אני לא מתכוון לומר שלהיצור מנוע מאפס זה “קל”, אבל…אם תחליט שאתה פשוט צריך לבנות אחד, אז הציר של לבובסקי הוא כנראה ה”קל” ביותר להכנה, ואני למדתי את אלה דברים לזמן מה. רוב המנועים הם “שטף רדיאלי” שהוא כמו כוס שמסתובבת בתוך כוס אחרת שהיא מעט גדולה יותר. עם זאת, ישנם כמה מנועי שטף צירי זמינים לקנייה, והצירים מוגדרים כמו לוח אחד מסתובב ליד לוח אחר (כפי שניתן לראות בתמונות כאן).
אם זה מעניין אותך, אני ממליץ לך קודם כל לרפרף במהירות בין התמונות המאמר שלנו “מוטוריקה, למד את התנאים”. שאלות נפוצות רבות שעשויות להיות לך לגבי מנועים יענו במאמר זה, אז אני כותב את זה כאילו כבר קראת את זה.
אני מאמין שהרדיאלים הפנימיים יותר פופולריים עבור יישומים שאינם מנוע רכזת מכיוון שקל יותר לקרר אותם באופן פסיבי עם הסטטור עם סנפירי האלומיניום החיצוניים המחוברים אליו. מנועי רכזת Outrunner יכולים להוסיף נוזל ברזל כדי להגביר באופן דרמטי את הקירור הפסיבי. אם אתה יכול להגביר את פליטת החום בעיצוב מנוע, זה אומר שאתה יכול להשתמש באופן זמני במגברים מאסיביים להאצה. לזמן קצר, אופנועי אפס השתמשו במוקדם עיצוב שטף צירי של Motenergy בעל רוטור בודד במרכז ושני סטטורים עם אחד בכל צד. הוספת מאווררי אוויר או קירור נוזלים יכולה לעזור, אבל העובדה שהסלילים החמים ליד זרימת האוויר מסביב לרכב סייעו להפלת החום הפסיבית.
החיסרון של שטף צירי הוא שכדי להפוך את המנוע לחזק יותר, אתה יכול להמשיך להוסיף סטטורים ורוטורים באותו קוטר (מה שהופך את המנוע לרחב יותר), אבל…לסטטורים המקוננים במרכז המנוע יש תקופה קשה להשיל חום באופן פסיבי. ברגע שמהנדס מוסיף קירור נוזל למשוואה כדי להוציא חום מהליבה, המורכבות, המשקל והעלות הנוספים יכולים להפוך עיצובים אחרים לנחשקים יותר.
העניין שלי במנועי עשה זאת בעצמך שאינם מנועים רכז הוא בגלל החשש שלי שבעתיד, עשוי להיות אמברגו סחר שישפיע על מוצרים מסין. למען ההגינות, עדיין תצטרך לקנות מגנטים ניאודימיום וגם את חוט המגנט עם האמייל כדי לבנות את זה, וסביר להניח ששניהם יימצאו כמיוצרים בסין.
__________________________________________________________
מי זה לעזאזל לבובסקי?
אם אתה חושב שתכנון מנוע חשמלי כך שניתן יהיה לבנות אותו במוסך עשה זאת בעצמך הוא מרשים, הוא תכנן זאת רק כדי לעזור לו לעצב בקר FOC בגל סינוס עשה זאת בעצמך “Field Oriented Control”! (קישור למטה). השם “לבובסקי” הוא אווטאר של משתמש בפורום הצ’אט לאופניים חשמליים, endless-sphere.com, ואני אסיר תודה שהוא פרסם את התמונות של המבנה הזה שם (לחץ כאן לקישור למדור המוטורי שלהם), והקישורים לדיון שלו על מבנה מנוע זה נמצאים גם בתחתית מאמר זה.
לבובסקי גר בציריך, שוויץ, והנה סרטון קצר שמראה את בקר ה-DIY והמנוע שלו פועלים. ערוץ היוטיוב שלו הוא “81FXB”
התצורה כמנוע תלת פאזי “זרם מגנט קבוע” / PMDC עם פריסת שטף צירי. אב הטיפוס הראשון שלו היה גרסת 250W רוטור יחיד/סטטור בודד להוכחת הרעיון. לחץ כאן כדי לראות את זה. אב הטיפוס הצליח לספק פסגות זמניות של 1000W ללא התחממות יתר.
גרסת ה-2300W המוצגת במאמר זה (60V x 38A = 2300 וואט) כוללת שלושה סטטורים וארבעה רוטורים מגנטים, כאשר שניים מהרוטורים דו-צדדיים.
