Увеличение крутящего момента бесколлекторного мотора

[ShurikenA]

Вот и сообщите - вес, диаметр, высоту а также  обороты и мощность - для 86-93%.

Inrunner с редуктором
Outrunner
Вообще, модельные движки нельзя рассматривать как эталон - у них критична масса, лучше пусть будет несколько ниже КПД, зато будет значительный выигрыш в массе.

[ShurikenA]

     Диаметр около 80мм имеет железо с генератора мотоцикла ИЖ пару наборов вам обезпечат мощность в 5-6Квт.
    А вот редуктор можно использовать или с стартеров( на Газелях или на ЗИЛах) или заказывать ( предложений много, но цены ужасные) вполне возможно что редуктор прыйдётся делать двухступенчатый.

Есть готовые двигатели для моделей - первые 6 штук. С планетарными редукторами проблема с ценами и входными оборотами - более 5000 об/мин номинала не встречал. В основном 4000-4500. У меня есть китайский, обошелся в 308$ + пересылка. Заявленный срок службы 20000 часов, КПД - 96%, входные обороты 4000, диаметр 80 мм, необслуживаемый. Встречал модели аналогичного размера, более скоростные, корейские, до 650$.
Так что двигатель с редуктором почти готов. Осталось втулочку одну сделать. В конце недели - испытания.
В общем, в следующей модели я хочу отказаться от редуктора, если такое возможно за счет увеличения количества полюсов двигателя. Конструкция будет проще и надежней.

[nikvic]

В общем, в следующей модели я хочу отказаться от редуктора, если такое возможно за счет увеличения количества полюсов двигателя. Конструкция будет проще и надежней.

Тема малооборотного двигателя с приличными характеристиками поднимается не первый раз - есть аналог, где ставится задача о безредукторном движке для инвалидных колясок. В этой задаче есть  ограничения, накладываемые свойствами известных материалов - проводимостью меди, магнитным насыщением железа, намагничиваемостью постоянных магнитов.

Более простой аналог - трансформатор, где хочется минимизировать массу для передачи данной мощности. Известно, что эта масса примерно обратно пропорциональна частоте: килограмм "железомеди" за такт всасывает-отдаёт ограниченное количество энергии.

  Что-то подобное должно быть и для э-моторов, и большие мощности при малых габаритах реализуются только на высоких оборотах. Уверен, что хорошая теория это знает.
Можно "упростить" принцип работы двигателя с постоянными магнитами, рассмотрев движение магнита около э-магнитного "зуба". При сближении они притягиваются, затем ток меняют для отталкивания. За такт "на гора" выдаётся некоторое количество джоулей - вот и поделим его на суммарную массу, получив некую С - константу -  как ограничение.
Вот примерный расчёт - 1кг, 2000вт, 10000 РПМ, 5 пар  магнитов. С=2000вт/10000*60/5= 2.4Дж/кг.
Примерно то же получается для МК 8кг, 2500вт, 300РПМ,25 пар... Но его диаметр - около 20см, и это принципиально: оказывается неоптимальным делать сечение магнитов слишком высоким или слишком тонким, есть там некая оптимальность...

[av-master]

По коляске, коль уж вспомнили, я пытаюсь сделать SRMotor. Говорят (Abos), что он проигрывает в массогабаритных параметрах (что не критично для лодки) , но он отлично редуцируется и мощность легко наращивается толщиной. Через месяц думаю получить результат. а там посмотрим. в Инете есть прототипы с массой 1кг на 1кВт. ( у тогоже ё-мобиля к примеру), но требует очень высокой точности изготовления ( зазор 0.15мм) .

[ShurikenA]

в Инете есть прототипы с массой 1кг на 1кВт. ( у тогоже ё-мобиля к примеру), но требует очень высокой точности изготовления ( зазор 0.15мм) .

Обороты-то какие?

[nikvic]

По коляске, коль уж вспомнили, я пытаюсь сделать SRMotor. Говорят (Abos), что он проигрывает в массогабаритных параметрах (что не критично для лодки) , но он отлично редуцируется и мощность легко наращивается толщиной. Через месяц думаю получить результат. а там посмотрим. в Инете есть прототипы с массой 1кг на 1кВт. ( у тогоже ё-мобиля к примеру), но требует очень высокой точности изготовления ( зазор 0.15мм) .

Нет проблем, если не ограничивать РПМ.
Когда "гвоздь" притягивается к электромагниту, тоже  вырабатываются джоули. Вот и делите их на массу железомеди...

[av-master]

У мну редукция 1:32 при рабочих 250об/мин. электрических оборотов будет 250*32 = 8000

[nikvic]

У мну редукция 1:32 при рабочих 250об/мин. электрических оборотов будет 250*32 = 8000

Это - обыкновенные.
Электрические обороты требуют домножения на число комутаций за физический оборот.

