Bürstenlose Motorspezifikationen zur Maximierung des Überziehdrehmoments

Ich interessiere mich für einen bürstenlosen Motor mit einem hohen Blockierdrehmoment (nicht viel Drehzahl).

Welche Spezifikationen eines BL-Motors würden einen angemessenen Hinweis auf sein Blockierdrehmoment geben, vorausgesetzt, dass

• Spannung ist fest (12V)
• Strom ist auch fest (sagen wir 10A max)

Ich möchte anhand einer Liste von Motorspezifikationen (im Internet verfügbar) schnell herausfinden, was unter dem Gesichtspunkt des Drehmoments zu erwarten ist.
Zum Beispiel Anzahl der Pole, kv, Gewicht, Durchmesser, Länge ...

Rauschen.
Mehr später vielleicht ...

Beachten Sie, dass "Blockierdrehmoment" häufig verwendet wird, um ein Drehmoment des blockierten Rotors von 0 U / min zu bedeuten, ABER Sie verwenden es im Sinne von "Ausfallmoment bei einer bestimmten Drehzahl". Das ist völlig in Ordnung, solange Sie feststellen, dass einige Referenzen das erstere und nicht das letztere bedeuten.

Kritik (freundlich / konstruktiv) willkommen.
In Eile geschrieben und ungeprüft. Besser ist möglich.

Siehe den Kommentar des Autors "Toper925" hier

Er stellt fest:

• Es gibt wirklich keine einzige Gleichung, die zu allen Zuständen eines PMSM passt, aber diese funktioniert im Allgemeinen:

  • Te = 1,5p [λiq + (Ld - Lq) idiq]

Wo:

• p ist die Anzahl der Polpaare

• λ ist die Amplitude des Flusses, der durch die PMs in der Statorphase induziert wird

• Lq und Ld sind die Induktivitäten der q- und d-Achse

• R ist der Widerstand in der Statorwicklung

• iq und id sind die Ströme der q- und d-Achse

Ich müsste mehr darüber lesen, was er gesagt hat, um einen Sinn zu ergeben.

Das Blockierdrehmoment liegt vor, wenn das Drehmoment nicht ausreicht, um das nächste Rotorpolstück unter Verwendung des verfügbaren Magnetfelds "einzuziehen".

Also, ich würde erwarten

• Mehr Polpaare besser. Ich würde eine bessere Verstärkung als die lineare Verstärkung erwarten, da die Abstandshälften mit doppelten Paaren ABER die Magnetkraft im schlimmsten Fall abnimmt, wenn der Abstand gewürfelt wird (nur eine beträchtliche Anzahl von Magnetpoldurchmessern entfernt, also nicht in den meisten vernünftigen Motoren), näher an den Abfall mit dem Quadrat als Lücke heranreicht fällt auf nahezu Polbreite und kann sich bestenfalls nur in unmittelbarer Nähe linear nähern. SO mehr ples sollten weniger Zwischenpolabstand geben, also ... (aber die Polgrößen sind so gering ...).

• Drehmoment = Leistung pro Umdrehung. Wenn die Leistung schneller als die Drehzahl abfällt, sinkt Ihre Marge, bis Sie den Punkt erreichen, an dem kein Einzug mehr möglich ist . Auf einen kurzen Blick denke ich, dass dies das ist, worauf dieser Mann hier etwa auf halber Höhe unterhalb des Diagramms anspielt . Führend zu ...

• Wenn Sie eine Leistungskurve haben, haben Sie auch eine Drehmomentkurve, da beide durch die Motordrehzahl zusammenhängen. (Drehmoment = kx Leistung / U / min). Wenn Sie ein Geschwindigkeits-Leistungs-Diagramm für Ihre Last haben, sollten Sie in der Lage sein, dieses auf die Drehmomentkurve zu legen und zu sehen, wo das Lastdrehmoment> das erzeugte Drehmoment ist. Dies wird (wahrscheinlich) besser sein als die reale Welt.

