Двигатель с магнитной системой Холбаха

[zap]

Ну Вы вопросов назадавали я не разбираюсь в магнитной системе Холлбаха, только педивикию читал.
Если пробовать переделывать готовый мотор, лучше взять редукторный мотор, там меньше магнитов.
И то гемморойно заниматься такой художественной мозаикой с отпрыгивающими магнитами.

А можно попробовать построить компромиссную магнитную систему, с частичным использованием эффекта Холлбаха. Всё равно замыкающий магнитопровод в существующих двигателях имеется, зачем добру пропадать. Тогда нужно два типа магнитов: прямоугольные как сейчас, намагниченные вдоль короткой грани, которые расставляем попеременню южным и северным полюсом к статору; и длинные узкие (на 1/3 ширины "основных" магнитов) которые вставляем в промежутках между "основными", намагниченные по касательной к статору (вдоль грани средней длины), расставляемые попеременно то направленные "вперёд", то "назад". Тогда мы получим усиление магнитного поля, но не в два раза, видимо, а слегка меньше. В общем, тут надо моделировать, а я не умею пользоваться соответствующими CAD'ами.

И ещё одна мысль. Использование магнитной системы Холлбаха - это попытка "по-максимуму" использовать магнитное поле дорогих и тяжёлых магнитов, что должно улучшить удельную мощность двигателя. На самом деле использование "замыкающего магнитопровода" это шаг в том же направлении - усилить магнитное поле с одной стороны от статора за счёт ослабления с другой стороны от (магнитопровода). То есть, система магниты+замыкающий магнитопровод в каком-то роде подобна системе Холлбаха. Идеальная система Холлбаха не нуждается в замыкающем магнитопроводе, а "гибридная" (где магниты не кубические) не нуждается в настолько толстом магнитопроводе. Было бы интересно сначала просто на столе построить разные типы магнитных систем и оценить их "силу".

Можно пойти по другому пути и попытаться использовать магнитное поле с обоих сторон от магнитов без замыкающего магнитопровода, но тогда нам понадобится разделить статор пополам и разместить его по бокам от вращающихся магнитов, прикреплённых к ротору. Но здесь есть проблемы механические, такая конструкция не слишком крепка.

[Babylon4]

Ну Вы вопросов назадавали я не разбираюсь в магнитной системе Холлбаха, только педивикию читал.

Это точно.

А можно попробовать построить компромиссную магнитную систему, с частичным использованием эффекта Холлбаха. Всё равно замыкающий магнитопровод в существующих двигателях имеется, зачем добру пропадать.

Долго не мог найти ответ почему в МК ДД заполнения магнитами 100% , пока пришёл  только к одному предположению - датчик хола чётко ловит переход S-N или N-S, в системе Холбаха полюса разделены и вставки с  тангенциальным намагничиванием замыкают через себя магнитный поток тем самым увеличивают напряженность на полюсах, если это предположение правдиво то роль вставок может выполнить любой магнитроводник.   

И ещё одна мысль. Использование магнитной системы Холлбаха - это попытка "по-максимуму" использовать магнитное поле дорогих и тяжёлых магнитов, что должно улучшить удельную мощность двигателя. На самом деле использование "замыкающего магнитопровода" это шаг в том же направлении - усилить магнитное поле с одной стороны от статора за счёт ослабления с другой стороны от (магнитопровода). То есть, система магниты+замыкающий магнитопровод в каком-то роде подобна системе Холлбаха.

Можно пойти по другому пути и попытаться использовать магнитное поле с обоих сторон от магнитов без замыкающего магнитопровода, но тогда нам понадобится разделить статор пополам и разместить его по бокам от вращающихся магнитов, прикреплённых к ротору. Но здесь есть проблемы механические, такая конструкция не слишком крепка.

В этом случае будет разорван магнитный поток что приведёт к падению его эффективности.

   Может это не полностью относится к Холбаху но вот система питания  тоже должна быть рассмотрена может даже отдельно от магнитной, она 100% используется в Приусе, и в случае применения даже в обычном МК дала бы существенный прирост характеристик без вмешательства в конструкцию двигателя. ПДФка в первого поста, страниц7 Ссылка http://askmar.com/Magnets/Halbach%20Array%20Motor.pdf   

[DragonTM]

Магниты, насколько я понимаю, должны быть как можно ближе по форме к кубу. Чем дальше от куба - тем меньше эффективность такой матрицы Холлбаха.

а откуда инфа про куб, не смог найти....

