Масштабирование МК.

[nikvic]

   Дважды участвовал в "баталиях", посвещённых увеличению моментов моторов с сохранением мощности. Первый раз - в связи с желанием юзера применить мотор типа наших МК для коляски с пешеходной скоростью и тягой, достаточной для, например, въезда на бордюр. Второй - про лодочный мотор  без редуктора...

Наши МК-директ представляют собою тонкие "сэндвичи" из магнитной и электромагнитной сборки, свёрнутой в кольцо. "Развернув" эту сборку, получим кусок линейного двигателя - вот давайте и "поиграем" с этим куском, масштабируя и перекраивая его.

Для начала уменьшим все размеры в 2 раза, сохранив плотности тока в обмотках. Сразу замечу, что исходного материала у нас хватает на 8 таких "мелких".

  Теория утверждает, что индукция в зазоре не изменится, так что тяга упадёт в 4 раза (вместе с площадями). Возьмём две такие сборки параллельно - тяга удвоится и станет только в 2 раза меньше исходной. Следующий шаг - возмём 4 такие пары последовательно (чтобы полностью использовать исходные материалы), и тяга станет в 2 раза больше начальной! Длина такой четвёрки будет в два раза больше, чем исходная.
 
А теперь свернём эту систему снова в кольцо. Диаметр вырос в 2 раза, тяга удвоилась - МОМЕНТ УЧЕТВЕРИЛСЯ, вес тот же: толщина "рабочего слоя" стала меньше в 2 раза. Изменились - уменьшились в 2 раза - толщина и ширина магнитиков... Так что вместо 50 их стало 200

Для физиков такие рассмотрения необязательны. Возьмём два магнитика и приблизим их друг к другу с большого расстояния - получим некую работу. Разделим её на суммарный объём магнитов - и окажется, что результат зависит только от формы, и её можно оптимизировать (в частности, для магнитных сборок нашего типа характерное отношение толщины и ширины магнитиков - 1:4, например, 12мм и 3 мм). 

Дальше физик углядит, что в новом моторе (с удвоенным диаметром) та же электрическая частота частота будет иметься для РПМ=75 вместо РПМ=300 - вот вам и равенство полезных мощностей с учетверением тяги.

[av-master]

А вывод то где ? 2 раза перечитал ниче не понял (((
http://www.kaskod.ru/produkt/motorsrm/srm_article04/ вот смотрите внизу страницы. (немного не тот двигатель но без разницы. причем даже хороше что без увеличения коллва полюсов просто увеличивают толщину.
в базовой версии 30 мм - услие 630кг. (кстати Мощность потребляемая при перемещении штока - 280 Вт. правда редуктор конечно свое дает)
но самое интересное:
Дополнительно могут поставляться модели электроприводов с набором статора 60 и 120 мм, при этом максимальное усилие на штоке составляет 1600 кг и 3200 кг соответственно, с рабочим ходом штока до 170 мм. т.е. момент растет.

или и у второго скорость упадет во столько же раз во сколько отличается кол во полюсов. но "Тяга" вырастет примерно во столькоже ? или в 2 раза меньше от моего предположения) ?

[nikvic]

... (немного не тот двигатель но без разницы. причем даже хороше что без увеличения коллва полюсов просто увеличивают толщину.

Эти грабли у Вас уже были на пути понимания

[ZxV]

  Теория утверждает, что индукция в зазоре не изменится, так что тяга упадёт в 4 раза (вместе с площадями).

так что тяга уменьшится в 8-мь раз тк в 4-е раза уменьшилось количество ампервитков и они стали в два раза короче
ваш анализ взаимодействия магнитов при их делении верен
только вот к формированию тяги/момента в электродвигателе он большого отношения не имеет
я приводил расчет элементарной модели
один магнит-один зуб
https://electrotransport.ru/index.php/topic,8472.msg121396.html#msg121396
из которой видно что сила взаимодействия магнита и зуба при маштабировании изменяется как вы говорите
но сила взаимодействия катушки и магнита (которая и является нашей тягой/моментом двигателя) изменяется пропорционально изменению "объема меди" и ее изменение отличается в два раз от того что заявляете вы
что полностью соответствует практике электродвигателестроения
есть хорошая прога для магнитостатических расчетов
бесплатная простая и достаточно удобная
скачать можно с сайта http://www.femm.info/wiki/HomePage
нарисуйте в ней два двигателя (только реальных двигателя а не ваших шпал) и попробуйте получить увеличение тяги/момента в 4-е раза
когда у вас это получится можно будет продолжать разговор
а пока то что вы делаете это чистое вредительство
впечатлительные люди могут начитаться и начать "пилить железо" с расчетом получить несуществующее увеличение момента
а в реальности в пустую потратят время и материальные ресурсы

