Solenoid motor voor tuintractortje

Dat gaat natuurlijk alleen als je slechts kortstondig koppel nodig hebt, en daarna de tijd hebt om de roterende massa weer op gang te krijgen.

Het was mijn bedoeling om te laten zien dat het best kan met één of meer sensors, dan kunnen Hall sensors zijn, of andere types. Je zou eventueel optische sensoren kunnen gebruiken, al lijkt vervuiling me dan al snel een probleem.

De Hall sensor die ik gebruikt heb, was een exemplaar met latch functie; hiervan gaat de uitgang om bij een noordpool, en weer terug bij een zuidpool. Door nu 2 magneetjes op de krukas te plaatsen, kun je bepalen wanneer de solenoid in- en uitgeschakeld wordt. Inschakelen bij het onderste dode punt, uitschakelen bij het bovenste dode punt lijkt me het simpelst; door de magneetjes op de krukas te plaatsen en niet op de zuigerstang, kun je de schakelmomenten nauwkeurig verplaatsen. Dit is dan min of meer een setje contactpuntjes.

Als de zuiger nou een permanente magneet is, kun je in beide richtingen kracht leveren; de stroom door de solenoid moet dan omgekeerd worden. Het lijkt me sowieso noodzakelijk om de stroom actief te regelen, en niet zomaar een spanning aan te leggen, anders wordt de stroom bij stilstand of lage toerentallen veel te groot, en zakt het koppel heel snel in naarmate het toerental stijgt, vanwege de inductie.

Eigenlijk zou je zo'n motor met 2 solenoids, 90 graden in fase verschoven, en met permanente magneten in de zuigers, kunnen zien als een stappenmotor. Ik zat te denken dat je een L297 zou kunnen gebruiken voor de aansturing, met 2 flinke volledige bruggen erachter (van die Chinese BTS7960 modules of zo), alleen is daarbij het lastige dat die L297 een clock input heeft voor de stappen generator, terwijl je dat eigenlijk aan de hand van de krukas positie zou willen doen. Misschien kan het met 3 magneetjes op de krukas met 1 sensor voor het clock signaal, en nog 1 magneetje met 1 sensor voor het reset signaal. Je kunt dan de current controller van de L297 gebruiken.

Ik denk dat dit zou kunnen werken (even afgezien van de discussie van hoeveel koppel je hiermee zou kunnen leveren), maar een dergelijke motor zou niet zelfstartent zijn. Je zou de krukas moeten verdraaien totdat de reset puls is geweest, en dan pas de H-bruggen inschakelen.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op vrijdag 20 mei 2022 17:32:14 (26%)

Op 20 mei 2022 13:14:10 schreef SparkyGSX:
Er is een reden dat elektromotoren niet op deze manier gemaakt worden...

Ja dat wisten we al. Dat is gewoon het rendement. Maar dat wil nog niet zeggen dat het niet kan. Mooie aan hobby is dat hetgeen wat je maakt gewoon totaal zinloos mag zijn en dat rendement er niet doet zolang het maar leuk is om te doen.

De andere parameters zijn het formaat van de solenoid en eventuele koeling;

Ja koeling gaat uiteindelijk wel een probleem worden.

Als de zuiger nou een permanente magneet is, kun je in beide richtingen kracht leveren;

Dat denk ik ook maar hoe zou je zoiets moeten maken of beter vraag wat voor magneten zou je daarvoor nodig hebben?

Op 20 mei 2022 11:00:06 schreef m.bouwer:
---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.

De reden van REW is denk niet omdat je geen ervaring hebt maar meer omdat hij het idee heeft dat je niet luistert. Er was al een paar keer uitgelegd dat meer stroom en spanning niet persee nodig zijn en meteen daarna begon je daar weer over. .

IK denk ook dat je wat stappen hebt overgeslagen. Mijn idee is om klein te beginnen en daar steeds een andere solenoid voor te maken totdat je dat hebt gemaximaliseerd in kracht en warmte in de solenoid, materiaal soort lengte dikte enz. Tot nu toe waren je solenoids vrij kort had ik het idee.
Als het klein is zijn de kosten ook lager, maar is de bouwtijd van steeds een andere solenoid ook korter.
Zo wil je bv dat de wanddikte van solenoid zo dun mogelijk is en dat deze minimale weerstand bied aan het magnetische veld. Ik twijfel of RVS daarvoor geschikt is. Maar RVS is dan wel weer sterker dan kunststof en kan daardoor dunner. Maar toch zou ik ook eens een kunststof solenoid proberen.
Teflon lijkt mij bv een poging waard. De as van de solenoid kan dan redelijk strak in het teflon omdat teflon zelf smerend is.
Ook is je verteld dat je gewoon een professionele solenoid zou moeten zoeken
en kijken hoe dit in elkaar zit.

Vaak gebeurt het dat een ontwerp als schaalmodel goed wil werken en dat tijdens het opschalen er pas problemen komen en dat die op grotere schaal moeilijker en duurder zijn om op te lossen. In jouw model is dat denk ik warmte productie in de spoel die op kleine schaal beheersbaar is maar dat uiteindelijk niet meer is.
Alleen daarom al moet je eerst alles uit je kleine model halen om er zoveel mogelijk van te leren.

Voor een 10W versie zit je denk ik aan 150W die in de spoel moet. Dat is veel meer nog wel ter doen. Het duurt best lang voordat met 150W de spoel het begeeft.
Voor een 100W versie zit je met met 1500W in de spoel en dat is 10x meer en de tijd dat spoel het begeeft is 100x sneller (gok ik).

