проект Asymos - небольшой мотоцикл с асинхронным двигателем

[Electro_Ivan]

на заре цивилизации стали появляться асинхронные двигатели - мощные, неприхотливые, высокоресурсные.
Решился вдаться в авантюру разработки и постройки приемлемого небольшого байка, для городских и загородних поездок. Совместно с одним моим товарищем нарисовали в Компасе проэкт, позднее именуемого мной Asymos и стали воплощать его в металле.
За основу был взят Асинхронный двигатель американского происхождения фирмы Lincoln, номинальной мощностью 750 Ватт и 1400 Об/мин. Пораскинув мыслью, прикинули, что номинальный крутящий момент у этого двигателя около 10 H*м, а пиковый - должен быть 25 Н*м. 
Движок в стоке, при 50 герцах даёт 1400об/мин. прикинули что если накинуть оборотов, скажем до 10 тысяч, то можно из этого моторчика выжать добрый десяток киловатт. 
Всё это выглядело весьма заманчиво, и я незамедлительно прикинул количество витков, чтобы перемотать мотор под высокую скорость и низкое напряжение. Попыхтев с обмокой, стал рисовать в Компасе элементы будущего Байка - обрисовал уже имеющиеся элементы, расставил на нужные места, и дорисовал раму , маятник, крепление двигателя и трансмиссии.
Отрисовка рамы и выдумывание конструктива заняла достаточно много времени, но я считаю, что лучше хорошо всё продумать - так будет легче собирать. Пару недель спустя, появился более-менее завершённый проэкт со всеми необходимыми списками комплектующих и сборочными чертежами.
Повытачивал на своём стареньком к1615 все валы, втулки, оси. Затарился комплетухой, раскроил на плазме листовые сборочные элементы.

Рама имеет смешаный конструктив из профильных труб и листовых элементов. Листовые элменты разгружают конструкторские изыскания по поводу что и как прикрыть, и добавляют раме жёсткости.  маятник из профиля - дёшево и практично.
вилка - BOXXER, задний амортизатор - велосипедный DNM .
двигатель стоит в нижней части рамы и работает на первичную понижающую ременную передачу.   
ремень использую HTD-5, думая о том чтобы получить как можно бОльшее передаточное отношение на сравнительно небольших диаметрах шкивов.  в данном случае - 72 / 18
на выходе первичной передачи стоит ведущая звезда цепного привода колеса на 16 зубьев. Изначально проэктировалось на 18, но такой не нашлось звезды.  задняя была в наличии на 51 зуб.
цепь используется 420-я.
в перспективе (на бумаге) байк мог бы разгонять и 100 км/ч, но реальность оказалась- "как  обычно" :  использовался для этих целей контроллер Kelly 7230, который не разгоняет более 16 тысяч электрических оборотов, да ещё и к тому же даёт со старта только 40 ампер фазного тока. Меньшая звезда ведущая, и покрышка меньшего размера, чем в проекте.  Ввиду этих нюансов максимальная скорость получившегося байка составила 68 км/ч. 
Учитывая передаточные отношения и крутящий момент двигателя, получилось, что номинальный крутящий составил на колесе 128 Н*м, а пиковый - 319 Н*м. К слову - номинальный момент двигателя был пересчитан из стоковых характеристик, а пиковый Измерен статически при помощи подручных приспособлений - длинного ключа и ручных весов.  при измерении момента я использовал контроллер асинхронника собственной разработки.
Так как контроллер в этом проэкте используется синусный для BLDC, а в качестве мотора - асинхронник, то нужен ещё какой-то хитрый девайс для сопряжения этой "несопрягаемой пары".  Этот хитрый девайс родился в моей лаборатории, позднее именуемый - Асинхронный Адаптер. к нему подключаются ручка газа, ручка тормоза, датчик оборотов двигателя  - с одной стороны, и с другой стороны адаптер имеет разъёмы для подключения к контроллеру - ручка газа, ручка тормоза, датчики холла.  питается он 5-ю вольтами идущими для датчиков холла.

Адаптер работает просто - считывает скорость вращения вала асинхронника и ручки газа / тормоза, накидывает к этому значению дополнительных  120 ... 500  оборотов (частота скольжения - 2,5 ... 8 Гц) и выдаёт последовательность переключения, будто работают холлы BLDC с этой частотой. таким образом регулируя величину скольжения и его направление. Кроме того, адаптер позволяет реализовать рекуперативное и магнитное торможение двигателем регулируемой величины.
Этот адаптер был сделан сравнительно быстро, так как имею собственные наработки в создании контроллера асинхронного двигателя. и большая часть программ уже была к этому времени написана и отлажена на предыдущем заброшенном проекте по эндурику с асинхронником.
Желание использовать BLDC контроллер было навеяно Товарищем, который и станет обладателем этого Байка. Несомненно, я доведу и свой "Asynchroller" до ума в скором времени, ну а пока контроллером стал Kelly7230.