__________________________________________________________
ה-Axle-Hub ומגנט-רוטורים
עבור ציר, הוא בחר ברכזת ציר אופניים אחורית חזקה שמשתמשת ב”קלטת רכזת חופשית”, במקום גלגל חופשי מושחל. בנאי יכול להמשיך להוסיף רוטורים וסטטורים כדי להפוך את המנוע הזה לרחב עוד יותר כדי לספק יותר פוטנציאל כוח, אבל… זה ידרוש ציר מותאם אישית.
לוחות האלומיניום המוצגים הם המתאמים המחברים את חורי החישורים החופשיים למסגרות הרוטור.
כאשר למגנט קבוע יש פלדה כלשהי מאחוריו, זה מושך פנימה את השטף בצד זה על ידי מתן מסלול חדיר מגנטית, וזה גורם לשדה המגנטי בצד השני של המגנט להתחזק ולהזדקף החוצה החוצה. מכיוון שמגנטים יקרים וגב פלדה זול, רוב מנועי ה-PMDC שמים “גב ברזל” מאחורי המגנטים שלהם. פלדה היא בערך 99.7% ברזל, בתוספת מעט פחמן.
מתוך ארבעת הרוטורים בעיצוב זה, לשני הרוטורים החיצוניים יש רק מגנטים בצד אחד (כמובן פונים אל הסטטורים), ולשני הסטטורים הסמוכים למרכז המנוע יש מגנטים משני הצדדים, כאשר יריעת הפלדה ביניהם. המסגרות המחזיקות במגנט הן אלומיניום נפוץ.
כשמסתכלים מהצד של המנוע, לרוטורים #one ו-#4 יש מגנטים רק בצד אחד. לרוטורים #2 ו-#3 יש מגנטים משני הצדדים, כאשר ה”ברזל האחורי” סחוב במרכז.
ניתן להפוך את הרוטורים לקלים יותר על ידי קידוח חורים רבים במסגרת שלהם, אבל מסת האלומיניום כאן מספקת מסה כגוף קירור כדי לעזור למגנטים להימנע מהתחממות יתר במהלך קוצי החום של התאוצה, כאשר האמפר הוא הגבוה ביותר. כמה דרגות נפוצות של מגנטים ניאודימיום יכולים להתחיל לאבד לצמיתות חלק מהמגנטיות שלהם אם הם מגיעים לטמפרטורה של 178F / 80C.
אם מנוע קריר בכל התנאים, אז הוא “יכול להיות” גדול יותר, כבד יותר ויקר מהנדרש. אם הוא מתחמם מדי, דברים רבים עלולים להינזק, כמו… חיישני אולם, אטמי מיסבים, בידוד תיל ושטף מגנט. רבים מהם עלולים להינזק כשאתם מתקרבים ל-200F / 93C, ואני חושב ש…140F / 60C הוא יעד שימושי לתכנון מערכת.
מגנטים של Samarium-Cobalt הומצאו כדי לשרוד בטמפרטורות גבוהות מאוד, אבל… הם יקרים.
בדיקת התאמת הרוטור הראשון. פני המגנט מסומנים באדום ובכחול כדי לציין את הקטבים המגנטיים הצפוניים והדרומיים, שיש לסירוגין. אתה יכול לראות כאן, היכן יורכבו ארבעת הרוטורים לחלק המסתובב של המנוע. ישנם עשרה מגנטים לכל פני הרוטור.
__________________________________________________________
הסטטורים
כפי שציינו ב המאמר שלנו על ההיסטוריה של מונחי חשמל (לחץ כאן כדי לקרוא את זה)האלקטרומגנט המודרני התגלה על ידי וויליאם סטרג’ון, וזו ההמצאה המרכזית שאיפשרה מנועים מעשיים, שכן ניתן להפעיל ולכבות אלקטרומגנט.
ברוטורים המוצגים לעיל, המגנטים הם “מגנטים קבועים”. עם זאת, בסטטורים, אנו רואים את סלילי חוטי הנחושת ששדה אלקטרו-מגנטי יכול להפעיל ולכבות על ידי בקר לפי הצורך ברגע המדויק שבו השטף שלו יגרום לרוטור להסתובב, ולבצע עבודה.