• Das niedrigste R sollte helfen, da es das größte I zulässt, aber dies ist wirklich ein sekundärer Effekt für zwei Motoren mit der gleichen Leistung bei der gleichen Drehzahl.

• Der induzierte Fluss sollte eine immense Rolle spielen. Ich würde erwarten, dass nicht gesättigte Magnetkerne (z. B. Stahlkerne) überlegene Ergebnisse liefern, AUSSER wenn Sie alle Lücken so klein machen können, dass das Feld vom Magneten gut aufrechterhalten wird. Als Faustregel gilt, dass Sie mit einem NdFeB-Magneten der Spitzenklasse bei einem Luftspalt von 1/2 Magnetdurchmesser etwa 0,5 Tesla erhalten können. Sag N52? N45 wird nicht schlecht sein.

• Beachten Sie, dass die NdFeB-Magnete des US-Prozesses gegossen, aber anschließend geschliffen und gesintert werden und hinsichtlich des maximal möglichen Flusses den japanischen Versionen unterlegen sind. Dies sollte alles in der Flussmittelspezifikation abgedeckt sein.

• Mehr Windungen: höherer Fluss und damit Zugfestigkeit auf Kosten einer höheren Gegen-EMK, die die Antriebsspannung übertönt, sobald die Geschwindigkeit zu steigen beginnt. Um jedoch hohe I ^ 2R-Wärmeverluste zu vermeiden, müssen Sie möglicherweise dickeren Draht verwenden (höheres Volumen / Gewicht / Kosten). Grundsätzlich bedeutet eine niedrigere Drehzahl, dass die Statorspulen eher resistiv als induktiv wirken.
• Mehr Rotorpolpaare: Näherer Abstand zum "Einziehen". Betrachten Sie einen Hybrid-Schrittmotor als Extremfall.
• Größerer Durchmesser: Nutzen Sie die mechanische "Hebelwirkung", bei der die Stator / Rotor-Wechselwirkung weit von der Rotationsachse entfernt auftritt. In diesem Video wird für ein bestimmtes Motorvolumen erwähnt, dass das Drehmoment linear mit der Länge, aber quadratisch mit dem Durchmesser ansteigt. Daher möchten Sie für ein bestimmtes Volumen einen "Ring" -Motor oder zumindest einen "Pancake" -Motor.

Siehe "Drehmomentmotoren" oder "Direktantriebsmotoren", z. B. von Allied Motion, Kollmorgen, Moog usw. Sie verwenden alle drei oben genannten, was zu einer Drehzahl- / Drehmomentkurve mit relativ flachem, hohem Drehmoment in einem Bereich niedriger Drehzahl führt fällt mit zunehmender Geschwindigkeit schnell ab. "Nabenmotoren", die üblicherweise in E-Bike-Anwendungen verwendet werden, sind ähnlich aufgebaut. Von einem Allied Motion Drehmomentmotor :

Was die Spannung betrifft, hat dies keinen Einfluss auf den Wirkungsgrad auf Motorebene (wenn auch möglicherweise auf Versorgungsebene), vorausgesetzt, das Kupfervolumen ist gleich und die Kupferdicke ist für die Spannung / den Strom "richtig dimensioniert". Um dies zu beweisen, vergleichen Sie I ^ 2R (Wärmeverlust) und NI (proportional zum Statorfluss) für ein gegebenes (V, I, R) mit (2V, .5I), das auf das Zweifache der Anzahl von 1/2 Querschnittsfläche angewendet wird Wicklungen (die zu demselben Kupfervolumen führen), was zu einem 4-fachen Widerstand führt.

PS - Fühlen Sie sich frei, mich zu korrigieren, falls zutreffend. Ich lerne immer noch über dieses motorische Zeug.

Es ist keine gute Idee, das Drehmoment anhand anderer Parameter zu erraten. Gute Spezifikationen geben Aufschluss über das Blockierdrehmoment bei einem festen Strom. Es gibt zu viele Kompromisse bei der Motorkonstruktion, als dass Sie diesen Parameter vernünftigerweise nicht aus anderen Einzelbetriebspunktparametern ableiten können.