[av-master]

3Фазы.
и еще. одно дело когда гвоздь притягивается. а второе когда через него замыкается магнтный поток.

[nikvic]

3Фазы.
и еще. одно дело когда гвоздь притягивается. а второе когда через него замыкается магнтный поток.

У МК тоже 3 фазы, а домножать приходится на 25

С "гвоздём" не шутите - он был ньютоновским яблоком для всей теории электромагнетизма. Ну а потом придумали  умное выражение  "замыкается магнитный поток" для инженеров

[ZxV]

Я пытался смоделировать двигатели в Ansoft Maxwell, размеры одинаковые, степень заполнения медью тоже. Первый двигатель - статор - 12, ротор - 10 полюсов; второй - 28/30. Изменение крутящего есть, но очень незначительное

так и должно быть
электромагнитная редукция редуцирует только частоту вращения
а момент при этом меняется только изза сопутствующего изменения размеров деталей двигателя
вы я так понял постарались сделать одинаковые двигатели отличающиеся только числом полюсов
поэтому и разница незначительна

[Abos]

------------------
Уважаемый Abos, объясните пожалуйста, почему растет крутящий момент с увеличением количества полюсов и в каких пределах. Я пытался смоделировать двигатели в Ansoft Maxwell, размеры одинаковые, степень заполнения медью тоже. Первый двигатель - статор - 12, ротор - 10 полюсов; второй - 28/30. Изменение крутящего есть, но очень незначительное, не как у описываемой вами мясорубки.

1. ZxV +1 в карму!
2. Диаметры расточки статора разные. Частота вращения ротора обратна пропорциональна числу зубцов ротора и, соответственно, при одинаковой мощности на валу момент будет выше у того двигателя, у которого число зубцов выше. Но, пропорциональная зависимость будет только в том случае, когда отношение длины дуги полюса (зуба) к воздушному зазору будет одинаковая в обоих случаях. Обычно, эту величину принимают не менее 15 (чем выше, тем лучше). По этой причине двигатели с большим числом зубов стараются выполнять на больших диаметрах. И вообще, такие двигатели выигрывают с классическими при больших диаметрах и при малых (по технологическим соображениям, так как число полюсов на малом диаметре ограничено технологией изготовления). При средних диаметрах они проигрывают. Это относится к синхронным эл. двигателям (редукторным, пассивным и активным) без постоянных магнитов.

[ShurikenA]

1. ZxV +1 в карму!
2. Диаметры расточки статора разные. Частота вращения ротора обратна пропорциональна числу зубцов ротора и, соответственно, при одинаковой мощности на валу момент будет выше у того двигателя, у которого число зубцов выше.

Ничего не понял.
1. Сначала вы соглашаетесь с ZxV, который утверждает, что при изменении количества полюсов двигателя изменения крутящего момента не происходит.
2. Утверждаете обратное.
В общем, я запутался. Одни говорят одно, другие - другое.

При моделировании в Ansoft Maxwell прошлый раз я ошибся. Еще раз проверил данные двух двигателей. Количество зубцов статора в первом случае 12, во втором - 30.
Сопротивление обмотки практически одинаковое, т.е. и ток можно подавать одинаковый. Так вот, при одном и том же токе крутящий момент различается почти в 2 раза и, соответственно, обороты тоже.

При моделировании в триальной версии MotorSolve (infolytica.com, это более специализированный софт) картина несколько иная. К сожалению ограничения триала не позволяют смоделировать то, что хочется. Поэтому выбираем из того что есть.
Первый двигатель: 4 полюса, 12 зубов статора, 12 витков, автоматический выбор диаметра провода исходя из коэффициента заполнения.
Второй двигатель: 6 полюсов и 18 зубов, т.е. увеличение в 1,5 раза, 12 витков.
Двигатель   Обороты   Момент   КПД    Ток
1                 800           1,9           87       9,85
2                 540           1,8           83       6,24
Увеличиваем напряжение для второго двигателя в 1,5 раза. Результат:
3                 760           2,846       83       9,86
Уменьшаем количество витков в 1,5 раза (9 витков), напряжение номинальное (т.е. сопротивление по идее, как у двигателя №1). Результат:
4                 730           1,96         86       9,05
В общем, напрашивается вывод, что изменение количества полюсов не ведет к изменению крутящего момента, а просто делает его более равномерным (раз он зависит от синуса угла).

А кто-нибудь может формулу дать крутящего момента для бесколлекторника, хотя бы в общем виде, чтобы было понятно что от чего зависит? В сети ничего дельного не нашел (или плохо искал).

