Увеличение крутящего момента бесколлекторного мотора

[nikvic]

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

Это - именно тот путь, о котором я говорил: длинный мотор.

Я прикинул ваши расчёты для ХХ, взяв исходный мотор и уменьшив к-во витков с 8 до 5 - всё верно для уменьшенного в 5 раз напряжения.

При удлиннении мотора программа могла учесть "краевые эффекты" -
1/У длинной обмотки фиксированной ширины лучше отношение ампер-витков к сопротивлению.
2/Магнитное поле у торцов менее "продуктивно", чем в "середине".

[ShurikenA]

Я прикинул ваши расчёты для ХХ, взяв исходный мотор и уменьшив к-во витков с 8 до 5 - всё верно для уменьшенного в 5 раз напряжения.

Напряжение то же. Вы где ошиблись.
Я сначала сделал таблицу в Excel, потом промоделировал в MotorSovle - примерно одинаково.

[nikvic]

Я прикинул ваши расчёты для ХХ, взяв исходный мотор и уменьшив к-во витков с 8 до 5 - всё верно для уменьшенного в 5 раз напряжения.

Напряжение то же. Вы где ошиблись.
Я сначала сделал таблицу в Excel, потом промоделировал в MotorSovle - примерно одинаково.

Я представил вместо одного длинного слона цепочку из пяти 
Можно разобрать 5 моторов и  расположить пять роторов на одном валу. А обмотки запитать последовательно.

[ZxV]

1 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.
2 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.

3 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%.

1 нашел
2 прикинул на пальцах
примерно так и получается
тока у меня чтоб было тоже сопротивление обмоток надо 3.5-4 витка
итоговое кпд более менее прикинуть не могу
все будет зависить от соотношения в имеющемся двигателе потерь на омическом сопротивлени и потерь на перемагничивание и гистерезис
3 в целом ситуацию вы понимаете правильно
чтоб получить туже мощность на меньших оборотах надо пропорционально увеличивать вес двигателя
по идее эффективность длинного тонкого двигателя будет выше
тк в процентном отношении от общего будут меньше потери магнитного потока по торцам двигателя
но имхо это проценты и яб их не учитывал чтоб не усложнять расчеты
имхо главные проблемы будут по механике
чтоб нормально работал такой длинный вал
ну и с охлаждением могут быть вопросы
предполагается что обмотки будут охлаждаться проточной водой?
 

[ZxV]

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.

что помешает так быть во всем рабочем диаппазоне двигателей?

   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.

это все очень сильно условно
далеко ходить от поднятой темы ненадо
посмотрите на разрез типичного аутраннера
полюсов там прилично
и тихоходными эти моторы ябы не назвал
до каких оборотов целесобразно крутить многополюсный двигатель определяется допустимой величиной потерь на вихривые токи и перемагничивание а также механической прочностью ротора

[nikvic]

чтоб получить туже мощность на меньших оборотах надо пропорционально увеличивать вес двигателя

Это не обязательно. В МК-директ увеличивают диаметр, оставляя большую "пустоту" возле оси

[ZxV]

чтоб получить туже мощность на меньших оборотах надо пропорционально увеличивать вес двигателя

Это не обязательно. В МК-директ увеличивают диаметр, оставляя большую "пустоту" возле оси

да согласен
при "растягивании" тойже массы активных материалов на больший диаметр увеличение момента пропорционально увеличению диаметра
тока есть ограничения
1 технологически-экономическое
минимальный размер зубца и обмотки который можно получить
а также вопрос как эффективно использовать увеличившиеся отходы материала
2 механическое
ротор может попросту разорвать
это мк можно прилично увеличить в диаметре (если есть куда) тк линейная скорость на поверхности ротора у мк малая
а если у двигателя частота вращения предельная то с увеличением диаметра обороты придется снижать
со всем вытекающим для мощности...

[nikvic]

при "растягивании" тойже массы активных материалов на больший диаметр увеличение момента пропорционально увеличению диаметра

Там примерно квадрат, а не пропорциональность. Большой диаметр позволяет увеличить количество полюсов. Так что выгода двойная - и плечо больше, и электрическая частота выше.

Это - если не учитывать всякие технологические ограничения, так что обычно - компромисс.

[ZxV]

при "растягивании" тойже массы активных материалов на больший диаметр увеличение момента пропорционально увеличению диаметра

Там примерно квадрат, а не пропорциональность. Большой диаметр позволяет увеличить количество полюсов. Так что выгода двойная - и плечо больше, и электрическая частота выше.

Это - если не учитывать всякие технологические ограничения, так что обычно - компромисс.

