он просто не оставляет на него сил, стока развлечений, намного веселее иммитировать тех творчество потребляя заботливо изготовленные продукты... и создавая горы унылого контента для ютюба ))).

[велокатальщик250]

[user]велокатальщик250[/user], вы оптимист!   я вот вижу что матмоделирование и станки за 30..40 лет почти не изменились, ну наверное моделирование стало более доступным(не требующим изучения) для бытовых конструкторов  и 3d печать пластиком.  помоему дело всегда было в людях и к сожалению современный мир не стимулирует настоящее техническое творчество, он просто не оставляет на него сил, стока развлечений, намного веселее иммитировать тех творчество потребляя заботливо изготовленные продукты... и создавая горы унылого контента для ютюба ))).

А как же лазерная резка, гидроабразив - насколько доступны они были лет 50 назад? Или "бавария".
По поводу "не стимулирует"... это, я думаю, не изменилось. Как было уделом единиц, так и осталось. Хотя... пожалуй сейчас даже увеличилось. Вот у меня знакомый директор небольшого предприятия металлообработки, бауманец, 40 лет, освоил солидворкс в приемлемом объёме и давай свои деталюшки на нём оптимизировать по прочности - уже наэкономил изрядно.

[Aleksey S]

Никакого "прорыва" или ноу-хау в этом двигателе нет. Сама идея была известна и опробована давно. Нерешаемой проблемой был малый КПД трансформатора передачи тока в ротор - вчерашние технологии просто не позволяли сделать узлы с достаточной точностью, обеспечив малые зазоры, большую плотность намотки и другие тонкости так, чтобы двигатель не получился "золотым", был технологичным в производстве, имел ресурс.
Это как "ноу-хау" не помню какой английской фирмы в сушилках для рук - они научились колассический вентилятор без существенного удорожания разогнать до таких оборотов, что поток воздуха не сушил поверхность, а в буквальном смысле срывал молекулы воды, подобно тому как это делает полотенце. Это резко увеличило скорость сушки, а энергозатраты наоборот уменьшились.

Еще о ноу-хау. Много прорывных идей и чудо-машин лежат мертвым грузом в безвестии по причине сложности или нетехнологичности их отдельных деталей для массового производства. Ведь все что не получается получить отливом, штамповкой, в крайнем случае фрезерованием, резко усложняет перспективы для массового производства. Но сегодня появились 3-D принтеры. И когда технология 3-D печати станет намного дешевле чем сейчас, это позволит воскресить многие забытые идеи.

[AlexS4]

dyson airblade.  еще он циклоническую фильтрацию в пылесосе довел до удобного и компактного дизайна. тоже вроде ничего абсолютно нового ни в принципах ни в подходоах, просто распараллеливание потоков ... а высота камеры уменьшилась в 10 раз.   ... но да мотор Mahle совсем скромненько выглядит в смысле новаторства)

[Immortal8]

Глядя на этот двигатель, в первую очередь напрашивается вопрос: почему использован плоский вращающийся трансформатор, а не нормальный и гораздо более технологичный круглый?
Следующий возникающий вопрос: зачем эти танцы с бубном, если в современных бесщёточных синхронных генераторах используются для этой цели обращённые возбудители с выпрямителем на валу? Гугл сразу выдал для примера наши отечественные, серии БГ.

[NUBITO]

Глядя на этот двигатель, в первую очередь напрашивается вопрос: почему использован плоский вращающийся трансформатор, а не нормальный и гораздо более технологичный круглый?
Следующий возникающий вопрос: зачем эти танцы с бубном, если в современных бесщёточных синхронных генераторах используются для этой цели обращённые возбудители с выпрямителем на валу? Гугл сразу выдал для примера наши отечественные, серии БГ.

Всё упирается в массогабаритные характеристики.

[AlexS4]

вч трансформатор несомненно дает преимущества по массогабаритам а раскачать 30-200kHz для 100-500W для современной элементной базы это копеечная задачка, так что не все так однозначно 
насчет печатной обмотки и дискового ротора - тоже все выглядит логично - это позволяет  при высокой прочности и технологичности минимизировать массу ротора а значит минимизировать потери на ускорениях, для многих применений (в том же транспорте напр) это преимущество.

[Immortal8]

вч трансформатор несомненно дает преимущества по массогабаритам а раскачать 30-200kHz для 100-500W для современной элементной базы это копеечная задачка, так что не все так однозначно 
насчет печатной обмотки и дискового ротора - тоже все выглядит логично - это позволяет  при высокой прочности и технологичности минимизировать массу ротора а значит минимизировать потери на ускорениях, для многих применений (в том же транспорте напр) это преимущество.

А есть ли ещё какой-нибудь смысл в использовании электромагнита на роторе, кроме избавления от редкоземельного магнита? Ведь это решение как минимум уменьшает КПД. Теоретически, электромагнит может быть мощнее, но габариты, нагрев и устройство передачи электричества на вал могут попросту нивелировать все преимущества в контексте применения на электротранспорте.

[AlexS4]

[user]Immortal8[/user], ну выше же писали, у редкоземельных если отбросить их цену есть обьективный недостаток: температура магнитов не должна подходить к точке кюри для данного сплава, обычно это ощутимо ниже чем допустимая температура для медной обмотки. и соответственно удельная мощность при одинаковой интенсивности охлаждения у безмагнитных ощутимо выше.

еще магниты надо крепить к ротору, у инранеров это довольно непростая технологическая задача, у аутранеров - проблема охлаждения статора сьедает технологическое преимущество с креплением магнитов.