[zap]

Ну, всё что в интернете приводится про магнитную систему Холлбаха приводят на примере кубиков или около того (иногда кубики скашивают в призмы чтобы из них цилиндр слабать).
Отсюда я и сделал такой вывод.

Сегодня покопался в тырнетах и нашёл простенькую програмку Visimag, заброшенную лет десять назад но рабочую. Она позволяет визуализировать в 2D простые магнитные системы, в общем, освоил её минут за 5 и вот что получилось.

Система Холлбаха с кубиками (точнее квадратиками, кубики в разрезе):

Оно же в цвете

Если же сделать по моей идее с чередующимися разными магнитами (широкие по 10 делений сетки, узкие по 4 деления сетки), получаем вот так:

Спойлер

Смотреть надо только на центральные магниты, по бокам поле искажено из-за краёв.

В принципе, всё равно эффект значительный, так что можно попробовать такое замутить. Взять магниты такие же по глубине как на доноре, но по ширине на 1/3 меньше, намагниченные вдоль короткой грани и проредить их магнитами той же толщины и глубине, по ширине в 1/3 от "главных"  магнитов, намагниченные по касательной к статору.

Число полюсов останется тем же, магнитное поле усилится значит возрастёт противо-ЭДС и уменьшится kV. Ну, думаю, для начала можно не перематывать, или можно специально донор подыскать скоростной.

[DragonTM]

[user]zap[/user], посмотрю в понедельник, что по донарам железа есть на эксперименты, был мотор от стиралки как минимум и асинхронник семдесяткакогото габарита.
А вот про 1/3 не понял, по моим расчетам было 1/2

[zap]

Никаких расчётов нет, просто при равной длине всех граней мы получаем близкую к идеальной систему Холлбаха, чем менее кубические мы берём магниты, тем менее идеальная получается система. Число 1/3 для промежутков между "основными" полюсами я брал исходя из того, что, вообще говоря, 1/3 магнита можно вообще выкинуть и не сильно потерять на эффективности мотора. Например, в авиамодельных движках магниты наклеены с интервалом примерно 1/2 от ширины магнита. Соответственно, если этот промежуток забить соответственно ориентированным магнитом то ухудшить мы вряд ли ухудшим, а вот улучшить может и получиться.

Кстати, наклеив замыкающее кольцо с обратной стороны магнитов во втором варианте, получилось значительно увеличить силу магнитного поля в зазоре. Ещё поиграюсь и покажу что получается.

Не рвитесь сразу движки переделывать, тем более какие-то стрёмные от стиралки или асинхронники. Лучше брать с внешним ротором, там проще магниты клеить (проще всего взять мелкий авиамодельный и его мучать - на него и магнитов не надо много килограмм). Но для начала просто склейте магниты на столе и замерьте реальный эффект от манипуляций. Ну или в симуляторе хотя бы прогнать бы для начала, чтобы не тыкаться как слепой щенок.

[zap]

Короче, получил просто феноменальные результаты На Нобелевку тянет, не меньше 

Сначала моделируем магнитную систему а-ля мотор-колесо. Я взял 10 магнитов для простоты с индукцией 1 тесла (самый хреновый неодим).

Для сравнения разных магнитных систем я определил контрольную точку на 2 миллиметра ниже под полюсом N верхнего магнита (если присмотреться, там видны N и S, к сожалению, программа съедает границы между магнитами если они впритык).
Для приведённой выше магнитной системы напряжённость магнитного поля в контрольной точке составляет 0.724 Тл.

Теперь добавляем к этой магнитной системе внешнее ярмо, замыкая силовые линии внешнего магнитного поля по короткому пути.

Видно, как ранее уходившие в пустоту линии магнитного поля сократились, замкнувшись через ярмо, в результате магнитное поле в зазоре существенно увеличилось. В контрольной точке напряжённость магнитного поля увеличилась до 1.06E Тл.

Теперь поступаем по-авиамодельному - срезаем магнитам одну треть, оставляя между магнитами воздушный зазор. Моделируем пока без ярма.

Напряжённость поля в контрольной точке теперь составила 0.84 Тл! Парадокс или глюк симулятора? Не хватает знаний чтобы понять почему.

Добавляем к "авиамодельной" магнитной системе ярмо:

Чувствуете, как растёт напряжённость? В контрольной точке оно уже 1.25 Тл!

Теперь моя дурацкая идея Вместо воздуха в промежутки между магнитами "авиамодельной" схемы вставляем короткие магниты длиной в половину "основного" магнита по принципу магнитной системы Холлбаха.

