Kreativ lösning till motorbygge

Berätta om dina pågående projekt.
4ware
Inlägg: 6
Blev medlem: 4 maj 2021, 15:29:37

Kreativ lösning till motorbygge

Inlägg av 4ware »

Hej!
Jag ska bygga en borstad dc motor till mitt gymnasiearbete. Jag har kört fast lite och jag har ingen i min närhet att fråga, så jag tänkte att jag kunde testa att ställa frågan här. Jag är jättetacksam för svar. Här är en bild som visar grundtanken:
Bild

Jag har inte börjat bygga motorn ännu då jag behöver hjälp med delar av konstruktionen, men jag har köpt en ferromagnetisk kärna från ELFA som jag tror borde fungera som kärna till elektromagneten i rotorn. Det är egentligen en del av en transformatorkärna vilket får mig att tro att detta borde fungera. Kärnans dimensioner är 30x28x90mm (jag hade föredragit att den var cylindrisk men jag hittade ingen sådan). Den väger 370 gram. Här är en bild på kärnan:

Bild


Jag har även köpt emaljerad koppartråd som är 0,22 mm i diameter och ca. 400 m lång, och 10 st. neodymmagneter av grad N52 (60x10x3mmx10) som permanentmagneter, och planerar att köpa de andra smågrejerna som jag inte redan har till hands på plats där jag bor. Jag har tillgång till verkstad.

Motorn ska vara väldigt simpel och själva rotorn ska inte vara omsluten av någon stator (kommer bygga rotorn på en bänk) och jag kommer att använda mig av permanenta magneter utanför själva rotorn. Tanken är att jag ska jämföra vridmomentet som genereras på rotorn när den ferromagnetiska kärnan befinner sig i rotorn, med vridmomentet som genereras när en lika stor icke-ferromagnetisk kärna (till exempel av trä) befinner sig i rotorn. Vridmomentet när den ferromagnetiska kärnan befinner sig i rotorn borde vara större eftersom denna kärnans permeabilitet är större än permeabiliteten hos till exempel trä. Jag planerar att mäta vridmomenten med hjälp av en fiskevåg som jag fäster i rotationsaxeln. När jag väl fått ett värde på respektive vridmoment borde jag kunna räkna ut permeabiliteten av den ferromagnetiska kärnan, vilket är ett av mina mål med arbetet.

Permeabiliteten är inte konstant i ferromagnetiska material när det externa magnetfältet ändras (vilket magnetfältet borde göra i mitt fall då strömmen genom spolen kommer att byta riktning varje halv-cykel), men att bara veta permeabiliteten vid maximal belastning (när en större last är fäst vid motorn än vad motorn klarar av) räcker nog för detta arbete. Jag har tänkt att jag kan använda mig av ett 9V batteri.

Nu kommer jag till min fråga. Det bästa sättet att få en exakt jämförelse mellan de två vridmomenten (med så få felkällor som möjligt) tror jag hade varit att bygga en enda rotor (istället för två separata motorer), och linda/konstruera spolen runt den första kärnan på ett sätt som gör det möjligt att byta ut kärnan mot den andra kärnan. Det kräver att spolen inte fästs permanent på den första kärnan, men spolen får inte heller sitta så löst så att den trillar av eller deformeras när rotorn roterar. Jag fick detta förslag från en ingenjör i elektroteknik, men jag kan inte nå honom längre.

Jag kan också bygga två olika motorer om jag inte kommer på hur jag ska lösa problemet. Det gör jämförelsen lite mer osäker eftersom jag då inte använder samma spole, kommutator och borstar, så det bästa hade ändå varit om jag kunde komma på någon smart lösning.

Tanken är att rotationsaxeln ska sitta på tvären av kärnan (alltså tvärs över kortsidan). Antingen skär jag kärnan på tvären i två bitar och placerar varje bit på en lite större och mer robust axel. Jag vet dock inte hur jag skulle fästa bitarna då de som sagt ska gå att ta bort för att bytas ut. Det andra alternativet är som jag ser det att jag borrar jag ett hål på tvären (där det lilla hålet är) och för in en smal stålcylinder, så att det blir min rotationsaxel.