насчет кпд - речь о ~2..3% непосредственно на подмагничивание c учетом передачи ну 5% общего, чаще всего это хорошая жертва за удельную мощность, в суперлегком транспорте масса моторов может приближаться к половине массы транспорта (на моноколесах так например) и там по массе получается выгоднее покрыть кпд емкостью батареи.

[edw123]

А есть ли ещё какой-нибудь смысл в использовании электромагнита на роторе, кроме избавления от редкоземельного магнита? Ведь это решение как минимум уменьшает КПД. Теоретически, электромагнит может быть мощнее, но габариты, нагрев и устройство передачи электричества на вал могут попросту нивелировать все преимущества в контексте применения на электротранспорте.

Расширенное управление оборотами, полноценный накат, регулировка жесткости характеристики...

[Immortal8]

температура магнитов не должна подходить к точке кюри для данного сплава, обычно это ощутимо ниже чем допустимая температура для медной обмотки. и соответственно удельная мощность при одинаковой интенсивности охлаждения у безмагнитных ощутимо выше.

Понятно, Но мне более интересно рассмотреть применение данного электродвигателя на легковом гибриде, там похоже проще сделать жидкостное охлаждение для статора (ротор редкоземельный магнит). А в случае с электромагнитом на роторе, лимитирующим фактором может оказаться сложность охлаждения самого ротора.

Расширенное управление оборотами, полноценный накат, регулировка жесткости характеристики...

Вы подразумеваете наличие этих преимуществ исходя из возможности регулировать ток якоря, но разве с постоянным магнитом нельзя добиться тех же характеристик за счёт системы управления индуктором?

[edw123]

но разве с постоянным магнитом нельзя добиться тех же характеристик за счёт системы управления индуктором?

С якорем-то существенно проще. Т.е. на супердорогих и суперхороших можно все сделать, но на "обычных" лучше что-то попроще.

[Blik86]

Вы подразумеваете наличие этих преимуществ исходя из возможности регулировать ток якоря, но разве с постоянным магнитом нельзя добиться тех же характеристик за счёт системы управления индуктором?

Вот села акб  - накат кончился... и до зарядки  метров 500 сдохнешь машину толкать.
Опять же ослабление поля постоянных магнитов тоже потери, что греют статор и инвертор и требует более сложной электроники.
Опять же более низкий максимальный КПД компенсируется более высоким на низких мощностях. 

[Immortal8]

Опять же ослабление поля постоянных магнитов тоже потери, что греют статор и инвертор и требует более сложной электроники.
Опять же более низкий максимальный КПД компенсируется более высоким на низких мощностях. 

Да, но зачем это всё нужно? Ведь двигатель электромобиля всегда должен выдавать максимальную мощность. Разумно менять только обороты, с чем прекрасно справляется инвертор.

[slav]

Вот села акб  - накат кончился... и до зарядки  метров 500 сдохнешь машину толкать.

Несомненно бензинка выгоднее ..........в данной ситуации . 

[sdenis2017]

Несомненно бензинка выгоднее ..........в данной ситуации . 

почему? можно ведь  в машину педали пристроить  и доехать до зарядки на скорости 3 км/ч

[Blik86]

Ведь двигатель электромобиля всегда должен выдавать максимальную мощность.

Не говорите глупости. В реальной эксплуатации если у вас больше 60кВт - мотор только при разгоне нагружен. Давайте считать на пальцах, лиф с 80кВт мотором имеет акб 24кВтч. То есть при максимальной мощности у него заряд должен кончится через 18 минут... теслы так вообще даже на 15 минут не хватит.

[NUBITO]

Самая бесполезная тема для обсуждения - какой ЭД лучше. Лучше тот, который выполняет поставленные задачи, а задачи бывают разные.
Хотите узнать почему без ПМ? Почему бесконтактный коллектор? Спросите у разработчиков, какие задачи они решали и для каких целей ЭМ сделан.

Для электротранспорта широкие возможности управления ЭД очень важны. Плюс ПМ удорожают конструкцию. Плюс в аварийной ситуации (межвитковое замыкание) нельзя снять поле, что чревато возгоранием и т.п.
Для многих, идеалом считается ДПТ, пока что лучшие массогабариты (ПМ не берем, это не промышленный вариант), широкий диапазон регулирования, простота управления. Вот ребята видимо и сделали ДПТ, но без механического коллектора.

[Immortal8]

Не говорите глупости. В реальной эксплуатации если у вас больше 60кВт - мотор только при разгоне нагружен. Давайте считать на пальцах, лиф с 80кВт мотором имеет акб 24кВтч. То есть при максимальной мощности у него заряд должен кончится через 18 минут... теслы так вообще даже на 15 минут не хватит.

Это понятно, я неправильно выразил свою мысль. Вопрос ведь в методе регулирования мощности электродвигателя. Это можно осуществлять различными путями, в т.ч. регулируя мощность не напрямую, а используя широтно-импульсную модуляцию.

Самая бесполезная тема для обсуждения - какой ЭД лучше

Несомненно! Но ведь они в своей статье пиарят его применение на электромобилях.

Для многих, идеалом считается ДПТ

И чем же хуже современные вентильные двигатели? Кроме цены, разумеется.

[AlexS4]

вчастности поэтому я не указал доп возможности по управлению мотором через подмагничивание в качестве неоспоримых преимуществ перед пм.  да, управлять можно и без управляемого подмагничивания.

вентильные это srm? если да то коллекторники лучше по удельной мощности и удельному моменту.

[Blik86]

Вопрос ведь в методе регулирования мощности электродвигателя. Это можно осуществлять различными путями, в т.ч. регулируя мощность не напрямую, а используя широтно-импульсную модуляцию.

Как ШИМ снизит залипание магнитов или потери на перемагничивание статора? Как не регулируй ты борешься с симптомами, а не с причиной.