Solenoid motor voor tuintractortje

Ik heb zelf ervaring met de cilindermagneten van Intertec / RedMagnetics.
https://www.red-magnetics.com/de/produktgruppen/hubmagnete/zylindermag…
Ze hebben een lange slag en je kan er flink wat stroom doorheen jagen en dan neemt de kracht evenredig toe. De nagenoeg enige beperking is de warmtontwikkeling.
Er is veel informatie over de karakteristieken, zodat je goed kan berekenen hoe het gedrag zal zijn bij jouw toepassing.
Je kan ze krijgen (kopen! ... en electromagneten zijn niet goedkoop) bij Conrad.
Ze (dezelfde modellen) zijn ook verkrijgbaar onder andere merknamen.
http://magneticsensorsystems.com/solenoid/tubular/TubularCatalog.asp

Trekmagneet:

Drukmagneet:
Behuizing is ongeveer hetzelfde als bij trekmagneet (maar schroefdraad zit nu aan de bodemkant), terwijl de zuiger is voorzien van een pen die prikt door de bodem. Je kan in een drukmagneet-cilinder een trekzuiger plaatsen, maar andersom gaat niet.

[Bericht gewijzigd door Spog2 op woensdag 27 april 2022 14:24:37 (12%)

Ze hebben een lange slag en je kan er flink wat stroom doorheen jagen en dan neemt de kracht evenredig toe.

De kracht wel, maar de 'trekafstand' van het magnetisch veld nauwelijks. Dan heb je een voicecoil-achtige magneet nodig.

@Arco

Je kan er flink wat extra stroom doorheen jagen, zodat hij toch nog redelijk wat kracht ontwikkelt in het begin van de slag.
Het probleem is echter dat die stroom (energie in de magneetspoel) weer afgebouwd moet worden, anders knal je veel te hard op het eind van de slag.
Ik heb geëxperimenteerd met een solenoid driver DRV102 van TexasInstruments, waarmee je de pulsduur van de stroomtoevoer kan instellen, maar dat werkte voor mij niet perfect.
De belasting moet je passend maken. Als de zuiger gekoppeld zit aan een krukas lijkt me dat minder problematisch.

Ik heb veel gehad aan dit stuk: https://www.semanticscholar.org/paper/Modelling-a-linear-and-limited-t…
(Als je de doi copieert en hier plakt kan je het helemaal lezen/downloaden)

Ik snap TS wel. Een ding met loos bewegende zuigers klinkt echt fake.

Met solenoids of perslucht krijg je wel het suck, squeeze, bang, vent geluid. Het is namelijk een impuls kracht en geen continu bedrijf...

Dus daar kan ik hem volgen.

Gewoon wegstoten gaat te weinig rendement op leveren zoals gezegd..

Je hebt last van het probleem waar een verbrandingsmotor ook last van heeft: op tdc heb je de grootste energie dichtheid, echter is de arm 0 en dus koppel 0. Op 90 graden is je arm optimaal, maar je energie dichtheid veel lager. Echter een verbranding verloopt relatief traag.

Bij jou is dat effect nog erger... Een elektromagneet heeft maar een zeer beperkt bereik en effect is instant.
Dus net na tdc kun je al beginnen zonder koppel, maar als je zuiger 5 mm weg is (laten we zeggen ca 30 graden krukas) heb je nog heel weinig koppel en ben je buiten bereik van je elektromagneet.

Wat zou kunnen werken is de zuigers tot de magneten maken en de spoelen om de cilinders wikkelen.. Of je er heel effectief van wordt weet ik niet, maar twijfel vooral of je dan nog het juiste geluid hebt..

Op 27 april 2022 15:09:18 schreef High met Henk:

Bij jou is dat effect nog erger... Een elektromagneet heeft maar een zeer beperkt bereik en effect is instant.
Dus net na tdc kun je al beginnen zonder koppel, maar als je zuiger 5 mm weg is (laten we zeggen ca 30 graden krukas) heb je nog heel weinig koppel en ben je buiten bereik van je elektromagneet.

Wat zou kunnen werken is de zuigers tot de magneten maken en de spoelen om de cilinders wikkelen.. Of je er heel effectief van wordt weet ik niet, maar twijfel vooral of je dan nog het juiste geluid hebt..

Concreet: ik heb deze ITS-LZ-1335-Z-12VDC gebruikt.

De solenoid moest een gewicht van 110gram kunnen optillen vanaf 10mm afstand tot einde slag. Ik meen dat ik een 6V uitvoering had waar ik dan iets van 20V op zette, dus ca 40W ipv 4W nominaal continu. De duty cycle mag dan maar 10% zijn, maar als de krukas van m.bouwer continu draait kan je daaraan voldoen door de magneet maar een deel van de slag bekrachtigen.

Overigens: ik ga er van uit dat het voor m.bouwer vooral om het zuigermodel van de trekker gaat. Als aandrijving is een solenoid hopeloos inefficient: 40Watt op zo'n klein solenoidetje... ik vond het voor mijn toepassing veel te veel.