En idé som jag hade är att sätta spolen på en dubbelhäftande tejp som ena sidan fästs runt kärnan och på andra sidan fästs i spolen, men det blir nog svårt om inte omöjligt att sen få bort tejpen från kärnan när jag vill byta ut den. Speciellt om spolen är hårt lindad runt kärnan.

Hör gärna av er om ni kommer på någon kreativ lösning eller om ni tycker det verkar för svårt och varför.
Användarvisningsbild
AndLi
Inlägg: 11545
Blev medlem: 11 februari 2004, 18:17:59
Ort: Knivsta
Kontakt:

Re: Kreativ lösning till motorbygge

Inlägg av AndLi »

Hur tänker du mätningen med fiskevågen ska gå till på rotationsaxeln? Det kommer bli vid stillastående axel antar jag? Kommer det bli så mycket motor eller bara en test att kärnmaterial spelar roll?

3D printa en cylinder/regtangel som du lindar spolen runt som du sen kan föra in div material för test?
Användarvisningsbild
säter
Inlägg: 23490
Blev medlem: 22 februari 2009, 21:16:35
Ort: Säter

Re: Kreativ lösning till motorbygge

Inlägg av säter »

Varför inte utgå i från en begagnad rotor?
4ware
Inlägg: 6
Blev medlem: 4 maj 2021, 15:29:37

Re: Kreativ lösning till motorbygge

Inlägg av 4ware »

3d-printing var en bra idé. Tack.

Huvudfokus ligger på kärnmaterialet och inte på hur mycket arbete motorn kan utföra. Tänkte också göra en ”speed-torque” kurva då jag också tänker mäta max rpm med en takometer. Sambandet mellan rpm och motorns vridmoment ska i allmänhet vara linjärt i en borstad dc motor.

Jag vet inte hur mätningen ska gå till vid axeln med en fiskevåg. Innan har jag tänkt att man kan fästa ena änden av ett starkt snöre i axeln och den andra änden i en vikt, och ställa vikten på en våg. Då kan man bara mäta vridmomentet vid maximal belastning eftersom vikten kommer lyftas från vågen annars. Men det kanske är bättre.
4ware
Inlägg: 6
Blev medlem: 4 maj 2021, 15:29:37

Re: Kreativ lösning till motorbygge

Inlägg av 4ware »

Anledningen till att jag köpte en kärna på nätet var att jag ville veta vilket material kärnan är gjord av, och jag tror inte man kan kolla upp sånt genom en gammal motors artikelnummer? Jag vet att det finns kurvor för detta materialet (materialet heter N87) som beskriver hur permeabiliteten förändras, vilket hade varit intressant att jämföra mitt resultat med. Jag förstår mig inte på dem ännu dock.
Användarvisningsbild
Hesabon
Inlägg: 223
Blev medlem: 6 oktober 2010, 21:30:26
Ort: Finland

Re: Kreativ lösning till motorbygge

Inlägg av Hesabon »

Att 3D-printa en spolhållare låter vettigt. Du kan eventuellt göra kommutatorns stomme i samma stycke, och på den klistra fast < rörhalvor eller vad du nu tänkte göra kommutatorn av.
Kärnan du har är en rejäl klump, så du vore kanske bra att det gick att finjustera den inne i spolhållaren för att få den i balans. Är den i obalans kommer vridmomentet att ändra beroende på vridningsvinkeln.
Kanske 3D-printade kilar, eller något liknande?
Användarvisningsbild
prototypen
Inlägg: 10887
Blev medlem: 6 augusti 2006, 13:25:04
Ort: umeå

Re: Kreativ lösning till motorbygge

Inlägg av prototypen »

Det här måste vi bena ut, VAD är det du vill visa?
Är det att bygga en motor eller visa vad olika kärnmaterial har för påverkan på magnetfältet?

Ditt ferromagnetiska block har inget hål, hur har du tänkt det med en axel genom? Ferritmaterial kanske går att borra men jag är tveksam.
9 volt batteri kommer att tappa kraften och ge felaktiga resultat, gå på ett stabiliserat nätaggregat.

