BLDC мотор, расчет

[DIVAS]

Нету. И мне интересны подробности.   
Интересно сравнить такую конструкцию и классическую.
Где какие-плюсы минусы?
Тут явно мощные магниты и должен быть большой крутящий момент.
Еще в полюсе простота организации охлаждения статора.

Возможность охлаждения статора, пожалуй, тут действительно в плюс. Да и отсутствие необходимости тащить провода через ось здорово добавляет пространства для манёвров.
Его момент трудно сравнивать с другими конструкциями, т.к. тут много отличий. Магниты действительно огромные. Но при конфигурации 24/3, т.е. при коэффициенте магнитной редукции 4, он явно заточен больше на скорость, чем на момент.
Учитывая что магниты расположены на плоскости, это может вызвать проблемы деформации ротора при попытке выжать максимум момента, если магниты сильные. Проблемы деформации и малый магнитный зазор могут привести к цеплянию ротора за статор при некоторых условиях. А при большом магнитном зазоре большого момента точно не будет. Зато будет меньше ЭДС. В типовом МК с деформациями проще - стальной барабан, равномерно стянутый/распёртый практически не подвержен деформациям, а магнитный зазор фиксирован.

Ну а дальше надо уже брать его живьём и сравнивать в деле.

Кстати, от чего такой движок?
Случайно не от стиральной машины?

[Steel RAT]

На более мощных моделях ротор в середине а обмотки по краям.
Думаю, что силы притяжения уравновешиваются.
Это специально для легкого электротранспорта.
http://goldenmotor.com/

Слева меню потыкайте.

[olus]

Насчёт изменения зазора на ходу, это была скорее шутка.

[user]olus[/user], основные законы физики никто не отменял. Работа, угол и момент жёстко связаны. И если работа за один магнитный оборот одна и та же, а угол меньше, то момент всегда будет больше. Это раз.

Момент зависит от двух магнитных полей - от постоянного и полученного в обмотке. А также от расстояния между зубцом статора и магнитом ротора. Имеется в виду не только радиальное, но и тангенциальное расстояние. И если расстояние между взаимодействующими магнитами/зубцами меньше, то сила взаимодействия больше.
Вы только что упоминали момент паза статора - так будьте добры не забыть и про момент пары полюсов ротора. Если Вы уменьшаете количество полюсов, то есть увеличиваете шаг между ними, то тангенциальное расстояние между ними увеличивается и их момент падает, потому что при увеличении расстояния между полюсами уменьшается сила поля. Это два.

Сумма момент паза статора в точности равна сумме моментов пар полюсов ротора - это условие равновесия. Так что вполне достаточно "не забыть" про один из них. Поле из полюса попадает в сопряжённые с ним зубцы, охватывая проводники в соответствующем пазу (взгляните на силовые линии на моей первой картинке). Если система управления озаботилась, чтобы в проводнике в нужном положении ротора тёк нужный ток - будет вам счастье вне зависимости от количества магнитов. Поскольку мы управляем током целой фазы, а не каждого проводника, будет лучше, если каждый из них будет находиться в том же положении по электрическому углу - моменты складываются арифметически, а не геометрически. Отсюда преимущества целых q. Расчёты МКЭ в точности согласуются с вышесказанным. Увеличение q больше 1 (2,3 и т.д.) приводит к необходимости увеличивать сечение спинки, снижая, тем самым диаметр расточки и, соответственно, момент. Как-то так. Полемику про момент на этом прекращаю. Если я Вас не убедил - стал быть не умею достучаться. Вам, увы, меня тоже не убедить, поскольку создавая множество машин, я провёл массу расчётов, и их результаты в моём сознании перевесят любые Ваши доводы. "Редукция" имеет смысл для случая питания определённой частотой (промышленная сеть) BLDC - двигатель [b-b]постоянного[/b-b] тока, что явно следует из названия. Если машина с системой управления позволяют эффективно работать от  нулевой скорости, какой смысл заморачиваться редукцией?