Niet zo gek als je de puls op 90 graden na tdc geeft. Dan is het rendement best hoog..

En dat kan met jouw solenoid als je de pin aan de zuiger vast maakt en zorgt dat hij vrij door de spoel beweegt en op het optimale punt (meestal waar hij nu in rust zal staan) ook op 90 graden zit.

Je kunt zelfs in de slag omhoog nog een puls geven. Geeft meer rendement.

Let wel dat je maar hooguit 25% of in beste geval 50% haalt dat je er energie effectief in kan jagen (tussen bijv 45 en 135 graden en tussen 225 en 315 graden als je beide slagen gebruikt..

In de andere graden van de krukas kun je niets of is het (vrijwel) zinloos.

Let op verwar rendement hier niet met eerdere getalen. Ik heb het over het deel waar ingestopte energie effectief is dan... De rest is het rendement vrijwel 0 van de energie die je erin stopt.

Op 27 april 2022 14:17:57 schreef Arco:
[...]
De kracht wel, maar de 'trekafstand' van het magnetisch veld nauwelijks. Dan heb je een voicecoil-achtige magneet nodig.

Daarom heb je dus ook meer cilinders nodig en hoef je met een 4 cillinder nog maar 1/4 deel van de lengte aan te trekken.

Betekent denk ik wel dat je voor een 300W motor je per solenoid of magneet ook 300W als nuttig vermogen nodig hebt.

De nagenoeg enige beperking is de warmtontwikkeling.

Je zal dan denk ik toch een keer naar waterkoeling oid over moeten gaan, maar dat heeft een verbrandingsmotor ook dus dat past wel weer.

IK denk dat als je het persee wilt en je bereid bent er veel tijd in te steken dat het wel mogelijk moet zijn. Een bezine motor heft toch ook maar een rendement van 20% en dat vinden we allemaal al een lange tijd ok?

https://www.kijkmagazine.nl/tech/zijn-elektrische-auto/

Dan is een rendement van 10% alweer een stuk minder vreemd.

Op 27 april 2022 13:59:19 schreef Spog2:
Ik heb zelf ervaring met de cilindermagneten van Intertec / RedMagnetics.
https://www.red-magnetics.com/de/produktgruppen/hubmagnete/zylindermag…

Gaaf, daar kunnen we aan rekenen!

Ik ga er van uit dat we hem op 1/4 dutycycle aansturen. Eigenlijk half, maar goed. (waterkoeling of zo. ).

De grootste (500 gram eigen gewicht)... 67W bij 25% aan-tijd.

De kracht zou van 20 tot 1 toenemen van 15 naar 45N. Dus 30N gemiddeld over (bijna) 2cm (de curve is voor back-of-the-envelope berekeningen recht zat).

Dus dat is dan 0.6J per slag. Tja. Als je dat 20x per seconde weet te doen, is dat 12W. Die 67W 25% van de tijd is 18W. Begint ergens op te lijken. En als dat lukt moet je alleen nog maar een 25-cylinder beest maken om aan de 300W te komen.

@m.bouwer: Jij gaat eerst bouwen dan pas denken. In dit geval helpt het om iets rustiger aan te doen.

Dus als je ook de solenoid zelf wil bouwen, prima. Maar koop dan eerst eens zo'n 23gram exemplaar en kijk hoe het in mekaar zit. Kijk of je dat kan namaken en of je dezelfde performance krijgt.

Dan maak je hem 2x groter (x, y, z). Hopelijk met 8x meer volume 8x meer energie die je er uit kan halen. Dan ga je rekenen hoe groot je hem moet maken om met 4 "cylinders" (of 12?) uit de voeten te kunnen....

Mijn laatste uitvoering lijkt al meer een opschaling van een bestaande solenoid.
Bij ODP is er een beetje trekkracht. Bij BDP krijg ik de plunjer niet meer los. Ik moet een steviger krukas maken.

De Intertec magneten hebben een conisch verloop tussen zuigertip en stopper.
Dit heeft als resultaat dat je de kracht over een langere weg verdeelt.
Vergelijk maar de luchtspleet tussen conusdelen of rechtafgezaagde als je 1/2 zuigerdiameter slag maakt: die is bij coniciteit kleiner, zodat je daar meer kracht krijgt.

In aangetrokken toestand ziet het er zo uit:
(Het gaatje in de back stop van de pull solenoid is kleiner dan de diameter van de push pin: een push zuiger gaat er niet in!)

De vorm is van grote invloed op de kracht-weg karakteristiek:

[Bericht gewijzigd door Spog2 op donderdag 28 april 2022 13:29:45 (16%)

Op 28 april 2022 09:58:55 schreef Spog2:
Dit heeft als resultaat dat je de kracht over een langere weg verdeelt.

Als je het "grote kracht" deel in het stuk van de slag kan krijgen dat de afstand tot de krukas nauwelijks verandert, is dit niet eens zo slecht in deze toepassing....

