Göra din egen miniatyr Electric Hub Motor (7 / 14 steg)

Steg 7: Magnet Layout och 2D Design

Nu bör du ha stator dimensioner finns tillgängliga för dig. Målet med magnet rotor layout är att storlek 14 magnet polackerna att passa runt statorn tills du har tillräckligt med information att spec ut eller köpa magneter.

Processen är begränsad bidirectionally. Den minsta diametern i din krets av magneter måste vara större än statorn. Men kan du finna dig dessutom begränsad om du redan har plockat ett hjul. Då, den största inre diametern kan du använda på din hjul & däck blir andra mekaniska villkoret: din magnet cirkelns ytterdiameter plus en viss tjocklek kan begränsas av hjulet.

Använda online-verktyg

Det brukade vara att du var tvungen att piska en miniräknare och en penna och hash ut några allvarliga trigonometri att lägga ut magneterna, eller använda ett 2D datorstödd designprogram... eller, om du har tillgång till verkstad bara att motorn kan större tills det passar. Nedan är en bild av min första layout för Razer's motor i Autodesk Inventor skiss miljö.

Rotor designverktyg har nu dykt upp på Intergoogles. Det mest framträdande av dessa är GoBrushless rotor kalkylator, som bekvämt paket alla layouten till en form. Heck, det ens drar vad din rotor kommer att se ut. Låt oss gå igenom vilka villkoren på sidan medelvärdet. Alla mått är millimeter:

Stator Diameter: Största yttre diameter din statorn.

Rotordiameter: Minsta inre diametern på din rotor

Magnet bredd: förutsatt att torget magneter, hur bred din magnet är.

Magnet tjocklek: hur tjock är din magnet. En magnet som du skulle välja för din motor kommer nästan alltid att magnetiseras genom dess tjocklek.

Magnet polacker: hur många magneter det är totalt. Det kommer att vara en multipel av 14.

Luftspalten (Uppdaterad 28 mars 2012 för att omfatta air gap faktor för magneterna)

En sak jag kvar av listan ovan är luftspalt, eftersom ämnet förtjänar en egen diskussion.

Tätheten hos din luftspalt avgör hur mycket av det magnetiskt sätter in är kopplad till din statorn. E & M termen är koppling. En snävare Luftgap ger bättre koppling mellan magnet och stator. Du vet varför den B betyget på magneten kallas remnance? För det är hur mycket område ligger kvar på sin yta om magneten är i fria, med inga magnetiska material att omge sig.

En motor är en magnetisk krets, och det finns en hel uppsättning lagar som styr dem. För praktiska ändamål, det handlar om att ju mer kopplingen kan du försäkra dig i din magnetisk krets, den starkare fältet i din Luftgap. "Gap faktor" ekvationen är:

B a = B0 * (t / (t + g))

där t är tjockleken på magneten, g är Luftgap radiella tjocklek och Ba är flödestäthet på ytan av din statorn. Detta är flödet som faktiskt kommer att generera vridmoment, så egentligen är det värdet som ska användas i NIBLR ekvation! B0 är det ytbehandla remnance betyget av din magneter - för hög N kvaliteter som N48 och N50, detta kan vara så hög som 1.3 och 1.4. Men om din Luftgap är lös eller tjockleken på magneten är liten jämfört med gapet, då kommer du förlora en betydande del av det innan stator radien.

Till exempel, om du har typ N42, 3mm magneter men en 1mm Luftgap, är multiplikatorn 0,75! Det betyder B värdet du trodde var nära 1 (eftersom N42 magneter har ungefär 1 Tesla av remnance) är mer som 0,75. Detta kan verkligen kasta din motor design och göra det klockfrekvenser hög (således mindre vridmoment) än du väntat.

Nu kan du se varför du inte kan bara få fram den första vridmoment ekvationen utanför intro sidan och göras. Uppdaterade vridmoment ekvationen är:

T = 4 * m * N * B0 * (t / t + g) * L * R.

Så, ju hårdare Luftgap desto bättre - till en gräns, som med allt. Om du kör tiondels millimeter airgaps, hade du bättre vara väl insatt i bearbetning eller har en dator styrd maskin göra det åt dig. Vingla i din kan från bearbetning toleranser och oegentligheter kan kasta bort din Luftgap åtgärd och kan orsaka din magneter att kollidera med din stator!