представте себе линейный двигатель
он имеет определенную массу и тягу
его можно скрутить в кольцо
момент будет тяга на радиус
сохранив туже массу и тягу
можно сплющить линейный двигатель в два раза и благодаря этому растянуть в два раза
потом свернуть в кольцо в два раза большего диаметра
момент будет таже тяга на в два раза больший радиус
в первом приближении при сохранении массы зависимость прямопропорциональная
мощность это момент на частоту вращения
и число полюсов и частота тока в первом приближении тут нипричем

[nikvic]

можно сплющить линейный двигатель в два раза и благодаря этому растянуть в два раза

Здесь у Вас ошибка. Если просто сплющить с сохранением количества магнитов, то будете иметь дело с тонкими пластинками, намагниченными поперёк. Для таких пластинок удельная  энергия "прогона" электромагнитного зуба будет не  обычные для оптимальной формы 2Дж/кг, а меньше.

Иными словами, в оптимальных линейных двигателях соотношение толщины и шага - некоторая константа, отступление от которой карается физикой.

[ZxV]

удельная  энергия "прогона" электромагнитного зуба

эт что такое? пока разбираемся поставим еще вопрос

можно сплющить линейный двигатель в два раза и благодаря этому растянуть в два раза

Здесь у Вас ошибка. Если просто сплющить с сохранением количества магнитов, то будете иметь дело с тонкими пластинками, намагниченными поперёк. Для таких пластинок удельная  энергия "прогона" электромагнитного зуба будет не  обычные для оптимальной формы 2Дж/кг, а меньше.

Иными словами, в оптимальных линейных двигателях соотношение толщины и шага - некоторая константа, отступление от которой карается физикой.

а если я "сплющу" и "растяну" в два раза с сохранением соотношения толщины и шага
тоесть с увеличением в два раза количества зубцов
тогда что?
тяга линейного двигателя
увеличится?
увеличится в два, три четыре раза?
останется тойже?

[nikvic]

а если я "сплющу" и "растяну" в два раза с сохранением соотношения толщины и шага
тоесть с увеличением в два раза количества зубцов
тогда что?
тяга линейного двигателя
увеличится?
увеличится в два, три четыре раза?
останется тойже?

При той же скорости вы увеличите частоту в 2 раза с сохранением работы за такт. Так что тяга увеличится в 2 раза, а после сворачивания в кольцо момент вырастет в 4.

Есть модельная задачка. Берём 2 магнитных кубика на расстоянии в один кубик друг от друга. Оказывается, что сила не зависит от размера - для данного типа магнитов.

[ZxV]

При той же скорости вы увеличите частоту в 2 раза с сохранением работы за такт. Так что тяга увеличится в 2 раза, а после сворачивания в кольцо момент вырастет в 4.

считать тяговое усилие (момент) через изменение энергии при перемещении я както не освоил
подвернулись более простые методы
но
с чего вы взяли что работа во время в два раза более короткого такта будет такаеже?
ну и сопутствующий вопрос
а пусть у нас линейный двигатель никуда не едет
стоит на месте и создает статическое тяговое усилие
тоесть нет никаких частот и никаких тактов
тогда как будет отличаться тяговое усилие этих двух вариантов?

[nikvic]

а пусть у нас линейный двигатель никуда не едет
стоит на месте и создает статическое тяговое усилие
тоесть нет никаких частот и никаких тактов
тогда как будет отличаться тяговое усилие этих двух вариантов?

Увеличится в 2 раза. Модель-аналог сил для линейнгого двигателя - притяжение двух магнитных "шпал", намагниченных вертикально.

[ZxV]

давайте с минимумом аналогий
ибо это часто ни к чему хорошему не приводит
у всех этих изобретателей "вечных двигателей" вечно какието аналогии
скажите за счет чего увеличится тягя линейного двигателя
если теже ампервитки будут распределены на большее количество полюсов?

[nikvic]

давайте с минимумом аналогий
ибо это часто ни к чему хорошему не приводит
у всех этих изобретателей "вечных двигателей" ...

Воля Ваша. Едва ли смогу объяснить без математики - уж такой я физик 
  Продолжить смогу только после обнаружения минимального понимания, почему притяжение "кубиков" на зависит от их размеров. Интересно, инженерам об этом говорят?

[МВГ]

давайте с минимумом аналогий
ибо это часто ни к чему хорошему не приводит
у всех этих изобретателей "вечных двигателей" ...

Воля Ваша. Едва ли смогу объяснить без математики - уж такой я физик 
  Продолжить смогу только после обнаружения минимального понимания, почему притяжение "кубиков" на зависит от их размеров. Интересно, инженерам об этом говорят?

А ещё, вращение магнита вокруг оси перпендикудярной плоскости полюса не приводит к вращению магнитного поля вокруг этой оси, такая загогулина.
А работа произведённая магнитным полем постоянного магнита многократно привышает энергию затраченную на намагничивание постоянного магнита.

[nikvic]

А ещё, вращение магнита вокруг оси перпендикудярной плоскости полюса не приводит к вращению магнитного поля вокруг этой оси, такая загогулина. ==Наверное, Вы имели вииду не то, что сказали, но я догадываюсь :bq:==
А работа произведённая магнитным полем постоянного магнита многократно привышает энергию затраченную на намагничивание постоянного магнита.

А вот здесь не удаётся понять, что вы имели ввиду.