Motor met hoogste rendementsverhouding

Ik ben op zoek naar een type gelijkstroom elektromotor waarbij de rendement/kracht -en gewichtsverhouding zo gunstig mogelijk zijn.

Welk type gelijkstroom motor heeft een zo laag mogelijk eigen gewicht, kan betrekkelijk veel kracht ontwikkelen en verbruikt t.o.v. de kracht dat de motor ontwikkeld zo weinig mogelijk energie.

Dus hoogste rendement kracht verhouding

GJ_

Moderator

Dat hangt van je toepassing af.

De toepassing is een vliegtoestel (soort zich zelf besturende drone)

Het zwakke punt is de capaciteit van de Lithium accu's

Om een groter gewicht te kunnen verplaatsen moeten de motoren krachtig genoeg zijn.
Om zolang mogelijk in de lucht te kunnen blijven moeten er zo'n gunstig mogelijke verhouding zijn tussen het eigen gewicht van de motoren, de kracht die ze ontwikkelen en het verbruik van deze motoren.

Daarom zoek ik een type motor met zo'n hoog mogelijk rendementsverhouding

Een roterende motor ontwikkeld geen kracht, maar kan koppel en mechanisch vermogen leveren. Het lijkt me handig als je eerst wat leert over de natuurkunde zodat je elektrische aandrijvingen begrijpt en berekeningen correct kunt maken.

Voor zulke toepassingen worden vrijwel uitsluitend BLDC motoren gebruikt, op hoge toerentallen. De propellors moeten ook goed gematched zijn met de motoren voor een fatsoenlijk totaal rendement.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
big_fat_mama

Zie Paulinha_B

Zonder meer zicht te hebben op de toepassing denk ik dat je niet beter af bent dan met een drone uit de handel. Die kun je dan ombouwen of zelfs van compleet nieuwe electronica voorzien naar eigen inzicht.

Maar ik sluit me volledig aan bij @SparkyGSX: enig inzicht in de achterliggende fysica zal erg nuttig zijn.

hoe beter de vraag geschreven, zoveel te meer kans op goed antwoord

Welk type? BLDC!

Ik begrijp wel dat je alle drie de dingen belangrijk vindt, maar... je kan niet zeggen "ik wil een auto die comfortabel rijdt, heel hard kan, en ook nog zuinig is". Tuurlijk je kan best alledrie graag willen, (dat wil iedereen), maar op een bepaald moment moet je gaan afwegen wat je belangrijker vindt.

Voor een drone is het belangrijk om aerodynamisch efficient te zijn. Een goede motor heeft een efficientie van meer dan 90%, een slechte misschein 80%. Dus als je een slechte hebt, dan kan je nog maximaal 20% aan batterij-duur winnen door de aller, aller efficientste motor te kiezen. Maar kies je een aerodynamisch beter ontwerp, kan je zomaar veel meer opleveren.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Precies; er is veel meer te winnen in een aerodynamisch goed ontwerp, vooral goede propellers die goed afgestemd zijn op de motoren (de motor moet kloppen met het optimale werkpunt in de koppel/toeren/stuwkracht krommes). Daarbij kan een motor die efficiënter is wel zoveel zwaarder zijn dat je netto slechter uitkomt. Andersom kan het ook zo zijn dat een lichtere, iets minder efficiënte motor beter is omdat je minder gewicht hoeft te tillen, of omdat je daardoor meer gewichtsbudget hebt om meer accu's mee te nemen.

Als je dit *goed* wilt doen, zul je dus moeten bepalen een procent in het motorrendement aan virtuele massa is.

Het vervelende van accu's is ook nog eens dat ze, in tegenstelling tot een tank met brandstof, leeg net zo zwaar zijn als vol. Het toevoegen van meer accu's levert dus steeds minder extra vliegtijd op, omdat je al die accu's ook continue in de lucht moet houden.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Op 30 juni 2017 11:19:10 schreef SparkyGSX:
Het vervelende van accu's is ook nog eens dat ze, in tegenstelling tot een tank met brandstof, leeg net zo zwaar zijn als vol.