[ZxV]

2. Диаметры расточки статора разные. Частота вращения ротора обратна пропорциональна числу зубцов ротора и, соответственно, при одинаковой мощности на валу момент будет выше у того двигателя, у которого число зубцов выше. Но, пропорциональная зависимость будет только в том случае, когда отношение длины дуги полюса (зуба) к воздушному зазору будет одинаковая в обоих случаях. Обычно, эту величину принимают не менее 15 (чем выше, тем лучше). По этой причине двигатели с большим числом зубов стараются выполнять на больших диаметрах. И вообще, такие двигатели выигрывают с классическими при больших диаметрах и при малых (по технологическим соображениям, так как число полюсов на малом диаметре ограничено технологией изготовления). При средних диаметрах они проигрывают. Это относится к синхронным эл. двигателям (редукторным, пассивным и активным) без постоянных магнитов.

после 6-го прочтения немного дошло о чем реч
тк 95% моего опыта связано с синхронными двигателями с постоянными магнитами
то сильно утверждать не берусь
но имхо несколько мутновато
может тут основное влияние оказывает уменьшение немагнитного зазора между статором и ротором
а изменение количества зубцов сопутствующий фактор
но в любом случае в теме реч про двигатели с постоянными магнитами
а в таких двигателях я не замечал пропорционального влияния на момент при изменении числа полюсов магнитной системы двигателя
а также не встречал упонимания про такой эффект в технической литературе
только на форумах электротранспорт и скиф 

[ZxV]

Более простой аналог - трансформатор, где хочется минимизировать массу для передачи данной мощности. Известно, что эта масса примерно обратно пропорциональна частоте: килограмм "железомеди" за такт всасывает-отдаёт ограниченное количество энергии.

  Что-то подобное должно быть и для э-моторов, и большие мощности при малых габаритах реализуются только на высоких оборотах. Уверен, что хорошая теория это знает.

и вы тудаже
двигатель и трансформатор это разные устройства
аналогии между ними уместны примерно такиеже как между двс и паровым двигателем
нестоит вот так "вслепую" переносить какието свойства трансформаторов на эд
мощность растет не от увеличения частоты питающего тока а от сопутствующего увеличения частоты вращения
можно сделать два двигателя у которых будут примерно одинаковые габариты
но разная запитывающая частота
при этом момент частота вращения и соответственно мощность будут одинаковые...

[ZxV]

зы
ShurikenA я не знаю простых способов повышения момента модельных аутранеров
например еслиб можно было несколько увеличить толщину магнитов и тем самым существенно увеличить момент
то так былоб сразу заложено в конструкцию
все увеличения которые можно выжать это порядка 10 максимум 20 процентов
можно увеличить диаметр или длинну мотора но это уже какбы другой мотор
но тогда такой мотор и надо покупать
ну или редуктор
зы2 какая мощность двигателя и обороты винта вам нужны?

[nikvic]

можно сделать два двигателя у которых будут примерно одинаковые габариты
но разная запитывающая частота
при этом момент частота вращения и соответственно мощность будут одинаковые...

Всё это - в небольшом диапазоне частот.

   Если вам предъявлен осевой разрез двигателя без указания размеров, то легко отличить быстрые моторы от тяговитых: у быстрого мало зубьев и магнитов, у тяговитого - много, но центральная часть пустая, если не считать чисто конструктивных деталей вроде спиц.

Для тяговитых моторов, по-моему, удобной моделью являеться линейный двигатель с толщиной, примерно равной шагу магнитов. Его можно свернуть в рулон - вот вам и директ-драйв мотор

[ShurikenA]

зы2 какая мощность двигателя и обороты винта вам нужны?

Я уже писал об этом на 3-й странице.
В принципе, есть вот такой мотор.
У него статор диаметром 70 и длиной 55 мм, 8 витков, 6 кВт.
Я прикинул, если взять и увеличить его длину в 5 раз, т.е. статор будет длиной 275 мм, сделать обмотку 5 витков на зуб проводом большего диаметра (так, чтобы сопротивление оригинального мотора и удилиненного 5-кратно было примерно одинаковым), то максимальная потребляемая мощность составит 4,5 кВт (вместо 6), обороты холостого хода составят порядка 2000 (вместо 6500), под полной нагрузкой примерно 1600-1650, КПД упадет на 3-4%.
Учитывая длину планетарного редуктора и втулок для его включения между двигателем и валом гребного винта, общая длина двигателя остается примерно той же, а принимая во внимание высокую стоимость редуктора, даже купить 5 двигателей этой модели по деньгам выйдет примерно то же. Так как редуктор имеет заявленный КПД 96%, то общий КПД двигателя получается тоже одинаковым (при той же мощности, т.к. номинальная входная скорость 4000 об/мин). Явный плюс - избавляемся от лишнего агрегата, увеличивается надежность изделия. К тому же, площадь для отвода того же количества тепла увеличивается 5-кратно.

Остается вопрос - как 5-кратное увеличение длины статора отразится эффективности мотора (при предварительном расчете я ведь это не учитывал).
Что думаете?

Моделирование в MotorSolve BLDC 5-кратно увеличенного мотора показало, естественно, 5-кратное увеличение момента и тока, а вот КПД даже вырос на 3%.