En 2 polig rotor är ju lite knepig finns döda lägen där den inte vill starta och kommutatorn gör kortslutning 2 ggr per varv.

Om det är en motor du vill visa så plockade vi ihop en byggsats med pressade plåtbitar på högstadiet och alla funkade med en startknuff.
Är det kärnmaterialets betydelse så gör något som liknar en solenoid och mät kraften med fiskvågen.

Jag håller dagligen på med elektromagneter och kommer att följa dina resultat.

Protte
Användarvisningsbild
AndLi
Inlägg: 11545
Blev medlem: 11 februari 2004, 18:17:59
Ort: Knivsta
Kontakt:

Re: Kreativ lösning till motorbygge

Inlägg av AndLi »

Men om det är kärnmaterial som man vill mäta på så måste det väl finnas mycket enklare setuper att bygga än något som roterar?

Tänker att spolen bara behöver dra i vågen mot en magnet. Ju mindre slaglängd på vågen ju enklare testrigg.

Ännu enklare måste väl vara att mäta magnetfältet som bildas av olika kombinationer?
4ware
Inlägg: 6
Blev medlem: 4 maj 2021, 15:29:37

Re: Kreativ lösning till motorbygge

Inlägg av 4ware »

prototypen skrev:
5 maj 2021, 11:23:02
Det här måste vi bena ut, VAD är det du vill visa?
Är det att bygga en motor eller visa vad olika kärnmaterial har för påverkan på magnetfältet?

Ditt ferromagnetiska block har inget hål, hur har du tänkt det med en axel genom? Ferritmaterial kanske går att borra men jag är tveksam.
9 volt batteri kommer att tappa kraften och ge felaktiga resultat, gå på ett stabiliserat nätaggregat.

En 2 polig rotor är ju lite knepig finns döda lägen där den inte vill starta och kommutatorn gör kortslutning 2 ggr per varv.

Om det är en motor du vill visa så plockade vi ihop en byggsats med pressade plåtbitar på högstadiet och alla funkade med en startknuff.
Är det kärnmaterialets betydelse så gör något som liknar en solenoid och mät kraften med fiskvågen.

Jag håller dagligen på med elektromagneter och kommer att följa dina resultat.

Protte
När jag skrev att huvudfokus inte låg på hur mycket arbete motorn kunde utföra menade jag att syftet med arbetet inte är att försöka maximera detta. Jag ska dock mäta det högsta vridmomentet (när back-emf är 0, det vill säga när rotorn roterar), samt också högsta rpm. Jag kommer också i samband med detta mäta strömmen och spänningen (back-emf motsätter sig spänningen vilket gör att spänningen beror på hur snabbt rotorn roterar). Strömmen och spänningen kommer vara som störst vid den högsta belastningen, och de kommer vara som minst vid den lägsta belastningen. Med detta tänkte jag göra diagram som beskriver sambandet mellan vridmoment & rpm (och en kurva för det hypotetiskt utförda mekaniska arbetet), vridmoment & ström. Jag vill dock kunna förutspå med någorlunda säkerhet hur stort det maximala vridmomentet kommer vara innan jag gör själva mätningarna (vridmoment = magnetiska momentet * fluxdensiteten). Jag ignorerar kortslutningen som sker 2 ggr per varv. Jag kommer räkna med att magnetfältet från statorn är konstant överallt vid rotorn. Jag har för mig att en så stor area av permanentmagneterna som möjligt är viktigt för detta. Jag har köpt 10 stycken som är 60x10, vilket i normala fall nog skulle vara mer än tillräckligt, men jag kan köpa några fler om det skulle vara så.

Jag hade kunnat göra detta med endast en motor med träkärna, eller något annat material vars relativa permeabilitet är ca. 1, men jag vet inte om det räcker för mitt gymnasiearbete. Det är därför jag vill jämföra högsta vridmomentet mellan två rotorer (plus att det är intressant) där det enda som skiljer sig åt är kärnan i elektromagneten. Genom att använda den ena rotorn som en referens tänkte jag alltså att jag kunde mäta permeabiliteten av järnkärnan vid motorns högsta belastning, men detta är som sagt inte det enda målet med arbetet.