[servmv]

Во вы мне тут чтиво на катали. Еще вопросик я видел разное железо (исполнение зубов) типо того:

Вероятно первый вариант лучше в плане магнитопровода, но 2рой удобней и для лазерной резки(меньше машинных операций) и катушки можно с начало изготовить потом просто одеть. На сколько 2рой вариант хуже первого?
Да кстати для тех кто думает что собирать я его буду на коленке с помощью напильника, сильно заблуждается.

[olus]

Во вы мне тут чтиво на катали. Еще вопросик я видел разное железо (исполнение зубов) типо того:
Вероятно первый вариант лучше в плане магнитопровода, но 2рой удобней и для лазерной резки(меньше машинных операций) и катушки можно с начало изготовить потом просто одеть. На сколько 2рой вариант хуже первого?
Да кстати для тех кто думает что собирать я его буду на коленке с помощью напильника, сильно заблуждается.

Варианты исполнения паза 1 - полуоткрытый, обмотка всыпная - толщина провода позволяет виткам быть подвижными при установке катушки в паз, 2 - полностью открытый - жёсткие катушки из провода большого сечения, как правило прямоугольного, которые вставляются без "всыпания". Предпочтительней вариант 1,  но форма зубца - предмет "облизывания" при проектировании МС, т.к. от неё зависит форма противоЭДС.  Недостатки в.2 сказываются меньше при шихтованом роторе с упрятанными в него магнитами (картинка на стр. 2). Есть еще вариант 3 - полностью закрытый паз - обмотка протяжная. Лазерный станок, что в файлике написано, то и вырежет - денюжку возьмут за длину реза и количество точек входа, а не за сложность конфигурации.

[servmv]

(картинка на стр. 2).

Не секрет? чю за прога?

[DIVAS]

[user]olus[/user], Вы ускользаете от понимания всего что я Вам пытаюсь донести.
Я не знаю, какие двигатели и для чего Вы там где-то рассчитывали, но очевидно, что с высокомоментными двигателями электротранспорта Вы мало знакомы и пытаетесь уговорить что конфигурация 3/1 по всем параметрам лучше (абсурд), не понимая при этом, с чем Вы её сравниваете и по каким параметрам.

К тому же, Вы пренебрегаете редукцией и попираете закон сохранения энергии - так Вы точно никого ни в чём не убедите.

Редукция - это простое понятие, характеризующее изменение соотношения угловой скорости и момента до и после редуктора, но произведённая работа при этом остаётся неизменной. (А работа и энергия, как известно, напрямую связаны)
В данном случае мы имеем дело с магнитным редуктором, т.к. в зависимости от коэффициента магнитной редукции на один магнитный оборот приходится разный угол поворота ротора. При одинаковой совершённой работе момент всегда больше там, где больше коэффициент редукции. А угол, соответственно, меньше.

О частоте вращения BLDC двигателя у Вас тоже неполное понимание, или даже полное непонимание. Частота вращения (максимальная) зависит не только от управления, но и от самого двигателя. И тоже связана с коэффициентом магнитной редукции. Статорное железо имеет верхний предел рабочей частоты. На первых страницах темы был рассмотрен вопрос, почему создание высокооборотного пногополюсного двигателя невозможно - потому что этому препятствует верхний предел рабочей частоты железа. Для того чтобы создать высокооборотный BLDC двигатель, нужно уменьшать количество полюсов (т.е. уменьшать коэффициент магнитной редукции) - это позволит снизить частоту переключения обмоток и влезть в предел рабочей частоты железа. Но прикладывая одинаковую мощность на входе и повышая обороты на выходе, мы неизбежно теряем момент, потому что иначе двигатель нарушил бы закон сохранения энергии.
Ваша картинка на 2ой странице вообще непонятно откуда вырвана, но на наши BLDC двигатели она вообще ни разу не похожа. Впрочем, даже если довести её до похожести, смысл не меняется - при таких расстояниях взаимодействия зубцов статора с магнитами ротора и при малом количестве их пар большого момента быть не может.