Jag försöker skjuta för ett Luftgap av 0,5 mm eller däromkring. 0,4, 0,6, oavsett. Breda Luftgap, mer "fiol space" Jag har om något visar sig att inte montera korrekt.

Magnet fyllning procentandel

Detta beskriver del av rotorn omkrets på insidan av den magnet ring som upptas av magneterna. Antalet bör vara någonstans mellan 75 och 95%, allmänt. Fyrkantiga magneter kan aldrig uppnå 100% fyllning om du inte är riktigt lycklig. Nummer under 75% kommer att skada vridmoment och effektivitet eftersom B-fältet i Luftgap blir oregelbunden.

Märkligt nog, har mycket hög fyllning procentsatserna faktiskt en något negativ effekt mot motor prestanda, eftersom magneterna blivit så nära varandra de "läcka" till varandra. Effekten märks minimalt för låg hastighet nav motorer, emellertid.

Medan fyllningen inte är beräknad på grundval GoBrushless rotor designer, kan du enkelt beräkna det av

Fylla = (14 * k * Magnet bredd) / (pi * Rotor Diameter) med konsekventa enheter, som millimeter.

Metamagnets

Vad är det k jag fast i ekvationen det? En annan random konstant att hålla reda på? ÅÅÅÅHHH

Inte riktigt. Låt oss säga att du inte kan få god fyllning och en acceptabel Luftgap nummer med hjälp av ett stycke kvadrat magneter, och du kan inte ändra Rotordiameter.

Det är tillåtet för att använda två mindre magneter sida-vid-sida för att emulera en enda stor magnet. Detta har också fördelen med bättre överensstämmelse med runda väggarna i rotorn. Mindre magneter är en bättre tillnärmning till spelet kvadratur. Den mindre din Luftgap avviker från medelvärdet, den mindre vridmoment rippel din motor kommer att ställa ut.

Därav min hänvisning till multipler av 14 tidigare. GoBrushless' rotorn designer kommer utrymme alla magneterna jämnt, men så länge de passar jämnt, det finns ingen anledning du inte kan gruppera dem i större metamagnets, som kan ses i figur 3 nedan.

I extrema fall av RazEr använde jag fyra mini magneter för att göra en magnet pol. Två sida vid sida, och två rader djup. Fyllnadsgrad var otroligt nära 100%!

Detta leder mig till...

Magnet längd

Fram till denna punkt, din design har varit uteslutande 2D. När du får magneter rätt profil, måste du se till att de finns tillgängliga i rätt längd.

Magnet längd kan vara förvanskade lite. Optimalt, är magnet längd lika med statorn längden (L). Det är eftersom stålet i statorn är vad fokuserar magnetfältet skapas av motorlindningarna till magneterna. Kortare magneter kommer att resultera i suboptimalt prestanda - försök att undvika detta, eftersom del av fältet stator i huvudsak kommer att skjuta i tomma rymden.

Det är inte heller lämpligt att spec ut magneter som är för mycket längre än statorn. Detta orsakar interaktion med slutet vänder din lindningar, som inte är önskvärt. En liten mängd längre, till exempel den nästa millimetern eller två upp för att uppnå en lager magnet storlek, är fullt acceptabelt.

Razers motor hade jag en 35mm brett stator, men inga 35mm magneter. Jag specad således ut för twin 20mm magnet stackar, som magnet bredd 40mm. Jag bestämde mig att leva med den "stickout", så att säga.

Rotor tjocklek

En av de begränsningar som du kommer att möta är OD av rotoren. I den bästa möjliga situationen, ID bestäms av magneterna och du har fritt spelrum över utsidan. Men om du redan har din blivande hjul och däck plockat ut, kan du möta gränser här.

Detta är problematiskt eftersom du inte kan göra rotorn kan för tunn i väggarna. Inte bara lider strukturella styrka, men det magnetiska fältet i din permanenta magneter inte kommer att finnas ordentligt. Om det läcker, kommer då Luftgap fältstyrkan B lider, eftersom vad går ur motorn inte kommer tillbaka i, så att säga.

Tumregeln är att göra kan mer än hälften magnet tjocklek. Gå under detta kommer orsaka snabb flux inneslutning. Det gör inte ont för att gå över - i själva verket, om din rotor är mycket tjock, det kan faktiskt vara del av den motoriska strukturen. De flesta kommersiella nav motorer för cyklar och stora (väg-rättsliga) skotrar och mopeder är gjorda på detta sätt. Den enda potentiella nackdelen med en massiv rotor är vikt.