Jag trodde att jag skulle kunna hitta ett värde för permeabiliteten i en magnetiseringskurva när jag köpte kärnan. Mitt uppmätta värde på permeabiliteten hade då kunnat jämföras med detta dokumenterad värde, men de magnetiseringskurvor som jag väl hittat för detta materialet på nätet är svåra att avläsa och de har räknat med ett magnetfält som har frekvens (förmodligen för att materialet är tänkt att vara för transformatorer). Mitt magnetfält, som både kommer från statorn och spolen, har ju ingen frekvens så jag kanske får skrota denna del av planen, och nöja mig med att mäta vad permeabiliteten är vid högsta belastning (då kommer det totala externa magnetfältet vara konstant). För att försöka besvara din fråga Protte så påverkar ju på sätt och vis järnkärnan magnetfältet genom att den magnetiseras lättare än en träkärna, men det var kanske inte så du menade?

Jag har också svårt att förstå mig på vad en magnetisk krets innebär eller vad som sker när ”kretsen” inte fullbordas som i mitt fall, men jag har fått höra att det inte bör påverka vridmomentet av motorn.

Ägaren av verkstaden har sagt att vi förmodligen kan borra hål genom kärnan på tvären.
Funkar detta som stabiliserat nätaggregat?https://www.amazon.se/n%C3%A4taggregat- ... 7888&psc=1
Jag kan ej låna material av min skola och jag vet inte om jag är så sugen på att köpa en dyr sådan, men den var ganska billig.

Jag kan försöka först med denna kärnan, annars testar jag ditt förslag med pressade plåtbitar :tumupp:
Besvarade jag dina frågor?
4ware
Inlägg: 6
Blev medlem: 4 maj 2021, 15:29:37

Re: Kreativ lösning till motorbygge

Inlägg av 4ware »

AndLi skrev:
5 maj 2021, 12:35:38
Men om det är kärnmaterial som man vill mäta på så måste det väl finnas mycket enklare setuper att bygga än något som roterar?

Tänker att spolen bara behöver dra i vågen mot en magnet. Ju mindre slaglängd på vågen ju enklare testrigg.

Ännu enklare måste väl vara att mäta magnetfältet som bildas av olika kombinationer?
Skrev fel, menade inte att kärnmaterialet var det enda syftet. Jag ska analysera och testa motorn också. Fast jag förstår inte vad du menar?
4ware
Inlägg: 6
Blev medlem: 4 maj 2021, 15:29:37

Re: Kreativ lösning till motorbygge

Inlägg av 4ware »

Hesabon skrev:
4 maj 2021, 22:39:38
Att 3D-printa en spolhållare låter vettigt. Du kan eventuellt göra kommutatorns stomme i samma stycke, och på den klistra fast < rörhalvor eller vad du nu tänkte göra kommutatorn av.
Kärnan du har är en rejäl klump, så du vore kanske bra att det gick att finjustera den inne i spolhållaren för att få den i balans. Är den i obalans kommer vridmomentet att ändra beroende på vridningsvinkeln.
Kanske 3D-printade kilar, eller något liknande?
Ja exakt, jag har också tänkt på att vikten är ett problem.

Hade det gått att låta axeln vara statisk så att rotorn roterar runt den? Om man smörjer in axeln med typ motorolja för att minska friktion? Då behöver man inte 3d-printa axeln, vilket i och för sig inte hade varit något problem tror jag. Detta hade varit bra eftersom axeln kan inte sitta fast inuti kärnan (kärnan måste gå att avlägsna).

Kommutatorn måste ju rotera i fas med rotorn men för det kan man 3d-printa en rörliknande utbyggnad på spolhållaren runt hålet för axeln och fästa kommutatorn på den. Vridmomentet kan jag då istället mäta genom att fästa ett snöre eller fiskevåg i kanten på rotorn eftersom jag ändå bara ska mäta när rotorn inte snurrar. Inte en särskilt praktisk motor hahah, men jag ska ju ändå inte använda den för något där det krävs att den utför arbete.
Skriv svar