Напряжённость магнитного поля в контрольной точке [b-b]уже сейчас (без ярма) составляет 1.36 Тл!!! УАУ![/b-b]

Но так как часть магнитных линий таки вырываются за задние стенки магнитов, мы добавим туда ярмо из трансформаторного железа:

Напряжённость магнитного поля в контрольной точке [b-b]теперь стало аж 1.43 Тл!!![/b-b]

Итоговые выводы:

• Использование в роторе магнитов с промежутками равными 1/3 ширины магнита даёт выигрыш магнитной индукции в зазоре по сравнению со "сплошной линией" магнитов аж на 18%! (NB: необходимо провести исследование разных соотношений ширины магнитов к ширине зазоров, найти оптимальное соотношение; зазор в 1/3 мне подсказал, если я не ошибаюсь, уважаемый [user]Abos[/user])
• Использование в статоре магнитной системы "типа-Холлбаха" с соотношением ширины магнитов 2:1 даёт выигрыш магнитной индукции в зазоре по сравнению со "сплошной линией" аж 35%!!!  (NB: провести исследование различных соотношений, определить оптимальное)
• Ярмо в магнитной системе "типа-Холлбаха" не очень-то и нужно. С одной стороны, оно на 5% увеличивает напряжённость поля в зазоре. С другой стороны, ярмо это лишний вес, который снижает удельную мощность. То есть здесь выигрываем, там теряем. Нужно искать идеальное соотношение между толщиной ярма и дополнительным выигрышем в напряжённости поля.
• Человечество больше сотни лет валяет дурака и производит моторы с магнитами существенно меньшей удельной мощности, чем могло бы производить, не особо сильно заморачиваясь при этом

В общем, теперь нужно проверить теоретический выхлоп симулятора на практике.

[zap]

Мне ночью приснился ответ, почему с 2/3 магнитами напряжённость поля в контрольной точке выше
Просто напряжённость уменьшилась в промежутке между магнитами. За счёт этого выросло напротив полюсов. То есть, поле в зазоре стало менее синусоидальным, мы его как бы "стянули" к полюсам. Но так как для двигателя этот интервал малополезен (простые контроллеры с переключением по датчикам Холла вообще отключают ток в катушке на участке от -30 до +30 градусов), то мы почти ничего не теряем, зато приобретаем за счёт увеличенной индукции напротив полюса, а это как раз точка, где формируется наивысший полезный момент.

По остальному выводы остаются прежними. Ротор с магнитной системой Холлбаха представляется мне крайне перспективным; к тому же, переделка не требует серьёзных изменений в конструкции существующих двигателей. Эх, где бы вторую жизнь купить

Пока копался в симуляторе, я понял как работает магнитная система Холлбаха "на интуитивном уровне". Вот посмотрите на картинку:


На данной картинке мы имеем магнитную систему, которая даёт мощное поле снизу и слабое сверху. Почему так происходит - посмотрите на боковое сечение системы. "Основные полюса", если считать слева направо, 2 и 4. "Вспомогательные" полюса 1, 3, 5. Заметьте, что вспомогательные полюса как бы направлены "помогающим" полюсом к "основному". 1 и 3 направлены южным полюсом к "основному" южному полюсу 2. "Вспомогательные" 3 и 5 направлены северным полюсом к "основному" северному 4. То есть, "основной" полюс усиливается за счёт "помогающих".

Если посмотреть сбоку на ту же систему с точки зрения напряжённости поля в верхнем полупространстве, видно, что там всё вразнобой, "боковые" полюса наоборот "мешают" основным. "Основному" северному 2 мешают боковые 1 и 3. "Основному" южному 4 мешают боковые 3 и 5. Поэтому в верхнем полупространстве напряжённость поля сильно снижена.

[poraboloid]

Интересно если вместо промежуточных постоянных магнитов поставить электромагниты - они будут переключать поле сборки на ту, или другую сторону, в зависимости от полярности ?...

[tmiaer]

[user]poraboloid[/user], по идее будут, а смысл? Ротор и статор в двигателе вроде как взаимно однозначно расположены и не собираются прыгать из стороны в сторону О.о

[rezon]

[user]zap[/user],
Класс! Теоретически всё верно.
Осталось только сделать ротор состоящий из двух таких магнитных колец,внешним большим и внутренним малым ,чтобы туда входило.
Внешнее кольцо из магнитов замкнуть как вы и предлогаете железным цилиндрическим кольцом по внешней стороне,внутреннее соответственно железным кольцом по внутренней.
И сделать статор цилиндрический с бессердечными катушками обмоткой.
По типу этого.
https://electrotransport.ru/index.php?PHPSESSID=3j8l7lkhc2l3ooedo7rfuu3sf4&action=dlattach;topic=34762.0;attach=205585;image

И идеальное мотор-колесо готово.
Единственная существенная преграда в изготовление остается в подборе и просчете размеров магнитов. По внешнему кольцу которые распологаются и по внутреннему геометрические размеры должны быть разные,а магнитные свойства иметь одинаковые.