Einstein says: you're wrong!. :+

Stel, de quadcopter weegt 1kg, zeg 10N. Nu kan je iedere seconde 1 kuub lucht (ongeveer 1kg) aanduwen met 10N zodat deze gedurende die seconde dus met f = m.a -> a = f/m = 10N/1kg = 10m/s2 versnelt. Aan het eind van die seconde gaat de lucht dus 10m/s. De energie hierin is 1/2 m. V2 = 0.5 . 1kg . (10m/s)2 = 50J. Dit gebeurt iedere seconde, dus 50J/s = 50W aan energie die je MOET dissipieren om in de lucht te blijven.

Laat je de quad niet 1 kuub per seconde maar 10 kuub per seconde versnellen, dan versnelt die 10kg lucht niet met 10m/s2 maar slecths met 1. Aan het eind gaat die lucht niet 10m/s, maar slechts 1m/s. De energie is dat 1/2 m.V2 = 5J oftewel 5J/sec, 5W.

Dus: Je moet een groter prop-oppervlak hebben om efficienter te vliegen.

Die 50W om met 1kg in de lucht te blijven klinkt HEEL optimistisch. Kennelijk wordt dus veel minder dan 1 kuub per second aan lucht aangeduwd.

Daarnaast moeten de props efficient zijn: Lang en slank. Niet lomp en stomp.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
benleentje

Golden Member

Als bovenstaande klopt kan ik dus het beste een 0.1W moter nemen met een proppellor van 50 meter. . Dus ik denk dat er iets niet klopt

Mensen zijn soms net als een gelijkrichter, ze willen graag hun gelijk hebben.
big_fat_mama

Zie Paulinha_B

Kijk eens wat er eerder zoal werd gedaan. Bv. de Wright Flyer: zeer beperkt motorvermogen want het mocht ook toen al niet te veel wegen en de technologie stond veel minder ver dan vandaag. Twee betrekkelijk grote propellers, met een vertraging (dmv fietskettingen!) en elks slechts twee propellerbladen. En daar was zorgvuldig over nagedacht!

Voor het ontwerpen van elk vliegend tuig geldt:
* leg het maximum opstijggewicht vast;
* bepaal andere factoren, bij vaste vleugels bv. de diverse snelheden max/kruis/min. Bij een drone moet snelheid=0 ook mogelijk zijn, neem ik aan;
* leid hieruit de andere parameters af, bv. vereist motorvermogen;
* kies de optimale manier om dit vermogen te produceren én om het over te brengen op de dragende lucht.

hoe beter de vraag geschreven, zoveel te meer kans op goed antwoord

Op 30 juni 2017 14:00:17 schreef benleentje:
Als bovenstaande klopt kan ik dus het beste een 0.1W moter nemen met een proppellor van 50 meter. . Dus ik denk dat er iets niet klopt

En toch is het zo. Het optimum ligt er tussenin: Die prop van 50meter is 1) zwaar, en 2) gaat problemen krijgen met de geluidssnelheid op de tip van de prop.. (wel eens naar windmolens gekeken? Die draaien lekker rustig toch? Als je gaat rekenen, zit de tipsnelheid toch echt boven een paar honderd km/u).

Verder zijn er nog praktische problemen. Hoe groter je prop hoe lager het toerental. Met een hoog toerental kan je de prop direct op de as monteren, bij een laag toerental krijg je weer gewicht van de vertragingskast en de bijbehorende verliezen.

Daarnaast is een quad eigenlijk onstabiel. Die heeft een actieve stabilisatie nodig. En dat werkt door de prop van de laagste kant een extra zetje te geven. Die moet even wat harder draaien om de boel weer recht te krijgen. Tja. Hoe groter de prop hoe lastiger dat wordt: de inertie van de prop wordt met het langer worden ook hoger.

Dus..... In de eerste instantie is "hoe groter hoe beter", maar op een gegeven moment zeggen andere randvoorwaarden toch dat nog groter minder efficient is. Maar iedereen vliegt met te kleine props. Groter is beter.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
big_fat_mama

Zie Paulinha_B

Hoe groter je prop hoe lager het toerental.

Inderdaad. Terecht haal je aan dat de propellertips niet sneller moeten gaan dan het geluid, of de ellende is niet te overzien.

