Solenoid motor voor tuintractortje

Zoals reeds gezegd, maak er een soort lineaire motor van met meerdere spoelen achter elkaar die apart worden aangestuurd.

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Dat lijkt me niet. Het "meer spoelen achter mekaar" betekent dat je de spoelen een lager percentage van de tijd kan gebruiken. Ik zou denken dat gewoon 1 spoel eerst optimaliseren de beste aanpak is.

Het begint met enig begrip van magnetisme. Volgens mij is een stalen buis waar je de boel omheen wikkelt niet gunstig. Omdat staal VEEL beter magnetisme geleidt dan lucht, zal het magnetisch veld in de buis gaan zitten en niet helpen om het bewegende deel aan te trekken.

Koop eens een commerciele solenoid van rond een tientje en zaag die doormidden om te kijken hoe zij dat gedaan hebben.

In de wilde weg dingen "groter" en "weer anders" bouwen heeft geen zin.

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

@Arco, / @Rew,

Om het enigszins compact te houden, en toch heel krachtig, zou ik dan wellicht voor de windingen geïsoleerde koperen remleiding kunnen gebruiken.
Met een hoog voltage en hoge stroom.
En dan water door de windingen pompen voor koeling.

Je hebt het steeds over een "hoog voltage" (correcte term: spanning), maar dat is, in de steady-state toestand (geen snelle bewegingen) alleen afhankelijk van de weerstand en de stroom, en naarmate de weerstand afneemt, neemt die spanning juist af. Dit is wat je wilt, want deze spanning keer de stroom geeft je enkel de verliezen (warmteontwikkeling) in de spoel.

Een lagere weerstand geeft je de mogelijkheid om er meer stroom door te sturen.

Ik ben met Arco eens dat het een goed idee kan zijn om meerdere spoelen achter elkaar te zetten, als een lineaire motor, bij voorkeur met een kern van permanente magneten, met de spoelen in een 3-fase opstelling. Dat is dus een echte lineaire motor, waarbij je in principe een 3-fase BLDC motor hebt uitgerold tot een lineaire opstelling.

Hoe je het ook bekijkt, het is technisch een heel slecht idee om op deze manier een motor te willen bouwen. Er is een reden dat elektromotoren niet zo gemaakt worden.

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

Er is ook geen lineair verband tussen toenemend vermogen en het 'uitdijen' van het magnetische veld.
Om het veld verder te laten reiken heb je steeds meer vermogen nodig... (en krijg je dus ook steeds meer af te voeren warmte)

Met een hoog voltage en hoge stroom.

Die twee gaan meestal niet samen...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Op 19 mei 2022 14:36:01 schreef m.bouwer:
Met een hoog voltage en hoge stroom.

OK. Ik geef het op.

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

Op 19 mei 2022 09:02:22 schreef m.bouwer:
Steeds lees ik dat de stroomsterkte bepalend is voor de kracht die de solenoid kan leveren. Wellicht mag de stroomsterkte gezien de inschakelduur dan hier wel hoger worden dan 3 Ampère.

Rew legt nu nog een keer uit wat ik eerder ook al probeerde het gaan om de ampere winding. Dus eigenlijk om het volume cm3 die de wikkelingen innemen bepaalt de kracht. Dus wil je 2x meer kracht dan moet de spoel 2x zo groot worden.
Hetgeen waar het probleem zit is weerstand van de draad dus lage weerstand is belangrijk gewoon omdat het dan minder warm word.

Je hebt nu 0,5mm draad daar hoort uit praktische overwegingen een stroom van 1,5A bij. Bij 1,5A zou dan de totale warmte in de spoel na ca 1 uur in evenwicht moeten komen. Denk dan aan een transformator die na ca 1 uur op zijn eindtemperatuur is.
In jouw situatie mag je de stroom best een stuk verhogen. Met 3A en ca 8 ohm aan weerstand is dat I2 * R = 3 x 3 x 8 = 72W. En dat is best veel maar hoeveel dan zou je de solenoid motor een tijd lang moeten laten draaien en dan kijken hoe warm het word.

Door wikkelen met deze draden (0,5 mm) parallel krijg je toch een lagere weerstand en kan je naar een hoger voltage?

Nee, je kan dan juist naar een hoger stroom bij gelijke spanning. Maar stroom en spanning zijn niet zo heel belangrijk het gaat erom wat kan je voeding leveren en daar pas je de spoel op aan. Handige spanningen zijn dan wel 12V of 24V zodat je het laten vanuit een accu kan voeden.

