Especificaciones del motor sin escobillas para maximizar el par de parada

corriendo
Más tarde tal vez...

Tenga en cuenta que el "par de bloqueo" se usa a menudo para referirse al par de 0 RPM del rotor bloqueado, PERO lo usa en el sentido de "par de caída a una velocidad dada". Eso está completamente bien siempre que tenga en cuenta que algunas referencias significarán lo primero y no lo segundo.

Críticas (amables/constructivas) bienvenidas.
Escrito a toda prisa y sin control. Mejor es posible.

Ver el comentario del escritor "Toper925" aquí

Él señala:

• Realmente no existe una ecuación única que se ajuste a todos los estados de un PMSM, pero esta funciona en general:

  • Te = 1.5p[λiq + (Ld - Lq)idiq]

Dónde:

• p es el número de pares de polos

• λ es la amplitud del flujo inducido por los PM en la fase del estator

• Lq y Ld son las inductancias de los ejes q y d

• R es la resistencia en el devanado del estator

• iq e id son las corrientes de los ejes q y d

Necesitaría leer más sobre lo que dijo para que tenga sentido.

El par de parada es cuando el par no es suficiente para "atraer" la siguiente pieza polar del rotor utilizando el campo magnético disponible.

Entonces, esperaría

• Más pares de polos mejor. Esperaría algo mejor que la ganancia lineal a medida que la distancia se reduce a la mitad con pares duplicados, PERO la fuerza magnética en el peor de los casos cae a medida que la distancia se reduce al cubo (solo un número considerable de diámetros de polos magnéticos de distancia, por lo que no en la mayoría de los motores sensibles), se acerca a caer con la distancia al cuadrado como brecha cae casi al ancho del poste y, en el mejor de los casos, solo puede acercarse a la línea lineal en las proximidades. Entonces, más ples deberían dar menos distancia entre polos, entonces ... (pero los tamaños de los polos han bajado, entonces ...).

• Par = potencia por revolución. Si la potencia cae más rápido que las RPM, su margen está cayendo hasta que llega al punto en que no se activa. De un vistazo rápido, creo que esto es a lo que este hombre se refiere aproximadamente a la mitad del gráfico. Llevando a ...

• Si tiene una curva de potencia, también tiene una curva de par, ya que las dos están relacionadas por las rpm del motor. (Par = kx Potencia / RPM). Si tiene un gráfico de velocidad-potencia para su carga, debería poder superponerlo en la curva de par y ver dónde el par de carga es> par generado. Esto será mejor que el mundo real (probablemente).

• La R más baja debería ayudar, ya que permite la mayor I, pero esto es realmente un efecto secundario para dos motores con la misma potencia a las mismas RPM.

• El flujo inducido debería jugar un papel inmenso. Esperaría que los núcleos magnéticos no saturados (por ejemplo, acero) proporcionen resultados superiores EXCEPTO si puede obtener todos los espacios tan pequeños que el imán mantiene bien el campo. La regla general es que puede obtener aproximadamente 0,5 Tesla en un espacio de aire de 1/2 diámetro de imán utilizando un imán NdFeB de primera clase. ¿Diga N52? N45 no será tan malo.

• Tenga en cuenta que los imanes de NdFeB del proceso de EE. UU. están fundidos pero rectificados y sinterizados posteriormente y son inferiores en flujo máximo posible a las versiones japonesas. Todo esto debería estar cubierto en la especificación de flujo.

• Más vueltas: flujo más alto y, por lo tanto, fuerza de tracción a costa de una fuerza contraelectromotriz más alta que ahogará el voltaje de conducción una vez que la velocidad comience a aumentar. Sin embargo, para evitar altas pérdidas de calor I^2R, es posible que deba usar un cable más grueso (mayor volumen/peso/costo). Básicamente, RPM más bajas significa que las bobinas del estator actuarán más resistivas que inductivas.
• Más pares de polos del rotor: menor distancia para "tirar". Considere un motor paso a paso de tipo híbrido como un caso extremo.
• Mayor diámetro: aproveche el "apalancamiento" mecánico de tener la interacción estator/rotor lejos del eje de rotación. Para un volumen de motor dado, este video menciona que el torque aumenta linealmente con la longitud, pero cuadráticamente con el diámetro. Por lo tanto, para un volumen dado, desearía un motor de "anillo", o al menos un motor de "panqueque".