не успела рама покраситься, как тутже на скотч и верёвки была накинута вся электроника с двигателем, цепью и ремнём.    поехали сразу же ходовые испытания.  Испытания порадовали - байк разгонялся свои перерасчётные 68 км/ч ограниченные контроллером, но со старта набирал скорость очень неохотно из-за ненастраиваемого ограничения фазного тока на низких оборотах.  После преодоления скорости 10 км/ч, чувствуется довольно мощный подхват - фазный ток увеличивается и мотик едет, как надо. едет в любые горки не задумываясь. Стартовал ради интереса в горку 12% уклоном - едет, и разгоняется так же бодро. максималку в горку не мог проверить ввиду короткого подъёма, но 53 км/ч в конце подъёма длинной 250 метров байк разогнал.  Вешу я 92, а байк - 63. Расчёты затрачиваемой мощности на преодоление  этого подъёма с такой скоротью указали на 5,5 киловатт. А вот показометр, установленный на байке показал потребляемую в этот момент мощность 6,2 киловатта, из чего я сделал вывод о кпд двигателя около 80 %  на этом режиме.

максимальный зафиксированный фазный ток двигателя - 150 ампер. келли с этим "на ура" справляется, однако больше выдавать и не хочет. (может обмотка и сопротивление транзисторов??). на движке обмотка - звезда, трёхслойная, литцендрат  из 100 жил 0,55 провода, волновая намотка 4 витка  (или 2 .... не знаю как их посчитать корректно, хотя расчитывал обмотку сам ), 2 пары полюсов.  всё стянуто капроновой нитью и залито лаком КО-916. Реально тянуть движок начинает с 25 ампер, выходя на 10 Н*м при 75 амперах фазного  (проверялось только в статике)

Надо признать, что с шириной ременной передачи я слегка недостарался - ремень всего 15 мм шириной, HTD-5  (5 мм шаг), передаёт усилие в этой системе до 1500 Н, а может и больше, учитывая рывки со стороны заднего колеса при наезде на кочки.   это для него где-то близко к пределам разумного.  Соответственно реализовать полностью потенциал двигателя будет плачевно для ремня.  надо пошире ремень, в общем.
Ну а пока, настроил контроллер на ограниченную мощность.

Байк всё ещё дорабатывается - изготавливаются боковые и верхняя крышки, привариваются крепёжные гайки, печатаются защитные крышки цепи и ремня, устанавливается задний дисковый тормоз и в скором времени - покраска рамы.

т.к. используется асинхронник, то  проект стал я называть Asymos   (каюсь - созвучно с АЗИМО от Хонды. но робота перестали разрабатывать... , но в честь АСИнхронного МОтора Стоило назвать так))) )

некоторые характеристики
колёса:
переднее - велоколесо с дисковым тормозом
заднее - мотоциклетное от пит-байка, R17
кастор - 23 градуса, вынос - хз. смотрите по вилке Боксер
хода подвески на 220 мм
база - 1350 мм
Снаряжённый вес - 65 кг
батарея - Li-ion  NMC пакеты
конфигурация 1P 22S 26 А*ч
общая энергоёмкость 2300 вт*ч (замер)
контроллер Kelly 7230
двигатель - асинхронник Lincoln, 1HP 1500rpm@60Hz (производство США. очень добротно сделан)
обороты двигателя макс - 8000. об/мин
макс. скорость 68 км/ч,
ременной редуктор 72/18 
цепная передача 51 / 16
цепь 420,
фактический диаметр покрышки - 0,57м
сопротивление качению 60...70 H
макс. крутящий на колесе - 319 Н*м
с ростом скорости до максимальных оборотов крутящий практически не падает.
нюанс из-за ограничений Келли - вялый старт.

довольно большой запас крутящего позволяет установить меньшее передаточное отношение от мотора до колеса, увеличив макс. скорость, но немного проиграв в тяге.

в ближайших планах - довести собственный контроллер до ума. будут настройки, дисплей,

удобный корпус.
и за одно - довести до логического завершения Адаптер асинхронника.

а вот немножко фото-материала для ознакомления:

[VitaliyS]

...респект Здесь всё, от нетривиальной задумки, до проработки и воплощения. Удачного завершения проекта!

p/s/ ..давно присматриваюсь к асинхроннику, есть моторчик явно авиационный . На нем по работе разные компоненты испытываю. Моторчик довольно легкий, но походу для наших целей мощи там немерянно. если конструктора и программисты подсобят с контроллером, то может быть очень интересный вариант для мощного конфига..

[edw123]

Движок в стоке, при 50 герцах даёт 1400об/мин. прикинули что если накинуть оборотов, скажем до 10 тысяч, то можно из этого моторчика выжать добрый десяток киловатт.