Если система управления озаботилась, чтобы в проводнике в нужном положении ротора тёк нужный ток - будет вам счастье вне зависимости от количества магнитов. Поскольку мы управляем током целой фазы, а не каждого проводника, будет лучше, если каждый из них будет находиться в том же положении по электрическому углу - моменты складываются арифметически, а не геометрически. Отсюда преимущества целых q.

Синфазность работы всех зубов одной фазы бывает не только при соотношении зубцов и полюсов 3/1, но также и при 3/2 и при 3/4. И при 3/4 момент можно получить гораздо больше чем при 3/1.

В случае типичного велосипедного "большого" ДД МК мы имеем конфигурацию 9/8. Т.е. по сути это девятифазный BLDC, фазы которого сгруппированы по три смежных для подключения к типовому трехфазному контроллеру. Очевидно, что эта конструкция не идеальна, т.к. не позволяет выжать полный максимум железа и чуть снижает эффективность. Но вопрос, что хуже: неидеальность, недостаточность скорости, недостаточность момента или большие потери в железе статора? Ведь в практической жизни преследуется практическая цель - сделать конечное устройство с нужными параметрами, а не теоретически идеальную машину, которая на практике абсолютно бессмысленна из-за неподходящих параметров.

Рассмотрим суть мотор-колеса. Это колесо с мотором внутри, при этом оно не содержит никакой механики - обод колеса жёстко связан с его ротором. При длине окружности шины, равной 1.6 метра, оно проезжает 1.6 метра за каждый оборот. Один оборот - это 56/2=23 магнитных оборота. При скорости 60 км/ч колесо совершает 10.4 механических оборотов в секунду, или около 240 магнитных оборотов в секунду.
Если бы была конфигурация 3/4, то при той же скорости движения это было бы уже порядка 440 магн.об./сек, т.е. частота переключения обмоток 440Гц. Для обычного 0.5мм статорного железа 440Гц уже многовато - начинают возрастать потери в железе. А ведь эти же МК ставят в колёса меньшего диаметра и при этом иногда хотят ехать ещё быстрее - тогда даже специальное и более тонкое спецжелезо не спасёт.
Если же делать конфигурацию 3/2, то при слишком малом количестве полюсов двигатель будет выдавать намного меньший момент. А при недостаточном моменте скорость уже не будет нужна, если двигателю не хватит момента разогнать ТС до этой скорости.
Как компромиссный вариант и была выбрана конфигурация 9/8. Она позволяет с некоторым запасом уместиться в частотный предел железа, при этом получить максимальный возможный момент и необходимую скорость.

[olus]

К тому же, Вы пренебрегаете редукцией и попираете закон сохранения энергии - так Вы точно никого ни в чём не убедите.

Редукция - это простое понятие, характеризующее изменение соотношения угловой скорости и момента до и после редуктора, но произведённая работа при этом остаётся неизменной. (А работа и энергия, как известно, напрямую связаны)
В данном случае мы имеем дело с магнитным редуктором, т.к. в зависимости от коэффициента магнитной редукции на один магнитный оборот приходится разный угол поворота ротора. При одинаковой совершённой работе момент всегда больше там, где больше коэффициент редукции. А угол, соответственно, меньше.