[nikvic]

так что тяга уменьшится в 8-мь раз тк в 4-е раза уменьшилось количество ампервитков и они стали в два раза короче
ваш анализ взаимодействия магнитов при их делении верен
только вот к формированию тяги/момента в электродвигателе он большого отношения не имеет
я приводил расчет элементарной модели
один магнит-один зуб
https://electrotransport.ru/index.php/topic,8472.msg121396.html#msg121396
из которой видно что сила взаимодействия магнита и зуба при маштабировании изменяется как вы говорите
но сила взаимодействия катушки и магнита (которая и является нашей тягой/моментом двигателя) изменяется пропорционально изменению "объема меди" и ее изменение отличается в два раз от того что заявляете вы

Я тогда не стал разбираться в  Ваших результатах, а сейчас вижу, что они вполне соответствуют моей модели. Там Вы пишете "один вариант больше второго в два раза (по массе соответственно в четыре)"  - отсюда видно, что во второй модели длина "шпалы" не изменилась. Сила у Вас  упала в 2 раза - так и должно быть в плоской модели.

А теперь примите во внимание, что из "большой" пары магнит-зуб можно сделать 4 маленькие и составить их рядом. Так что вместо исходной силы  F получим F/2+F/2+F/2+F/2=2F, в полном сооветствии с "моей" теорией (всё это, разумеется, было "пройдено" лет сто тому назад...)

[ZxV]

Сила у Вас  упала в 2 раза - так и должно быть в плоской модели.

в два раза упала сила взаимодействия магнита и зубца
только при вращении двигателя
при подходе магнита к зубцу эта сила действует однонаправленно с моментом
а после прохода зубца действует против вращающего момента
тоесть в среднем вклад этой силы в вращающий момент равен НУЛЮ
нас интересует сила которую дают обмотки
чтобы ее выделить в данной модели
была посчитана сила действующая на магнит без тока в обмотке и с током в обмотке
и взята разница
так вот эта разница для большой и малой системы 2.7Н и 0.69Н
отличается в 4-е (ЧЕТЫРЕ) раза
как оно и должно быть тк ампервитки отличаются в четыре раза

[nikvic]

при подходе магнита к зубцу эта сила действует однонаправленно с моментом
а после прохода зубца действует против вращающего момента
тоесть в среднем вклад этой силы в вращающий момент равен НУЛЮ

Ну, это уж совсем ерунда. Контроллер-то не дурак

[av-master]

http://www.jobymotors.com/public/views/pages/products.php - ну вот есть и толщины и полюса и параметры, что то по ним обьясните?

[ZxV]

при подходе магнита к зубцу эта сила действует однонаправленно с моментом
а после прохода зубца действует против вращающего момента
тоесть в среднем вклад этой силы в вращающий момент равен НУЛЮ

Ну, это уж совсем ерунда.

мдяяя...
мощный аргумент

Контроллер-то не дурак

и что контроллер?

[nikvic]

http://www.jobymotors.com/public/views/pages/products.php - ну вот есть и толщины и полюса и параметры, что то по ним обьясните?

Толщин нет...
Да и неясно, что объяснять. У меня нет ни цели, ни возможности полностью описать доступные диапазоны существующих движков.

Но можно увидеть, что два движка в середине при близкой мощности и электрической частоте  в два раза отличаются по моменту. У второго в два раза больше магнитов и несколько больше диаметр.

Надеюсь, и так ясно, что понимание результатов масштабирования не даёт готового проекта - его нужно расчитывать конкретно и не с помощью бесплатных программ. Помните, с чего началось? "Нужен движок с большим моментом и малой РПМ".

[ZxV]

при подходе магнита к зубцу эта сила действует однонаправленно с моментом
а после прохода зубца действует против вращающего момента
тоесть в среднем вклад этой силы в вращающий момент равен НУЛЮ

Ну, это уж совсем ерунда. Контроллер-то не дурак

спрошу еще раз
вы назвали мое высказывание ерундой
где аргументы?