לבובסקי בחר בסלילים מעגליים מכיוון שקל מאוד ללפף אותם בצורה נוחה כדי לקבל “מילוי נחושת” טוב בנפח הסליל הזמין. המתקן שלמעלה יוצר בקלות כדי לגלגל אותם בין דיסקיות העץ. בין אם אתה מייצר מחולל רוח עשה זאת בעצמך או מנוע PMDC, הסלילים האלקטרו-מגנטיים צריכים להיות באותו גודל וצורה כמו המגנטים הקבועים. ראיתי מנועי עשה זאת בעצמך וגנרטורים עם סלילים/מגנטים מלבנייםוגם “בצורת טריז” לצפיפות הספק מירבית. לחץ כאן כדי לראות דוגמה.
בתמונה למעלה, הסליל היה מלופף בתוך שני דיסקים של סרט פלסטיק, כך שכאשר הסלילים מועברים באפוקסי לתוך הסטטור, העץ לא יידבק (זה יהיה הגיוני תוך דקה בלבד).
התמונה למעלה היא יריעת האקריליק המשמשת כמסגרת לאחד הסטטורים. למכלולי הרוטור המסתובבים חלקיהם מורכבים על הציר במרכז, וכל מכלולי הסטטור מחוברים בפינות החיצוניות.
ראיתי מנועים חד-פאזיים, שמזמזמים קצת עם כל הסלילים מופעלים ומבוטלים באותו רגע. ראיתי גם מנועים 5-פאזיים שעליהם ניתן להתווכח חלקים וקצת יותר יעילים, אבל…הם גם מורכבים יותר, והם דורשים בקר 5-פאזי שאינו נפוץ כלל.
שילוב הסלילים לשלוש קבוצות מפוזרות באופן שווה הוא התצורה הפשוטה ביותר שנחשבת באופן נרחב לחלקה ושקטה למדי. בנוסף, אם אתה מייצר מנוע תלת פאזי, אתה יכול להשתמש בבקרים נפוצים ובמחיר סביר ו”חיישני מיקום הרוטור”. בעיצוב זה, לבובסקי משתמש בתשעה סלילים בקבוצות של שלושה. שלושת הסלילים המוצגים להלן יחוברו יחד כדי להיות מופעלים ונטרלים בו זמנית.
להלן שלושה מהסלילים המועברים באפוקסי למסגרת סטטור. חוט הנחושת נראה כמו החוט החשוף הנפוץ שלו, אבל “חוט מגנט” מצופה באפוקסי שקוף גמיש דק כדי לבודד עטיפה אחת מהעטיפה הבאה. מכיוון שהמגנטים הקבועים יעברו על מסגרת הסטטור, הוא חייב להיות עשוי מחומר שלא יסבול מ”זרמי מערבולת” שיגרמו לגרירה ולפסולת חום.
לבובסקי בחרה ביריעות אקריליות, וראיתי גם בשימוש בפולי-קרבונט. שניהם די עמידים בחום.
ברגע שכל סליל מוכנס למקומו, ה”כיס” שלו מלא באפוקסי קשיח שקוף. אם לא תעשה זאת, רטט בסליל יגרום לציפוי הבידוד של החוט להתחכך, והסליל יקצר כאשר הזרם יעבור את הדרך הקצרה, במקום לזרום בכל סיבוב בסליל. הסלילים בעיצוב זה הם “חסרי ליבה” כלומר אין להם ברזל/פלדה במרכזים. להוספת ליבות ברזל יש יתרונות, אך גם חסרונות. לבובסקי בחר ללא ליבות ממגוון סיבות.
ייעודי הסליל AaABbBCcC הגיוניים רק לאופן שבו הסלילים מחווטים, אשר מפורט במאמר הבנייה. כמו כן, ניתן לגלגל את הסלילים בכיוון השעון או נגד כיוון השעון, והפרטים הללו חיוניים כדי לקבל אותם נכונים.
עשרה מגנטים לכל פני רוטור, ותשעה סלילים לכל סטטור. גרסת ה-250W השתמשה ב-14 מגנטים, 12 סלילים (נראה בתמונת הכותרת)
שימו לב שלרוטור התחתון יש שכבת מגנט אחת, וזו שמעל הסטטור היא דו-צדדית. עיצוב זה משתמש בעיצוב “סטטור יחיד/רוטור כפול”, ועורם שלושה מהם כדי להגדיל את פוטנציאל ההספק.
לרוטורים החיצוניים בקצה הימני והשמאלי יש רק שכבה אחת של מגנטים (עם לוחות גיבוי מפלדה), ו…
קישור לכתבת המקור – 2023-05-28 18:49:00