О частоте вращения BLDC двигателя у Вас тоже неполное понимание, или даже полное непонимание. Частота вращения (максимальная) зависит не только от управления, но и от самого двигателя. И тоже связана с коэффициентом магнитной редукции. Статорное железо имеет верхний предел рабочей частоты. На первых страницах темы был рассмотрен вопрос, почему создание высокооборотного пногополюсного двигателя невозможно - потому что этому препятствует верхний предел рабочей частоты железа. Для того чтобы создать высокооборотный BLDC двигатель, нужно уменьшать количество полюсов (т.е. уменьшать коэффициент магнитной редукции) - это позволит снизить частоту переключения обмоток и влезть в предел рабочей частоты железа. Но прикладывая одинаковую мощность на входе и повышая обороты на выходе, мы неизбежно теряем момент, потому что иначе двигатель нарушил бы закон сохранения энергии.
Ваша картинка на 2ой странице вообще непонятно откуда вырвана, но на наши BLDC двигатели она вообще ни разу не похожа. Впрочем, даже если довести её до похожести, смысл не меняется - при таких расстояниях взаимодействия зубцов статора с магнитами ротора и при малом количестве их пар большого момента быть не может.

Синфазность работы всех зубов одной фазы бывает не только при соотношении зубцов и полюсов 3/1, но также и при 3/2 и при 3/4. И при 3/4 момент можно получить гораздо больше чем при 3/1.

В случае типичного велосипедного "большого" ДД МК мы имеем конфигурацию 9/8. Т.е. по сути это девятифазный BLDC, фазы которого сгруппированы по три смежных для подключения к типовому трехфазному контроллеру. Очевидно, что эта конструкция не идеальна, т.к. не позволяет выжать полный максимум железа и чуть снижает эффективность. Но вопрос, что хуже: неидеальность, недостаточность скорости, недостаточность момента или большие потери в железе статора? Ведь в практической жизни преследуется практическая цель - сделать конечное устройство с нужными параметрами, а не теоретически идеальную машину, которая на практике абсолютно бессмысленна из-за неподходящих параметров.

Рассмотрим суть мотор-колеса. Это колесо с мотором внутри, при этом оно не содержит никакой механики - обод колеса жёстко связан с его ротором. При длине окружности шины, равной 1.6 метра, оно проезжает 1.6 метра за каждый оборот. Один оборот - это 56/2=23 магнитных оборота. При скорости 60 км/ч колесо совершает 10.4 механических оборотов в секунду, или около 240 магнитных оборотов в секунду.
Если бы была конфигурация 3/4, то при той же скорости движения это было бы уже порядка 440 магн.об./сек, т.е. частота переключения обмоток 440Гц. Для обычного 0.5мм статорного железа 440Гц уже многовато - начинают возрастать потери в железе. А ведь эти же МК ставят в колёса меньшего диаметра и при этом иногда хотят ехать ещё быстрее - тогда даже специальное и более тонкое спецжелезо не спасёт.
Если же делать конфигурацию 3/2, то при слишком малом количестве полюсов двигатель будет выдавать намного меньший момент. А при недостаточном моменте скорость уже не будет нужна, если двигателю не хватит момента разогнать ТС до этой скорости.
Как компромиссный вариант и была выбрана конфигурация 9/8. Она позволяет с некоторым запасом уместиться в частотный предел железа, при этом получить максимальный возможный момент и необходимую скорость.

Та "редукция" о которой Вы говорите не имеет никакого отношения к собственно редуктору. То устройство, которое мы рассматриваем, есть многополюсный электромотор, и называть его магнитным редуктором значит банально запутывать вопрос. Ни в одном учебнике по электрическим машинам я не встречал термина "магнитный редуктор" применительно к многополюсным машинам.
Впрочем, даже если довести её до похожести, смысл не меняется - при таких расстояниях взаимодействия зубцов статора с магнитами ротора и при малом количестве их пар большого момента быть не может. - возьмите два магнита, расположите их на расстоянии 10мм друг от друга, измерьте силу взаимодействия. Поместите в зазор 10мм 9мм пластину железа и снова измерьте силу взаимодействия. Расстояние между магнитами не изменилось. А сила? Судя по Вашему изречению выше Вы будете приятно удивлены. МС на "неизвестно откуда выдранной" картинке даёт момент % на 25 больше, чем если бы магниты были расположены по окружности ротора непосредственно под зубцами.
Один оборот - это 56/2=23 магнитных оборота. При скорости 60 км/ч колесо совершает 10.4 механических оборотов в секунду, или около 240 магнитных оборотов в секунду. 
Тут всё правильно, дальше всё наизнанку - с уменьшением числа пар частота уменьшается. Конфигурация 60/20 (ваши 3/1) даёт 104 Гц как-то так. Откуда берутся 440 я даже вникать не стал. Рассуждения о том, что может быть, а чего быть не может я привык проверять, иначе рисковал бы остаться без зарплаты. Тем более не стал бы не зная человека, выдвигать сетенции типа "но очевидно, что с высокомоментными двигателями электротранспорта Вы мало знакомы". Больше 1000 Нм машины я не считал и не испытывал, может для Вас это маловато будет, но уж чем богаты.