[ZxV]

то что в реальном двигателе сила притяжения между магнитом и зубцом практически не учавствует в создании вращающего момента легко убедится на практике
достаточно покрутить рукой мотор колесо в обесточенном состоянии
еслиб в двигателе все былоб так как вы  nikvic представляете
то чтоб провернуть мотор колесо на один зуб пришлось бы тянуть касательно к наружному диаметру с силой порядка 20-50 кг (суммарная сила от притяжения всех магнитов к зубцам )
чего на практике естесно нет
на практике этот момент от притяжения магнитов к зубцам (называют зубцовый момент) вреден
толку от его никакого только увеличивается неравномерность вращающего момента двигателя
поэтому в реальности при проектировании двигателей зубцовый момент различными способами стараются уменьшить (желающие могут погуглить по словосочетанию "zero cogging")
что лекго проверить на практике
как уже сказал достаточно крутнуть рукой обеточенное моторколесо или любой другой двигатель с постоянными магнитами
а раз эта сила притяжения между зубцами и магнитами сведена к минимуму то и участие ее в формировании вращающего момента тоже минимально
так что все все ваши  nikvic рассуждения с дроблением магнитов сами по себе верны но идут по боку
тк к реальному двигателю отношения не имеют

[nikvic]

то что в реальном двигателе сила притяжения между магнитом и зубцом практически не учавствует в создании вращающего момента легко убедится на практике
достаточно покрутить рукой мотор колесо в обесточенном состоянии

Для момента интересны только касательные составляющие сил взаимодействия, а радиальные  в круглом двигателе практически уравновешены и в любом случае малоинтересны.

Масштабирование этих касательных имеет те же особенности, что и для нормальных составляющих.

Тормозной момент для обесточенного двигателя определяется гистерезисом перемагничивания.
====
Ей богу, не пойму, с чем Вы спорите без попыток разобраться. Не нужно придумывать свою физику, фундаментальные вещи для ферромагнетиков были "сделаны" за полтора века  до нас...

[ZxV]

Для момента интересны только касательные составляющие сил взаимодействия, а радиальные  в круглом двигателе практически уравновешены и в любом случае малоинтересны.

про радиальные составляющие никто ничего и не говорил

Масштабирование этих касательных имеет те же особенности, что и для нормальных составляющих.

и все эти касательные составляющие притяжения магнитов к зубцам взаимно компенсируются усредняются и тд
в итоге в обесточенном двигателе результирующая касательная сила минимальна

Ей богу, не пойму, с чем Вы спорите без попыток разобраться. Не нужно придумывать свою физику, фундаментальные вещи для ферромагнетиков были "сделаны" за полтора века  до нас...

1 спорю потому что ваше утверждение не верно
и может привести к материальным и временным потерям у тех кто решит воплотить его на практике
2 с вашими выкладками я прекрасно разобрался
и согласен с тем что сами по себе они верны
только я утверждаю что к реальному двигателю они отношения не имеют
3 так что вы лучше спросите у себя
с чем вы спорите
и почему вы нехотите разобраться
в конце концов чтоб сократить словоблудие я привел расчет
в котором тупо в лоб посчитана одна пара зуб-магнит
из расчета видно что касательная сила меняется пропорционально изменению количества ампервитков а не площади как это утверждаете вы

[nikvic]

в конце концов чтоб сократить словоблудие я привел расчет
в котором тупо в лоб посчитана одна пара зуб-магнит
из расчета видно что касательная сила меняется пропорционально изменению количества ампервитков а не площади как это утверждаете вы

Голубчик, в Вашем расчёте сила на зуб  уменьшается в 2 раза, а ампервитки - в 4, как и площадь окна для меди.

[ZxV]

и вы мне говорите что я не желаю разобраться...
смотрите внимательней
там посчитана
1 сила без тока в катушке
2 сила с током в катушке
3 взята разница 1 и 2
так вот
сила 1 изменяется в два раза
только эта сила нам побоку
а сила 3 изменяется в 4-е (четыре) раза...

[nikvic]

и вы мне говорите что я не желаю разобраться...

Наверное, я не прав - Вы не умеете.
Кстати, сила для "без тока" вообще неинтересна.

[ZxV]

Наверное, я не прав - Вы не умеете.

ну вы понимаете как вас характеризуют голословные утверждения...

Кстати, сила для "без тока" вообще неинтересна.

"неинтересна" тк в создании момента не участвует
поэтому ее вычитаем из силы которая получилась "под током"
и остаток изменяется в 4-е раза
прямопропорционально ампервиткам чтд

[nikvic]

Наверное, я не прав - Вы не умеете.

ну вы понимаете как вас характеризуют голословные утверждения...

Кстати, сила для "без тока" вообще неинтересна.

"неинтересна" тк в создании момента не участвует
поэтому ее вычитаем из силы которая получилась "под током"и остаток изменяется в 4-е раза
прямопропорционально ампервиткам чтд

Действительно не умеете
Правильный способ - делать по два расчёта с противоположными направлениями тока.
Заодно будет видно, что притяжение сильнее отталкивания...