Op 19 mei 2022 14:36:01 schreef m.bouwer:
@Arco, / @Rew,

Om het enigszins compact te houden, en toch heel krachtig, zou ik dan wellicht voor de windingen geïsoleerde koperen remleiding kunnen gebruiken.
Met een hoog voltage en hoge stroom.
En dan water door de windingen pompen voor koeling.

[bijlage]

Ja dat kan een stroom kan dan veel hoger maar dan is de 10A van je voeding weer weinig. Omdat de remleiding veel dikker is heb je minder windingen. Dus zeg dat dat 10x minder is dan zou je dan van 3A naar 30A moeten gaan.
Ook zit je weerstand van de remleiding zo laag dat ik denk dat je bij ca 6V al 30A gaat halen maar misschien valt dat mee. Om deze hoge stromen te gaan halen heb je een accu nodig. Maar nadeel van een accu is dat je de stroom dan niet meer onder controle hebt en dan moet de weerstand van de spoel wel in orde zijn. Dus als je op 6V 30A haalt dan word het op 12V 60A en dat moet denk ik wel te doen zijn met watergekoelde remleiding. Het komt ook overeen met 2V 10A en dat kan je voeding nog aan.

Toch zou ik als eerste:
Gewoon die spoel die je nu hebt oproken;). Ik bedoel daarmee de stroom steeds hoger opvoeren in je huidige spoel. Het ergste wat er kan gebeuren is dat je spoel doorbrand, je voeding die je hebt kan tegen kortsluiten dus die krijg je niet stuk. Dan zie je vanzelf wel een keer waar de grens ligt van wat je spoel aankan.

Waar het nu om gaat:

---Een ontwerp van een 1-cilinder proefopstelling waar ik 100 Watt aan de krukas heb.

---Om aan te geven in welke richting ik denk heb ik al paar proefopstellingen getoond.
Nu eerst iemand vinden die een berekening van zo'n grote solenoïde kan maken.

100W aan de krukas bedoel je dat letterlijk. Dat betekend dat er ca 600 - 800W in de spoel moet en daar heb je denk ik geen voedingen voor?

Ik denk dat je veel te snel gaat en daarbij veel stappen over slaat. Ga nu eerst eens op de bestaand spoelvorm een spoel maken die een weerstand heeft van 1 tot 3 ohm. Dat zit je qua spanning en stroom mooi op wat je voeding kan leveren.
Stel je hebt 3 ohm:

Voor 100W heb je dan 5,7A nodig bij ca 17V. Dat is in het midden van de voeding en dus genoeg ruimte om eventueel vermogen op te voeren.

Voor 5,7A heb je een wikkeldraad van 1,0mm2 nodig. Officieel zelfs bijna 2mm2 maar jouw belasting is niet continu.

Als je eenmaal deze spoel hebt gemaakt kan je die daarna ook eens maximaal gaan belasten dat hij heel heel erg heet word. Maakt niet uit dat het een keer defect gaat daar leer je van.

Sine

Moderator

Op 19 mei 2022 19:49:19 schreef benleentje:
100W aan de krukas bedoel je dat letterlijk. Dat betekend dat er ca 600 - 800W in de spoel moet en daar heb je denk ik geen voedingen voor?

Dat is nog ERG optimistisch.

Ik val (exteem) in herhaling, een (praktische) solenoid motor met 400W asvermogen (ik gok even dat je naar een 4 cilinder toe werkt) is totaal onrealistisch.

Voor een spoel van 3 ohm en draad van 1mm2 kan je vervolgens ook gewoon uitrekenen hoeveel lengte draad daarvoor nodig is met behulp van onderstaande tabel.

https://www.circuitsonline.net/artikelen/view/27/2

In de tabel komt 1mm2 niet voor en ik ga uit van 0,95mm2 die heeft een weerstand van 1,88 ohm per 100 meter.

1mm2 zal dan ca 1,8 ohm per 100 meter zijn. Dus voor 3 ohm heb je 167 meter nodig

Op 19 mei 2022 20:08:08 schreef Sine:
[...]

Dat is nog ERG optimistisch.

Ik val (exteem) in herhaling, een (praktische) solenoid motor met 400W asvermogen (ik gok even dat je naar een 4 cilinder toe werkt) is totaal onrealistisch.

TS vind het blijkbaar leuk om te proberen. REW had 10% uitgerekend en voor 300W heb je dan ca 3kw nodig. Ik denk dat gedurende zeg 20 seconde dat dat wel mogelijk moet zijn. IK geloof ook dat dat het enige is wat TS wil even de motor laten lopen en niet veel meer.