[olus]

(картинка на стр. 2).

Не секрет? чю за прога?

Программ сейчас хватает. Не буду что-то рекламировать. При желании найти в сети не проблема. Для начала вполне сгодится студенческая версия ELCUT.

[DIVAS]

[user]olus[/user], Чем дальше, тем больше становится очевидно, что Ваша специализация ограничена и Вы просто не понимаете или не хотите понимать элементарных фундаментальных понятий, а пока Вы их не поймёте, Вы не поймёте и остального о чём здесь идёт речь.

Давайте поищем, где корень Вашего непонимания. Для этого ответьте на следующие вопросы:

1. Нужно сделать два BLDC двигателя одинаковой мощности одинакового габарита, но один на 100об/мин и 100Нм, а другой - на 10000об/мин и 1Нм. Чем они будут отличаться?

2. Есть три двигателя одинаковой конструкции, мощности и размера, один 12-полюсный, другой 24-полюсный, третий 48-полюсный. (статор у всех одинаков, 36 зубов, обмотки тоже одинаковые)
Как будет отличаться их максимальная частота вращения? Как будет отличаться производимый ими момент? Сколько механических оборотов сделает ротор каждого из них за 1 секунду при частоте 96Гц?

[olus]

[user]olus[/user], Чем дальше, тем больше становится очевидно, что Ваша специализация ограничена и Вы просто не понимаете или не хотите понимать элементарных фундаментальных понятий, а пока Вы их не поймёте, Вы не поймёте и остального о чём здесь идёт речь.

Давайте поищем, где корень Вашего непонимания. Для этого ответьте на следующие вопросы:

1. Нужно сделать два BLDC двигателя одинаковой мощности одинакового габарита, но один на 100об/мин и 100Нм, а другой - на 10000об/мин и 1Нм. Чем они будут отличаться?

2. Есть три двигателя одинаковой конструкции, мощности и размера, один 12-полюсный, другой 24-полюсный, третий 48-полюсный. (статор у всех одинаков, 36 зубов, обмотки тоже одинаковые)
Как будет отличаться их максимальная частота вращения? Как будет отличаться производимый ими момент? Сколько механических оборотов сделает ротор каждого из них за 1 секунду при частоте 96Гц?

Оба вопроса бессмысленны - 1 - при разнице в моментах на два порядка двигатели одного габарита смысла не имеют.
2 - при разном числе полюсов обмотки не могут быть одинаковы. Характер задаваемых вопросов свидетельствует об уровне квалификации вопрошающего. Я рекомендовал бы,  для начала, Вам открыть учебник по электромашинам и поискать выражения для момента ротора, похоже Вы до сих пор не дали себе этот труд. На этой радостной ноте позвольте прекратить нашу дискуссию и Ваши попытки развеять моё непонимание. Право, не стоит Ваших трудов такой запущенный случай. Тем более, если, вдруг, Вам это удастся - я без куска хлеба останусь, т.к., действуя по вашему "пониманию", я вряд ли сумею создать что-нибудь путное.