Maar voor "hoeveel energie kan je er uithalen", is de oppervlakte onder de grafiek van belang. En die zou toch wel eens groter kunnen zijn bij de "meer uitgestrekte" versie.

[Bericht gewijzigd door rew op donderdag 28 april 2022 14:49:30 (21%)

Op 26 april 2022 21:37:39 schreef m.bouwer:
Spoel van 48 mm buitendiameter en 1300 windingen van 0,5 mm wikkeldraad. Lang 30 mm
Met een massieve kern is de houdkracht ongeveer 15 kg

Het lijkt mij dat ik naar een grotere plunjerdiameter moet en dan ook de spoel langer maken.

Het busje waar je de spoel op hebt gewikkeld mag niet van ijzer zijn...

Bij de Intertec magneten is het kunststof (geel gekleurd in mijn plaatjes 28 april 2022 09:58:55) met zeer goede glij-eigenschappen passend bij een gepolijste zuiger.
Het magnetisch circuit (ijzer) moet buitenom lopen. Het kunststof buisje is dunwandig tpv de zuiger om het magnetisch circuit niet te veel te verstoren De kracht wordt bepaald door de ruimte ("gap") tussen zuiger tip en eindstop, voorzover die tip maar niet dichter bij ander ijzer komt.

@Spog2,

Dat ( RVS ) buisje is vervallen. Het is nu zoals op de foto bij mijn post van 28 april 2022 09:15:15

En na jouw informatie in post 28 april 09:58:55 heb ik de plunjer en eindstop conisch gemaakt.

Op 28 april 2022 21:54:24 schreef m.bouwer:
@Spog2,

Dat ( RVS ) buisje is vervallen. Het is nu zoals op de foto bij mijn post van 28 april 2022 09:15:15

En na jouw informatie in post 28 april 09:58:55 heb ik de plunjer en eindstop conisch gemaakt.

Ik heb nog even met een magneetje gecheckt: de Push Pin bestaat uit niet magnetisch materiaal (lijkt op RVS).

Even voor de goede orde: Een "push" solenoid is in sommige gevallen de enige oplossing. Maar als het niet hoeft, zoals hier gebruik je altijd een pull versie.

Ik zeg dus al een tijdje een push pull magneet meest effectief in de middenstand. Krijg je een 1 takt motor van.

En ben je dus ca 50% van de cycle effectief met een behoorlijk rendement en koppel.

Voor de nieuwe 1-cil proefopstelling kan ik de krukas ( ø 20 mm en slag 20 mm ) eenzijdig lageren.

Eenzijdig lageren gaat geen lang leven hebben...

Op 29 april 2022 15:49:06 schreef Arco:
Eenzijdig lageren gaat geen lang leven hebben...

Waarom niet? Eenzijdig (wel met 2 lagers) is gebruikelijk bij modelvliegmotoren.

https://www.youtube.com/watch?v=TuzEco3EDUM

Op de as 2 lagers van 47 mm buitendiameter.
Ook op de kruk onderin de drijfstang wil ik een kogellager gebruiken.

Op 29 april 2022 15:49:06 schreef Arco:
Eenzijdig lageren gaat geen lang leven hebben...

Dat geeft niet. Het geaat om de proefopstelling om eens te kijken of je 1 of 2W effectief uit de opstelling gaat halen.

Met 2 lagers aan een kant zal wel lukken denk ik.
Zitten die assen nu ietsje scheef t.o.v. elkaar gelast of is dat gezichtsbedrog?...

Op 29 april 2022 20:24:34 schreef m.bouwer:
Ook op de kruk onderin de drijfstang wil ik een kogellager gebruiken.

Ik zou het in eerste instantie waarschijnlijk ook zo doen, maar...
Een kogellager onder centrifugaalbelasting... daar heb ik me kortgeleden het hoofd over gebroken.
Eerder gaf je aan een slag te maken van 20 mm.
Stel je gaat 3000 omw/min maken, dat levert een centrifugaalversnelling (omega kwadraat x R) op van 990 m/s2, oftewel 100x de zwaartekracht. De kooi van het lager drukt dan met 100x zijn eigen gewicht tegen de kogels...
Ik ben hevig geïnteresseerd in voorbeelden van toepassingen waar dat duurzaam en met weinig wrijving werkt!

Het is dus niet voor niets dat je op die plek doorgaans glijlagers ziet.

@Arco,

Foto is van heel dichtbij en vertekent.

@Spog2,

Liever mik ik op een grotere cilinder en een veel lager toerental.
Een glijlager geeft zo'n smeerboel.

Het is dus niet voor niets dat je op die plek doorgaans glijlagers ziet.

Als je kijkt naar de wat simpele verbrandingsmotoren zie je daar nooit glijlagers. Voor glijlagers heb je ook nog eens oliedruk nidig.

Ik denk dat op die niveau het verschil in glij of kogellager ook marginaal is.
TS gebruikt nu gesloten lagers die geven altijd al meer wrijving dan open kogellagers ik zou hier dus wel voor open kogellagers gaan .