[ZxV]

Правильный способ - делать по два расчёта с противоположными направлениями тока.
Заодно будет видно, что притяжение сильнее отталкивания...

именно так и делал
и да
притяжение больше отталкивания
вернее отталкивания нету
а есть ослабление притяжения на величину 3 из сообщения https://electrotransport.ru/index.php/topic,9112.msg123913.html#msg123913

[nikvic]

тяга от одного зубца
один вариант больше второго в два раза (по массе соответственно в четыре)
горизонтальная сила
в обесточенном состоянии
большой -8.1Н
малый -4.2Н (дада по массе в четыре раза меньше я тяга меньше всего в два раза)
горизонтальная сила под током
большой -10.8Н разница с обесточенным состоянием 2.7Н
малый -4.89Н разница 0.69Н - https://electrotransport.ru/index.php/topic,8472.msg121396.html#msg121396

Правильный способ - делать по два расчёта с противоположными направлениями тока.
Заодно будет видно, что притяжение сильнее отталкивания...

именно так и делал
и да
притяжение больше отталкивания
вернее отталкивания нету
а есть ослабление притяжения на величину 3 из сообщения https://electrotransport.ru/index.php/topic,9112.msg123913.html#msg123913

Без комментариев, но с правильной ссылкой...

[ZxV]

с противоположным направлением тока я силу считал для собственной проверки
убедился что ослабление притяжения равно увеличению притяжения относительно силы без тока
значение силы с противоположным направлением тока невыкладывал
чтоб неусложнять выкладки тк и в том что есть например вы сразу вообще незахотели разбираться
так что без коментариев? в чем противоречие? или вы опять прикроетесь общими голословными фразами...

[nikvic]

с противоположным направлением тока я силу считал для собственной проверки
убедился что ослабление притяжения равно увеличению притяжения относительно силы без тока
значение силы с противоположным направлением тока невыкладывал
чтоб неусложнять выкладки тк и в том что есть например вы сразу вообще незахотели разбираться
так что без коментариев? в чем противоречие? или вы опять прикроетесь общими голословными фразами...

Вернитесь к программе и проделайте рсчёты заново, увеличив плотность тока в 10 раз. В настоящих моторах пары магнит/э-магнит и притягиваются, и отталкиваются. И там, и там рождается положительная работа.
====
Дурная привычка - объявлять голословными рассуждения, которые вы не понимаете. Не приходило в голову?

[ZxV]

там нормальная плотность тока
7.6А/мм2 по площади катушки
что даст не менее 10А/мм2 по меди
в этом плане все до чего можно прицепицца это малый размер катушки
но его можно увеличить все в два раза

[ZxV]

Дурная привычка - объявлять голословными рассуждения, которые вы не понимаете. Не приходило в голову?

в томто и дело
что с рассуждениями у вас както слабовато
обычно
"Без комментариев"
"Действительно не умеете"
"Наверное, я не прав - Вы не умеете"
"Ей богу, не пойму, с чем Вы спорите без попыток разобраться. Не нужно придумывать свою физику, фундаментальные вещи для ферромагнетиков были "сделаны" за полтора века  до нас..."
"Ну, это уж совсем ерунда. Контроллер-то не дурак"
на рассуждения както совсем не тянет...

[ZxV]

nikvic ну так что еще придумаете
что еще не так в расчете?

[nikvic]

с противоположным направлением тока я силу считал для собственной проверки
убедился что ослабление притяжения равно увеличению притяжения относительно силы без тока

и вы мне говорите что я не желаю разобраться...
смотрите внимательней
там посчитана
1 сила без тока в катушке
2 сила с током в катушке
3 взята разница 1 и 2
так вот
сила 1 изменяется в два раза
только эта сила нам побоку
а сила 3 изменяется в 4-е (четыре) раза...

Попробую начать с учётом исходных данных, сосчитанных програмкой.
Контроллер (он не дурак) меняет направление тока, когда зуб оказывается по другую сторону  от магнита.
Для ваших токов в простой модели вместо отталкивания просто ослабляется сила притяжения (для моторов это не так, но сие неважно), и для среднего момента или работы  важна   разность величин этих сил притяжения.
Эта разность благополучно уменьшается в 2 раза, но за счёт учетверения количества секций (сделанных из того же материала) на удвоенной длине получим среднюю силу в 2 раза больше.
====
Пытаюсь предугадать, что вы сочтёте голословным утверждением

[ZxV]

Эта разность благополучно уменьшается в 2 раза,

записал силу с обратным направлением тока
горизонтальная составляющая силы

большя задача
без тока -8.18Н
прямое направление тока -10.86Н
обратное -5.51Н
-10.86-(-5.51)=-5.35

малая задача
без тока -4.23Н
прямое направление тока -4.89Н
обратное -3.56Н
-4.89-(-3.56)=-1.33

5.35/1.33=4.02
разность благопучно уменьшается в 4-е раза...