[DIVAS]

[user]olus[/user], Вы опять скользко увильнули от темы.
1. Предположим, что смысл есть. Ответьте на вопрос.
2. Хорошо, пусть обмотки будут разные. Ответьте на те же вопросы, плюс ещё один: Как должны отличаться обмотки для этих трёх случаев?

Моё понимание, по крайней мере, учитывает законы сохранения энергии и коэффициент редукции. А Вы своё понимание так и не потрудились совместить с физикой.

[servmv]

DIVAS, я конечно не против ваших дискуссий и некого не хочу обидеть, но мне приходят уведомления на трубу, и ваш офф. топ немного напрягает.
И на правах офф топа:

Программ сейчас хватает. Не буду что-то рекламировать. При желании найти в сети не проблема. Для начала вполне сгодится студенческая версия ELCUT.

, это студенческая версия ELCUT? или все таки секрет?

[DIVAS]

DIVAS, я конечно не против ваших дискуссий и некого не хочу обидеть, но мне приходят уведомления на трубу, и ваш офф. топ немного напрягает.

А вот тут я с Вами не соглашусь! Обсуждаемые вопросы напрямую относятся к теме, а именно, к расчёту BLDC мотора. Может быть, немного не в том виде, в котором Вам хотелось бы, но всё в рамках темы.

[servmv]

Нет не в рамках, проверка уровня квалификации не закладывалась в пост. Ограничимся тем что я Вас понимаю а olus-а нет, видимо там не те знания, либо путаница. Я кстати не слышал Вашего мнения по поводу типа зубьев).

[olus]

это студенческая версия ELCUT? или все таки секрет?

Нет, но ELCUT даёт тот же результат.

[Babylon4]

Та "редукция" о которой Вы говорите не имеет никакого отношения к собственно редуктору. То устройство, которое мы рассматриваем, есть многополюсный электромотор, и называть его магнитным редуктором значит банально запутывать вопрос.

Ни в одном учебнике по электрическим машинам я не встречал термина "магнитный редуктор" применительно к многополюсным машинам.

  Я тот Кто притащил понятие магнитной редукции в автомобильные форумы, поэтому попробую ответить, действительно в классической тех. литературе не упоминается об этом. но там же и не рассматриваются варианты когда количество полюсов ротора превышает количество статорных обмоток , современная электронная база дала возможность создавать генераторы в комплексе это позволило создать компактные двигатели с большим крутящим моментом.

   Но я хочу повторить что магнитная редукция  не увеличивает момент координатно ( увеличение есть но оно составляет 15-20%) главная достоинство редукции это уменьшение оборотов,или при поддержании оборотов на необходимом уровне можно уменьшить количество витков и увеличить сечение провода, соответственно подав больший ток на двигатель, вот в этом состоит суть редукции поэтому и называется она МАГНИТНАЯ.

  PS Читаю тему периодически вы очень много упускаете моментов на которые следовало бы обратить внимание.

[servmv]

Еще вопрос я тут на просторах инета нашел BLDC моторы от стиралок причем стоят они копейки http://www.ebay.com/sch/i.html?_odkw=4417FA1994&_sop=15&_osacat=0&_from=R40|R40|R40|R40|R40|R40|R40|R40|R40|R40|R40&_from=R40&_trksid=p2045573.m570.l1313.TR0.TRC0.H0.X4417EA1002G+&_nkw=4417EA1002G+&_sacat=0 если прикинуть сколько там зубьев и максимум оборотов отжима (1000-1200) то получается железо не плохое, ну кто там по считать может? Вот тут http://www.a-qualux.ru/index/trjokhfaznyj_shagovyj_dvigatel_prjamoj_privod/0-56 36 зубов видно, прям мой вариант 
конечно намотаны они убога и магниты феррит, но статор то интересный? и продаются отдельно.  Кто нить их в живую видел? стиралку в лом разбирать  какие там размеры хоть примерно?