Met een hoog toerental kan je de prop direct op de as monteren, bij een laag toerental krijg je weer gewicht van de vertragingskast en de bijbehorende verliezen.

Zou het kunnen dat je hier eea omgedraaid hebt? Mijn Rotax 912 gaat tot 5800 toeren, dank zij de tandwielreductie; de lycoming van de cessna's gaat tot 2800 of zo, met de prop recht op de krukas.

hoe beter de vraag geschreven, zoveel te meer kans op goed antwoord

Op 30 juni 2017 14:00:17 schreef benleentje:
Als bovenstaande klopt kan ik dus het beste een 0.1W moter nemen met een proppellor van 50 meter. . Dus ik denk dat er iets niet klopt

Het klopt wel, maar in de praktijk zal een grotere propellor meer luchtweerstand hebben en dus ook meer vermogen nodig hebben om te draaien.

De originele vraag is: welke motor heeft een goed vermogen/gewicht verhouding.

Dat zijn de motoren met permanente magneten. Dus de BLDC waar wel nog elektronica bijkomt of de ouderwetse DC motor met koolborstels.

Op 30 juni 2017 19:48:42 schreef necessaryevil:
[...]
Het klopt wel, maar in de praktijk zal een grotere propellor meer luchtweerstand hebben en dus ook meer vermogen nodig hebben om te draaien.

nee. Ik zei lang en slanke prop. Die heeft het minste luchtweerstand. als je gaat overdrijven, kan je het punt bereiken dat ie niet meer te fabriceren is, maar in princiepe blijft hoe langer hoe beter, mits je het oppervlakte gelijk houdt....

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
High met Henk

Special Member

* High met Henk leest met grote interesse mee, maar al die verhoudingen van rotatiesnelheden en propeller grootte... Ik zie ze inmiddels vliegen. 8)7 8)7 8)7

E = MC^2, dus de magnetische compatibiliteit doet kwadratisch mee???
big_fat_mama

Zie Paulinha_B

Laat het u een troost wezen, @HmH: het ontwerpen van propellers is een van de meest complexe onderwerpen in de vliegerij. Ik verdenk er de vliegtuigfabrikanten van dat ze vooral om die reden op straalmotoren wilden overstappen, ook al zijn die heel wat minder efficiënt. De stijgende brandstofprijzen zouden daar misschien een kentering kunnen brengen.

hoe beter de vraag geschreven, zoveel te meer kans op goed antwoord

Op 1 juli 2017 17:23:34 schreef big_fat_mama:
Ik verdenk er de vliegtuigfabrikanten van dat ze vooral om die reden op straalmotoren wilden overstappen, ook al zijn die heel wat minder efficiënt.

Zou het ?
Denk zelf eerder snelheid en kennelijk bedrijfszekerheid.

Je hebt tijd of je hebt geen tijd ! als je geen tijd hebt, waar is die dan gebleven ? https://ledverlichtingsoest.com/

Zo inefficiënt zijn gasturbines anders niet hoor, daar kunnen zuigermotoren niet aan tippen (voor de grote gasturbines dan, kleintjes zijn gewoonlijk niet erg efficiënt).

Propellor ontwerp is absoluut erg ingewikkeld, maar met moderne CFD (computational fluid dynamics) kunnen we dat beter dan ooit tevoren. Dat betekend natuurlijk niet dat de hobbyking propellors allemaal deugdelijk ontworpen zijn...

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Op 1 juli 2017 18:04:24 schreef Gadget_inc:
Denk zelf eerder snelheid en kennelijk bedrijfszekerheid.

Afgelopen week zo'n 7 straalmotoren die tussen start en landing problemen hebben gegeven ("engine shut down in flight", "oil leak", "takeoff aborted due to engine problem"). Slechts 1 prop... :-)

(niet te veel waarde hechten aan die statement. Niet zo nauwkeurig geteld, de sample (1 week) is erg klein, en alle kleine vliegtuigen met props worden niet gerapporteerd op AVHERALD.)

Ik heb begrepen dat een straalmotor (bij kruissnelheid) wel degelijk erg efficient met brandstof is.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/