Consulte "motores de torque" o motores de "accionamiento directo", por ejemplo, de Allied Motion, Kollmorgen, Moog, etc. Utilizan los tres anteriores, lo que da como resultado una curva de velocidad/torque con un torque alto relativamente plano en una región de rpm bajas que cae rápidamente a medida que aumenta la velocidad. Los "motores de cubo" que se usan comúnmente en aplicaciones de bicicletas eléctricas tienen un diseño similar. Desde un motor torque de Allied Motion :

En lo que respecta al voltaje, no afecta la eficiencia a nivel del motor (aunque tal vez al nivel de suministro), suponiendo que el volumen de cobre sea el mismo y que el grosor del cobre sea del "tamaño correcto" para el voltaje/corriente. Para probar esto, compare I^2R (pérdida de calor) y NI (proporcional al flujo del estator) para un (V, I, R) dado a (2V, .5I) aplicado a 2x el número de 1/2 área de sección transversal devanados (lo que da como resultado el mismo volumen de cobre), lo que resultará en 4 veces la resistencia.

PD: siéntase libre de corregirme si corresponde. Todavía estoy aprendiendo sobre estas cosas del motor.

Tratar de adivinar el par de parada a partir de otros parámetros no es una buena idea. Las buenas especificaciones le dirán el par de parada en alguna corriente fija. Hay demasiadas compensaciones en el diseño del motor que no puede inferir razonablemente este parámetro de otros parámetros de un solo punto de operación.

En su pregunta, solicitó un motor con un alto par de parada. Esta propiedad debe ser dada por el fabricante, es decir, es una especificación. Sin embargo, el diámetro y la constante del motor son generalmente proporcionales a las capacidades de par en la misma familia de motores. Además, obtiene más torque con corriente adicional.

Sin embargo, en general, al especificar un motor, desea conocer su punto de funcionamiento, es decir, su velocidad y par. Por lo general, obtiene esto de la curva característica de par-velocidad del motor. El par y la velocidad están linealmente relacionados en un motor eléctrico. En general, esta curva se define por el par de parada y la "velocidad sin carga". El "par de parada" es el par a velocidad cero. La "velocidad sin carga" es la velocidad con par cero que resiste la rotación del motor. Estos deben figurar en la especificación del motor y definen la curva de par-velocidad:

Referencia: http://lancet.mit.edu/motors/motors3.html

El punto de operación está en algún lugar de la curva de par-velocidad. Hay muchas formas de obtener el punto de operación. Sin embargo, como me has dado la energía eléctrica, de ella se puede obtener la eficiencia del motor y la curva par-velocidad. La potencia mecánica es la función cuadrática de la velocidad y la integral de la curva par-velocidad.

Ha especificado la potencia eléctrica de entrada, es decir, 12V*10A = 120W. El motor convierte esta potencia eléctrica en potencia mecánica del eje y parte de la potencia se pierde por calor. Los motores de CC típicos tienen una eficiencia superior al 85 % en este proceso de conversión de energía, por lo que, como una aproximación aproximada, supongamos que obtiene 100 W de potencia mecánica. La eficiencia debe ser dada por el fabricante.

Por lo tanto, hay dos velocidades posibles para cualquier torque. Pero el par o la velocidad se pueden encontrar usando estas ecuaciones.

La potencia en estas ecuaciones es la potencia mecánica, no la potencia eléctrica en.

Todo esto solo se aplica a un estado estable del sistema y no considera la parte transitoria del movimiento del motor.

Parece que necesita mucho par y poca velocidad, por lo tanto, consideraría seriamente un motorreductor. Si reduce la velocidad de salida, cambia la curva de velocidad del par reduciendo la velocidad sin carga y aumentando el par de parada. Esto puede reducir el costo de su sistema en general al reducir en gran medida el tamaño del motor requerido. No es práctico obtener mucho torque de un sistema de transmisión directa. Sabrá que ha elegido mal un motor si no está funcionando cerca de su potencia máxima, es decir, a la mitad de la velocidad sin carga. ¿Por qué comprar un motor realmente grande, caro y potente y luego hacerlo funcionar con una potencia de salida del 1%? ¡¡Esto es una tontería!! En su lugar, por un motor que funcionará cerca de su máxima potencia de salida, pero se reducirá para entregar el mismo par. Sin embargo, no ha especificado cuáles son sus requisitos mecánicos. Deberías empezar por ahí.