Если железо на 50гц, то мало хорошего ему будет на повышенных частотах. Что хоть за набор - не смотрели?

По мощности: она ограничивается больше температурой перегрева - сколько может отвести корпус таких габаритов. Здорово поможет принудительная продувка. Какие размеры движка, есть в нём продувка родная?

Стартовый момент: если Вы занимались с асинхронниками, то наверное малый момент из-за очень редкого сигнала с холлов - на резолвере надо бы хотя бы 10 раз/оборот, особенно на старте актуально.

[Electro_Ivan]

[user]edw123[/user], железо не смотрел какое (на вскидку толщина пластин пакета около 0,5 мм. соответственно выше 300 герц движку давать не будем), но гонял движок на повышеных частотах. естессно нагрев больше.  но штатная продувка, думаю с этим отлично справляется, судя по нагреву двигателя во время поездок. лопатки на роторе большие. а вялый старт ещё раз скажу - ограничение контроллера Келли.  40 ампер фазного на старте. до 150 поднимается после набора скорости. в моём случае это 10 км/ч Эти данные - результаты непосредственных измерений.
подсоединю ради интереса свой асинхронный контроллер и проверю разгон.
насчёт резольвера - согласен, у меня всего 2 магнитика на валу. но эти недостатки можно и программно обойти. к тому же программа адаптера асинхронника позволяет устанавливать произвольное количество полюсов ресольвера. Экспериментально выяснил, что даже  с одной парой полюсов ресольвера мотор трогается очень бодро. лишь бы ток был достаточного уровня, чтобы развить крутящий.

[edw123]

[user]edw123[/user], железо не смотрел какое (на вскидку толщина пластин пакета около 0,5 мм. ... вялый старт ещё раз скажу - ограничение контроллера Келли.  40 ампер фазного на старте. до 150 поднимается после набора скорости. ...
насчёт резольвера - согласен, у меня всего 2 магнитика на валу. но эти недостатки можно и программно обойти. к тому же программа адаптера асинхронника позволяет устанавливать произвольное количество полюсов ресольвера. Экспериментально выяснил, что даже  с одной парой полюсов ресольвера мотор трогается очень бодро. лишь бы ток был достаточного уровня, чтобы развить крутящий.

У Келли вроде можно настраивать ток старта или время задержки.

Софтово обходить разрешение датчика, кмк, бессмысленно.

Если есть штатная продувка, то может не получиться большой форсировки - уже и так на режим продува.  Хотя обороты продува тоже вырастут. Для проверки неплохо бы термодатчик, да и при эксплуатации в форсированном режиме тоже сгодится - на режиме с перегрузкой и низким кпд сжечь можно довольно быстро.

[Electro_Ivan]

[user]edw123[/user], уже успел сжечь мотор от стиралки кстати.   диагноз - много хотел от него. вкчивал не жалея тока, железо в насыщение уходило., мотор "кипел" , что вылилось в сгоряние изоляции)))  не в обмотке на статоре было дело - ротор физически не мог создавать большой момент, т.к. мотор стиралки заточен под большое скольжение = = а это малая глубина и площадь пазов ротора. так что больше 5 Н*м из движка ДЦСМ-3Б  я получить не удалось.   
поэтому от "говна и палок" решил отказаться))
впрочем покупка асинхронника и его перемотка по цене меня очень даже устраивает.  разница ощутима - один "заводской" мотор с магнитами, или 3 перемотанных асинхронника.

термодатчик есть, засеку температурный режим,  отпишусь

[edw123]

[user]edw123[/user], уже успел сжечь мотор от стиралки кстати. 

Обороты мотора частотой устанавливаете? Скольжение не регулируете во время работы? Ток получается "какой выйдет"?

[Electro_Ivan]

[user]edw123[/user], в своём контроллере - пока что так и есть.  ручка газа пока управляет только амплитудой напряжения. частота - больше частоты вращения на фиксированную величину, задаваемую внешним потенциометром от 2 до 8 гц.
но это в своём контроллере, который буду однозначно допиливать.
адаптер асинхронника дляКелли обладает на сегодня схожим функционалом. Разница только в том, что на келли можно настраивать фазный и батарейный ток.
планирую изучить более подробно манипулции со скольжением.

[zloitapok]

А как вам удалось крутить асинхронный мотор контроллером для синхронного мотора? 7230 - это наверное kls7230s ?

[Electro_Ivan]

[user]zloitapok[/user], совершенно верно. контроллер - для СИНХРОННОГО (вентильного, BLDC, c магнитиками и т.д  и т.п.). но мой пытливый ум породил адаптер - коробочку Икс, позволяющую "обмануть" контроллер и запустить асинхронник.
да, контроллер kls7230s

[zloitapok]

Точно, не внимательно читал.
Круто!