In Ihrer Frage haben Sie nach einem Motor mit einem hohen Blockierdrehmoment gefragt. Diese Eigenschaft sollte vom Hersteller angegeben werden, dh es handelt sich um eine Spezifikation. Der Durchmesser und die Motorkonstante sind jedoch im Allgemeinen proportional zu den Drehmomentfähigkeiten in derselben Motorfamilie. Zusätzlich erhalten Sie mehr Drehmoment mit zusätzlichem Strom.

Im Allgemeinen möchten Sie jedoch bei der Angabe eines Motors dessen Betriebspunkt, dh Drehzahl und Drehmoment, kennen. Dies ergibt sich in der Regel aus der charakteristischen Drehmoment-Drehzahl-Kurve des Motors. Drehmoment und Drehzahl sind in einem Elektromotor linear miteinander verbunden. Im Allgemeinen wird diese Kurve durch das Blockierdrehmoment und die "Leerlaufdrehzahl" definiert. Das "Blockierdrehmoment" ist das Drehmoment bei Drehzahl Null. Die "Leerlaufdrehzahl" ist die Drehzahl ohne Drehmoment, die der Motordrehung widersteht. Diese sollten in der Motorspezifikation angegeben werden und definieren die Drehmoment-Drehzahl-Kurve:

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

Der Arbeitspunkt liegt irgendwo auf der Drehmoment-Drehzahl-Kurve. Es gibt viele Möglichkeiten, den Betriebspunkt zu erhalten. Da Sie mir jedoch die elektrische Leistung gegeben haben, können Sie sie daraus, den Wirkungsgrad des Motors und die Drehmoment-Drehzahl-Kurve ermitteln. Die mechanische Leistung ist eine quadratische Funktion der Drehzahl und des Integrals der Drehmoment-Drehzahl-Kurve.

Sie haben die elektrische Eingangsleistung angegeben, dh 12 V * 10 A = 120 W. Der Motor wandelt diese elektrische Leistung in mechanische Wellenleistung um, wobei ein Teil der Leistung durch Wärme verloren geht. Typische Gleichstrommotoren sind bei diesem Energieumwandlungsprozess zu mehr als 85% effizient. Nehmen wir also grob an, Sie erhalten 100 W mechanische Leistung. Die Effizienz sollte vom Hersteller angegeben werden.

Somit gibt es zwei mögliche Drehzahlen für ein Drehmoment. Das Drehmoment oder die Drehzahl kann jedoch unter Verwendung dieser Gleichungen ermittelt werden.

Die Leistung dieser Gleichungen ist die mechanische Leistung, nicht die elektrische Leistung in.

All dies gilt nur für einen stationären Zustand des Systems und berücksichtigt nicht den vorübergehenden Teil der Motorbewegung.

Sie scheinen viel Drehmoment und nicht viel Geschwindigkeit zu benötigen, daher würde ich ernsthaft einen Getriebemotor in Betracht ziehen. Wenn Sie die Ausgangsdrehzahl verringern, verschieben Sie die Drehmomentdrehzahlkurve, indem Sie die Leerlaufdrehzahl verringern und das Blockierdrehmoment erhöhen. Dies kann die Kosten Ihres Gesamtsystems senken, indem die erforderliche Motorgröße erheblich reduziert wird. Es ist nicht praktisch, viel Drehmoment von einem Direktantriebssystem zu erhalten. Sie wissen, dass Sie einen Motor schlecht gewählt haben, wenn er nicht in der Nähe seiner Spitzenleistung läuft, dh bei der halben Leerlaufdrehzahl. Warum einen wirklich großen, teuren, leistungsstarken Motor kaufen und ihn dann mit 1% Leistung betreiben? Das ist dumm!! Stattdessen durch einen Motor, der nahe seiner maximalen Leistung läuft, aber heruntergeschaltet ist, um das gleiche Drehmoment zu liefern. Sie haben jedoch nicht angegeben, welche mechanischen Anforderungen Sie haben. Du solltest dort anfangen.