[Bericht gewijzigd door benleentje op 19 mei 2022 20:16:32 (41%)]

@Benleentje,

Leuk om mee te gaan in je gedachtengang.
Ik ga bij TME 2 rollen van 142 m wikkeldraad bestellen.

Als je toch ermee verder gaat, zou ik voor een 4 cylinder wel een boxer motor maken, geen in-line (da's efficienter)

https://i.pinimg.com/736x/e3/f7/e4/e3f7e4e77f76e853d4038ba30f7a5620.jpg

Efficiency van de verbrandingsmotor is ~30%, en die van een solenoid motor zit daar nog een paar stapjes onder.
Voor 100W asvermogen lijkt me 1000...1500W electrisch vermogen redelijk geschat...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Efficiency van de verbrandingsmotor is ~30%,

Er zijn er heus wel die beter zijn onderstaande haalt zelf 50%. Ik denk dat als ik hem inbouw in mijn corsa de motorklep niet meer past. ;)

https://nl.quora.com/Wat-is-de-meest-effici%C3%ABnte-interne-verbrandi…

Je corsa kun je zo te zien door de in en uitlaat openingen naar binnen rijden in dat motorblok... :)

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Op 19 mei 2022 09:02:22 schreef m.bouwer:
Overwegingen:

Steeds lees ik dat de stroomsterkte bepalend is voor de kracht die de solenoid kan leveren. Wellicht mag de stroomsterkte gezien de inschakelduur dan hier wel hoger worden dan 3 Ampère.

Door wikkelen met deze draden (0,5 mm) parallel krijg je toch een lagere weerstand en kan je naar een hoger voltage?

Wat kan ik doen om de performance van deze proefopstelling hoger te krijgen?

Het zou kunnen dat je niet meer kracht krijgt bij meer stroom, omdat het ijzer verzadigd is.
De soort staal/ijzer kan veel uitmaken:
Iron (also referred to by the chemical notation “Fe”) appears as a principal ingredient in many materials and alloys employed in electrical structures and devices. Iron exhibits μr that is very high, but which decreases with decreasing purity. 99.95% pure iron exhibits μr∼200,000. This decreases to ∼5000 at 99.8% purity and is typically below 100 for purity less than 99%.
https://crushtymks.com/images/energy-and-power/materials-with-magnetic-properties_2.gif

Je magnetisch circuit kun je berekenen met: https://product.tdk.com/en/products/magnet/technote/designguide.html
Of studeer hier eens: https://books.google.de/books?id=UXb3BQAAQBAJ&pg=PA224#v=onepage

Aanvulling.
Normaal constructie staal heeft een laag koolstofgehalte <0,3%, maar moet beslist wel koolstof bevatten voor de gewenste mechanische sterkte.
Een gangbare norm is: Werkstoff 1.0038 met max 0,17% koolstof.
Hier een paar praktische meetresultaten wat voor magnetische permeabiliteit je kan verwachten: https://www.ndt.net/article/dgzfp03/papers/p12/p12.htm

Toegift.
Maximising the strength of an electromagnet
More voltage or less windings of thicker wire are your two options. The max field strength you'll be able to get with an electrical steel core will be around 1.8-2 Tesla.

Eigenschappen van AISI1020. Het bevat 0,18-0,23 %C. Dit is zeer gangbaar koudgetrokken blank staal.

Na alle reacties wil ik een paar dingen zeggen:

---Voor het maximale vermogen van de 4 cilinder solenoid motor wil ik streven naar 300 Watt (omdat ik dat nu ook heb)
Dat maximaal vermogen wordt eigenlijk nooit aangesproken (grote vertraging in de aandrijving) en je kan terugschakelen.

---Geen ander type dan een 4 cilinder piston motor past bij dit type tractor.

---Ik heb geen elektrotechnische opleiding. Natuurlijk zie je dat terug in mijn reacties, maar laat het a.u.b. geen reden zijn om af te haken.

---Er is een levertijd op de 1 mm wikkeldraad. Ik heb nog een stuk liggen. Dat is te kort maar ik wou er toch maar alvast een test spoel van maken.

De arbeid van een solenoid is een product van 3 factoren: de slaglengte, kracht over die slaglengte, en de frequentie van de beweging.

Het vervelende van solenoids is dat de kracht snel afneemt naarmate je de slaglengte groter maakt. Een permanente magneet aantrekken geeft je meer kracht dan een stuk ijzer aantrekken, en heeft als bijkomend voordeel dat je hem ook kunt afstoten, dus je kunt in beide richtingen arbeid leveren.