[nikvic]

записал силу с обратным направлением тока

Стал быть, Вы что-то напутали с размерами. ""один вариант больше второго в два раза (по массе соответственно в четыре)""
Програмка считает не 2D-короб, а 3D-конструкцию с массами 8:1.
В противном случае упомяните меня в нобелевской заявке...

[ZxV]

записал силу с обратным направлением тока

Стал быть, Вы что-то напутали с размерами. ""один вариант больше второго в два раза (по массе соответственно в четыре)""
Програмка считает не 2D-короб, а 3D-конструкцию с массами 8:1.

в идеале разные варианты лучше считать по отдельности чтоб небыло взаимного влияния
но я специально
чтоб небыло таких притензий
разместил обе магнитные системы в одной расчетной задаче
чтоб было на глаз видно соотношение размеров
а также чтоб заданная глубина задачи жестко была одинакова для обоих вариантов
и програмка эта 2D
яб былбы рад чтоб она считала 3D но увы не могет она такого

В противном случае упомяните меня в нобелевской заявке...

яб упомянул
тока мне неначто подавать заявку
все соответствует физике и практическому опыту
попса одним словом

[nikvic]

записал силу с обратным направлением тока

Стал быть, Вы что-то напутали с размерами. ""один вариант больше второго в два раза (по массе соответственно в четыре)""
Програмка считает не 2D-короб, а 3D-конструкцию с массами 8:1.

в идеале разные варианты лучше считать по отдельности чтоб небыло взаимного влияния
но я специально
чтоб небыло таких притензий
разместил обе магнитные системы в одной расчетной задаче
чтоб было на глаз видно соотношение размеров
а также чтоб заданная глубина задачи жестко была одинакова для обоих вариантов
и програмка эта 2D
яб былбы рад чтоб она считала 3D но увы не могет она такого

В противном случае упомяните меня в нобелевской заявке...

яб упомянул
тока мне неначто подавать заявку
все соответствует физике и практическому опыту
попса одним словом

Стал быть, врёт прогаммка... Или Вы.

[ZxV]

забавненько
похоже будите говорить что угодно но свою позицию под сомнение не поставите

Стал быть, врёт прогаммка...

при помощи этой програмки мною было расчитано 4-е различных синхронных двигателя с постоянными магнитами и один вентильноиндукторный (всякую мелочь которую можно просто посчитать на бумаге но которая из удобства считалась в проге поминать не будем)
после изготовления железо в меру возможностей испытывалось
все с достаточной точностью соответствовало расчетам

Или Вы.

мы в публичном месте
и все ходы записаны
в интернете много специалистов всегда может найтись такой который сможет меня при желании перепроверить и выявить вранье
так что врать мне смысла нету
ссылку откуда можно скачать прогу я давал
файл задачи могу сбросить на емэйл
можно использовать любую другую доступную программу
если самому занимацца лень можно попробовать попросить посчитать знающих людей
может есть какой нить вуз в вашем городе
или например есть форумы где общаются специалисты по расчетным прогам (ансис лсдина и тд и тп)
есть российский разработчик программы аналогичной femm
задача простая
может ктонить из этих людей согласится посчитать

[ZxV]

есть российский разработчик программы аналогичной femm

http://www.elcut.ru/
там доступна для скачивания студенческая версия
правда она ограниченна по числу треугольников
и на такую задачу скорее всего треугольников не хватит

[nikvic]

похоже будите говорить что угодно но свою позицию под сомнение не поставите

Ну, я же козёл и не живой бог
И "дырку" в своих рассуждениях, с Вашей помощью, нашёл. Заключается она в том, что э-магниты, в отличие от магнитов, не масштабируются. В том смысле, что намагниченность (момент делить на объём) больших и маленьких магнитов может быть одинаковой, а для э-магнитов она уменьшается вместе с размерами при сохранениее плотности тока. В простом случае цилиндра с обмоткой намагниченность пропорциональна i*n/L, и при уполовинивании размеров ампер-витки = i*n - уменьшается в 4 раза  У "магнитиков" в токовой модели фигурирует одинаковая поверхностная плотность тока.


Так что моё масштабирование проходит только для сверхпроводниковой обмотки..... 

[ZxV]

ок