[P.M.]

Уважаемый [user]zap[/user].
Система Холбаха давно уже реализована
в России на предприятии Магнетон
что во Владимире. Их ротора с этой системой
называются типа РОМС (ротор мозаичный
сборный). Мы их применяли для своих моторов
еще в начале 90-х. Что в них интересного -
соотношение индуктивных параметров х(q) к х(d)
что важно для эл. приводчиков (управления).

[zap]

Ну вот, как всегда.
Я ещё не успел придумать, а всё уже стырили .
Пойду напьюсь чаю с горя, штоле...

На самом деле это радует.
Но не радует, что подобные двигатели не стали массовыми.
Не понимаю почему, ведь воткнуть в интервалы между магнитами "усилители" совсем недорого, и окупится повышением удельной мощности.
К тому же, использование системы Холлбаха в моторе с внешним ротором имеет дополнительное преимущество в снижении массы ярма ротора.
Во внутренним роторе эта фишка мало что даёт - всё равно надо чем-то ротор внутри заполнять.

[P.M.]

Ну вот, как всегда.
Я ещё не успел придумать, а всё уже стырили .
Пойду напьюсь чаю с горя, штоле...

На самом деле это радует.
Но не радует, что подобные двигатели не стали массовыми.
Не понимаю почему, ведь воткнуть в интервалы между магнитами "усилители" совсем недорого, и окупится повышением удельной мощности.
К тому же, использование системы Холлбаха в моторе с внешним ротором имеет дополнительное преимущество в снижении массы ярма ротора.
Во внутренним роторе эта фишка мало что даёт - всё равно надо чем-то ротор внутри заполнять.

Ну мы сделали на них всего 200
эл. двигателей по договору.
Конфигурация 18N16P.
Когда приобрели РОМС любопытство
как они выполнены взяло верх.
Бомбанули один (разобрали).
На внешней стороне цилиндра из сплава алюминия
собраны криволинейные трапециедальные магниты
(почти треугольные) с большей стороной
обращенной к рабочему воздушному зазору.
Между магнитами расположены треугольнообразные вставки
с притупленным концом вершины
направленной в сторону зазора.
Получилась поверхность ротора с чередующийся
полярностью по 8 северных и южных полюсов.
С внешней стороны вся эта халабуда была
стянута немагнитным чулком из типа технической
пропитанной саржи. Т. о. расстояние между дугами разноименных полюсов
по воздушному зазору составляло 20% полюсного деления.

[zap]

Ну, блин, такой неоднозначный бутерброд конечно получился дороже простого рабоче-крестьянского ротора.
То, что я выше предложил, вообще по большому счёту ничего не стоит. Ну, наклеить в два раза больше магнитов на ярмо, но это автоматизируется достаточно просто. Или, скажем, у коллекторников типа тех которых в автомобилях как грязи, там два огромных ферромагнита толщиной миллиметров наверное 8, и между ними интервал приличный, вот вклеить бы туда ещё два ферромагнита, и сразу удельная мощность бы повысилась можно было бы моторы меньше делать, например.

[inetchik]

[user]zap[/user], ещё лодочных моторчиков много.
Может можно феррит заменить на пару брусков железных, а с торцов магнитики неодимовые ?
Добавлено 02 Март 2017 в 21:55
Блин, фиг. Там винты стяжные.

[zap]

По идее, можно даже цельные магниты делать "холлбаховские" Делают же как-то магниты на холодильник с неоднородным намагничиванием.

[P.M.]

По идее, можно даже цельные магниты делать "холлбаховские" Делают же как-то магниты на холодильник с неоднородным намагничиванием.

[user]zap[/user] весь цимус системы Холлбаха
заключается в том что в ней можно добиться
концентрации магнитного потока
в воздушном зазоре и таким образом
увеличить там магнитную индукцию
и снижения индуктивности обмотки статора за счет
отсутствия ферромагнитных материалов в роторе.
При этой системе также уменьшается реакция якоря.