Als je kijkt naar kleine modelbouwmotoren, die schijnbaar idiote vermogens kunnen leveren (2kW voor een motor in het formaat van een blikje frisdrank is niet uitzonderlijk), wordt al snel duidelijk hoe dat kan: ze kunnen dat alleen op hele hoge toerentallen. De formaat van de motor bepaald het koppel dat hij kan produceren, en het dubbele toerental bij een gelijk koppel geeft dus het dubbele vermogen. Het toerental wordt enerzijds beperkt door de mechanische delen (lagers, balancering, etc.) en anderzijds door de beschikbare spanning, en die kun je, binnen de grenzen van de isolatie, altijd verhogen.

Ook in dit geval kun je het vermogen dus verhogen door de frequentie te verhogen. Je hebt wel elektronica nodig om dit te regelen, en een normale motorregelaar die je goedkoop off-the-shelf kunt kopen zal dit niet kunnen.

Op zich hoeft dit niet extreem ingewikkeld te zijn, je zou dit zelfs kunnen doen met een paar sensors, MOSFETs, etc., zonder microcontroller, maar helemaal triviaal is het ook niet, en eerlijk gezegd betwijfel ik ten zeerste of je dat zelf kunt.

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

Moderator

En een ding wat klinkt als een racemotor lijkt me ook niet de bedoeling van de TS.

Het moet toch uit de lengte of breedte komen, en in dit geval uit zowel de lengte als de breedte, denk ik.

Er is een reden dat elektromotoren niet op deze manier gemaakt worden...

De andere parameters zijn het formaat van de solenoid en eventuele koeling; als je een solenoid kunt maken van dunne buis, of van draad met tussenruimte zodat je er lucht of vloeistof (water of olie) langs kunt krijgen voor de koeling, kan de stroom groter worden omdat je de warmte beter afvoert. Het grote nadeel van tussenruimte is natuurlijk dat de vulfactor dramatisch afneemt, terwijl het lastige van een buis is dat je moeilijk goede doorstroming krijgt in een lange, dunne buis, en daarmee kun je ook maar weinig windingen maken.

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

Op 20 mei 2022 11:00:06 schreef m.bouwer:
---Geen ander type dan een 4 cilinder piston motor past bij dit type tractor.

Iedere motor met zuiger(s) is een piston engine, ongeacht model (in-line, boxer, V4, stermotor...)

Het optimaal aansturen van solenoids is ook niet simpel: daar is al heel wat over geschreven...
(methodes voor positie vaststelling o.a. door meten back-EMF, inductie, fase verschuiving tussen spanning en stroom,...)
Wat leesvoer:

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard en software ontwikkeling: www.arcovox.com
Sine

Moderator

Op 20 mei 2022 13:14:10 schreef SparkyGSX:
Het moet toch uit de lengte of breedte komen, en in dit geval uit zowel de lengte als de breedte, denk ik.

Er is een reden dat elektromotoren niet op deze manier gemaakt worden...

Dat is wat ik vanaf mijn eerste post al bedoelde met de "haalbaarheid" van dit project.
Het is gewoon geen praktische motor.

En dat zeg ik niet om vervelend te willen zijn, maar realistisch richting m.bouwer dat dit geen haalbaar project is.

[Bericht gewijzigd door Sine op 20 mei 2022 14:34:31 (13%)]

High met Henk

Special Member

desalniettemin heb ik meerder malen advies en hulp aangeboden, want ik denk dat je er wel degelijk iets ui kan halen met een redelijk rendement (let wel ik zeg niet vermogen)

de lineaire motor: bovenin en onderin heb je rendement nul. het blijft een takt motor waarbij de efficiency gewoon rondom de 90 graden van de krukas zit..

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

Ik heb ooit een heel simpel borstelloos motortje gemaakt, met een schijf met magneetjes, een Hall sensor, transistor, en een spoeltje. Zodra de magneet in de buurt komt van de Hall sensor wordt de transistor aangestuurd, waardoor er een pulsje door de spoel loopt, dat de magneet aantrekt (of afstoot, geen idee), en daarmee de schijf een schopje geeft.

Na een paar seconden draait de schijf met een redelijk toerental, maar het lijkt me duidelijk dat dit echt geen koppel kan leveren.

Wat ik hiermee wil aantonen, is dat het aansturen vrij eenvoudig kan zijn, met een sensor een paar kleine componenten en een transistor (voor de TS waarschijnlijk een MOSFET, of zelfs een halve brug), maar dus zonder microcontroller of andere complexe elektronica.

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

Special Member

aan zoiets denk ik dus ook, maar dan iets groter: het koppel zul je uit de massa moeten halen.

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