[YTW200]

Смешной парень. Харош гнать на контроллер, ищи проблему : а) в настройках, б) в своей прокладке между контроллером и мотором, в) в моторе.
Указанный тобой контроллер 450 ампер фазного вкачивает в ЗАТОРМОЖЕННЫЙ мотор с места и либо таки срывает во вращение с нагрузкой либо отключается в защиту. Посмотри мои проекты, везде клс7230с стоит.

И не понятно другое, почему покупая КЕЛЛИ ты не купил сразу правильный???
KAC7230S посмотреть не хватило? Тот же корпус, теже 30 фетов внутри 100 амперных... но програмная заточка под асинхроны и работа с датчиком до 100 шагов за оборот . Лично его проверял на асинхромоторе стоя всей массой на педали гидротормоза и давая газна полную. Мощь нарастала до 10 квт и потом колёса срывались во вращение а колодки начинали гореть.

Не греши на контроллер в каждом сообщении, ищи причину в другом месте.

[edw123]

Смешной парень. Харош гнать на контроллер...
Не греши на контроллер в каждом сообщении, ищи причину в другом месте.

Очень Вы ... агрессивно. Мало ли какие у человека обстоятельства: подарили такой контроллер, неудачно выбрал... Описали свой работающий альтернативный вариант - замечательно, будет для [user]Electro_Ivan[/user], хорошим доводом подумать, настроить: чужой опыт всегда на пользу.

[YTW200]

Я не агрессивно но очень уж не понравилось, как усердно (ощущение аж как проплачено) человек в каждом посте контроллер хает. У меня моцвк массой 100 кг + я 70 летает 120 км/ч и ускорение до сотки с этим контроллером 5.2 сек. Батарейного тока я максимум видел 262 ампера и фазного 450. А у него как у плохого танцора...
В других местах проблему искать надо.

[kor]

За основу был взят Асинхронный двигатель американского происхождения фирмы Lincoln, номинальной мощностью 750 Ватт и 1400 Об/мин. Пораскинув мыслью, прикинули, что номинальный крутящий момент у этого двигателя около 10 H*м

Как вы посчитали номинальный момент?  750*9.55/1400=5.11 нм выходит.

на движке обмотка - звезда, трёхслойная, литцендрат  из 100 жил 0,55 провода, волновая намотка 4 витка  (или 2 .... не знаю как их посчитать корректно, хотя расчитывал обмотку сам ), 2 пары полюсов.  всё стянуто капроновой нитью и залито лаком КО-916. Реально тянуть движок начинает с 25 ампер, выходя на 10 Н*м при 75 амперах фазного  (проверялось только в статике)

100жил диаметром 0.55 выходит 23.76мм2 сечение, при 75а это плотность тока всего 3.15а/мм2 если ничего не напутал. Как-то подозрительно очень хорошие цифры получаются.
Можете сказать внутренний диаметр и толщину пакета статора вашего мотора?

[YTW200]

Раз уж оно едет та ещё и в крутые горки, судя по фото снимать чем есть, где хоть одно видео?
Хотя бы просто вывешенно вращающего блдсишного контроллера асинхронный мотор и показания с любого простейшего прибора токов и прочего?

При таком сечении чтоб на 10000 об/мин да не было минимум 15 ампер холостого хода потребления в жизни не поверю

[Electro_Ivan]

человек в каждом посте контроллер хает

у каждого своё субъективное видение моих постов, однако это действительно может быть какая-то  хрень в наостройках, которую я не учёл, типа "буст свитч" или что-то в этом роде.. 
смысл в том, что при беглой проверке крутящего момента, не удавалось получить  более 8 Н*м. с установленным контроллером.

дело было так: был контроллер, батарея и отсутствие желания возиться с мотор-колесом, неважно, где бы оно стояло - в раме или на задней оси.
поэтому выбор упал на асинхронник, как дешёвая альтернатива BLDC мотору.

занят сечас доработкой программы адаптера, а после доделок  и приведения внешнего вида байка в нормальный вид - займусь полномасштабными замерами и испытаниями для всех интересующихся. Будет видео, заезды, фото, графики, и конечно же - показания приборов

[Electro_Ivan]

Выезжал сегодня за город, немного погонял байк
заснял подъём в горку, уклон 5,8% примерно.
газ держал на середине, старался потребление держать приблиительно 3,7 кВт в целях экономии

https://youtu.be/pfkx79rSJHA

днём ранее изменилось передаточное отношение в меньшую сторону ( 10,93 против 12,75)- поставил ведущий шкив на двигателе на 21 зуб вместо 18 . так как в "мир привода" расточили отверстие под вал криво - биение 0,5мм, пришлось делать расточку и шпон-паз самому.