Nauka

Elektromotor sa dva namotaja - može li jednostavnost da zameni trofazni sistem?

Elektromotori jake struje

Mora da radi, ali kako...

Ideja o drugačijem elektromotoru

Kada govorimo o elektromotorima velike snage, uglavnom pomislimo na trofazne motore, složene kontrolere i elektronsku komutaciju. Međutim, postavlja se pitanje: da li je moguće napraviti jednostavniji elektromotor koji bi koristio samo dva namotaja, permanentne (jake neodimijumske), magnete i impulsno napajanje?

Upravo na toj ideji zasniva se jedan zanimljiv konstrukcioni koncept.

Cilj nije napraviti još jedan klasičan BLDC (motor za el.skutere i trotinete) motor, već istražiti mogućnost drugačijeg rasporeda magnetnih polja i pojednostavljenog upravljanja.

Konstrukcija statora

Predloženi stator ima samo dva elektromagnetna namotaja. Oni su postavljeni pod uglom od 170 stepeni (time je definisan smer - takozvano impulsnno paljenje 10 stepeni) , umesto uobičajenog geometrijskog rasporeda od 180 stepeni.

Jedan namotaj stvara severni (N), a drugi južni (S) magnetni pol.

Namotaji bi bili povezani redno i napajani jednosmernim izvorom od 48 V. Ako su električne karakteristike namotaja jednake, na svakom bi se nalazilo približno 24 V.

Posebnost konstrukcije nalazi se upravo u namernom odstupanju od simetrije. Ideja je da se ispitivanjem različitih uglova utvrdi da li takav raspored može da proizvede povoljniji obrtni moment.

Rotor od permanentnih magneta

Rotor bi bio izrađen od metalnog valjka ili osovine na koju bi se ravnomerno rasporedili neodimijumski magneti.

Svi magneti bili bi postavljeni tako da njihove južne strane (S) budu okrenute prema spolja, odnosno prema statoru, dok bi severne strane (N) bile usmerene prema unutrašnjosti rotora.

Za prvi prototip nije neophodna savršena cilindrična površina. Dovoljno je napraviti eksperimentalni raspored magneta i proveriti ponašanje magnetnih sila.

Jednosmerna struja i impulsno upravljanje

Jedna od zanimljivijih pretpostavki jeste da oba namotaja mogu istovremeno da dobijaju električne impulse, bez promene magnetnog polariteta.

Na taj način stator bi uvek zadržavao isti raspored magnetnih polova. Elektronika bi samo uključivala i isključivala napajanje.

U daljoj fazi razvoja mogao bi se koristiti Hallov senzor koji prati položaj rotora i određuje trenutak prekidanja i ponovnog uključivanja struje.

Kratak impuls velike struje mogao bi da proizvede značajan obrtni impuls, dok bi rotor nastavio kretanje zahvaljujući sopstvenoj inerciji.

Brzina bi se regulisala učestalošću impulsa, uz uslov da se oni pravilno sinhronizuju sa položajem rotora.

Šta tek treba dokazati?

Najvažnije pitanje nije koliko su magneti jaki, već kakav obrtni moment nastaje u različitim položajima rotora.

Ugao od 170 stepeni predstavlja konstrukcionu pretpostavku, a ne dokaz da će rotor ostvarivati neprekidno okretanje.

Potrebno je matematički ispitati:

- raspored magnetnog polja;
- smer i intenzitet obrtnog momenta;
- uticaj različitih uglova između namotaja;
- ponašanje rotora tokom punog kruga;
- uticaj trajanja i učestalosti električnih impulsa.

--

Posebno treba proveriti da li segmentacija rotora na pojedinačne magnete stvara periodične promene magnetnog momenta (brujanje).

Od ideje do simulacije

Pre izrade fizičkog prototipa, konstrukciju bi trebalo ispitati numeričkom simulacijom. Tako bi se bez troškova nabavke magneta, namotaja, kontrolera i mehaničkih delova mogli analizirati različiti rasporedi.

Prvi model može koristiti osam permanentnih magneta na rotoru, dva elektromagneta na statoru i ugao od 170 stepeni.

Rezultati bi pokazali gde se pojavljuje ubrzavanje, gde kočenje i kakav uticaj ima impulsno napajanje.

Zaključak

Ponekad zanimljive tehničke ideje ne nastaju iz potrebe da se postojeći sistemi dodatno komplikuju, već iz pokušaja da se pronađe jednostavnije rešenje.

Dva namotaja, permanentni magneti i elektronski kontrolisan impuls predstavljaju osnovu jednog eksperimentalnog koncepta koji zaslužuje matematičku proveru.

Da li je moguće napraviti jednostavan elektromotor sa samo dva namotaja, bez klasične trofazne komutacije?

Odgovor ne treba tražiti u pretpostavkama, već u fizici, matematici i rezultatima simulacije.

Ideja je postavljena. Sada je na redu dokazivanje.

Slika za eksperiment: Elektro Motor Jake Struje ®