Voor een 1W versie zou je ca 15W nodig hebben en van 15W denk ik dat de solenoid dat uren achter elkaar kan volhouden. Vooral als er je zorgt voor wat luchtstroming over de solenoid.
Waar het dus om gaat is massa, vermogen en oppervlak.
Het oppervlak is waar de solenoid zijn warmte kwijt kan.
Een grotere solenoid zorg wel voor meer massa en meer vermogen maar het oppervlak neemt maar weinig toe. Er komt dus veel meer warmte in de solenoid terwijl er steeds minder warmte kan worden afgevoerd.

Op 20 mei 2022 18:42:26 schreef benleentje:
[...]Dat denk ik ook maar hoe zou je zoiets moeten maken of beter vraag wat voor magneten zou je daarvoor nodig hebben?

Ik zou er Neodymium magneten voor gebruiken, en het leuke is dat ze niet exact de lengte van de zuiger hoeven te hebben, je mag zo'n magneet ook aanvullen met ijzer, dan maak je dus een ijzeren zuiger met die magneet erin, zolang je hem maar niet magnetisch kortsluit. Je zou bijvoorbeeld de onderkant en bovenkant van de zuiger van ijzer kunnen maken, met één of meerdere magneten er tussenin, en het geheel bij elkaar houden met een paar niet-ferromagnetische draadstangen (sommige RVS legeringen zouden geschikt zijn, of messing).

Ik heb ook nog nooit een solenoid ontworpen, dus ik durf eigenlijk ook harde uitspraken te doen over het beste ontwerp. Ik ben het absoluut met je eens dat het beste idee is om klein te beginnen en dingen uit te proberen, en dan pas te gaan opschalen.

en het geheel bij elkaar houden met een paar niet-ferromagnetische draadstangen

Dat kan denk ik beter met gewone seconde lijm. Bij mythbuster hadden ze daar eens een test mee gedaan. Als ik het goed onthouden heb kon 1 druppel bijna 200kG tillen. Dat was daar staal op staal.

IK bedoelde ook hoe moeten die magneten zijn gepolariseerd radiaal of axiaal?

Dat ligt aan de materialen die je verlijmt, en secondelijm is doorgaans erg bros, dus als er ergens een scheurtje begint, breekt het al snel helemaal. Daarbij is de hechting van de coating op magneten (doorgaans nikkel of chroom) niet fantastisch, als de lijm daar goed op hecht, loop je het risico die coating eraf te trekken. Het lijkt me beter om er een pakket van te maken dat je bij elkaar trekt met draadstangen, die uitermate geschikt zijn om op trek belast te worden.

De magneten moeten uiteraard axiaal gemagnetiseerd zijn; het magnetisch veld moet immers in dezelfde richting staan als de spoel waar hij in zit. Als je ijzer gebruikt om de zuiger, en daarmee het magnetische veld, vorm te geven, hoeft de magneet niet eens rond te zijn; een vierkante mag ook, als die beter verkrijgbaar is.

Op 20 mei 2022 18:42:26 schreef benleentje:
De reden van REW is denk niet omdat je geen ervaring hebt maar meer omdat hij het idee heeft dat je niet luistert.

correct.

Op 15 mei 2022 23:48:15 schreef m.bouwer:
In mijn proefopstelling 3 heb ik een uitvoering met dubbelwerkend solenoid gemaakt.
Met werking zoals ik beschreef in mijn post van 23:03:38

De spoel is hier 30 mm lang en de slag is 80 mm.
De plunjer is 23 mm diam.

Gewoon sterk opschalen denk ik.

Is het wat om de zuiger in je model te vervangendoor een permanente magneet?

https://www.supermagnete.nl/ringmagneten-neodymium

En dan er wisselstroom op te zetten die gelijk loopt met de krukhoek.
Ik denk dat je het ijzer rond de spoel weg zou kunnen laten, gewoon een luchtspoel. Kan je hier kant-en-klaar kopen.
Dan ben je van de wervelstromen af, en je kan beter koelen.
Omdat het steeds omkeren van het magneetveld dan minder schade (warmteontwikkeling) geeft kan je toerental hoger maken wat meer Watts mechanisch vermogen oplevert.

Op 20 mei 2022 12:21:27 schreef SparkyGSX:
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.

Niet alleen de hoge toerentallen, {zo rond de 30000) maar ook door de gebruikte brandstof. Een mengsel van Methanol en nitro en olie, de hoeveelheid nitro die tegenwoordig wordt toegevoegd is tussen de 5 en 25%. Zonder de nitro doet zo'n motortje weinig. Voordeel van het mengsel is dat het een grote koelende werking heeft.

Op 20 mei 2022 23:56:58 schreef SparkyGSX:
Dat ligt aan de materialen die je verlijmt, en secondelijm is doorgaans erg bros, dus als er ergens een scheurtje begint, breekt het al snel helemaal. Daarbij is de hechting van de coating op magneten (doorgaans nikkel of chroom) niet fantastisch, als de lijm daar goed op hecht, loop je het risico die coating eraf te trekken.

Helemaal mee eens.

Het lijkt me beter om er een pakket van te maken dat je bij elkaar trekt met draadstangen, die uitermate geschikt zijn om op trek belast te worden.

Klopt, maar het is ook de bedoeling om het gewicht van de zuiger niet te zwaar te maken. Hij moet op het BDP en ODP wel snel van richting veranderen. Als daar teveel massa in zit gaat dat tegenwerken.

De spoel is hier 30 mm lang en de slag is 80 mm.

Dat lijkt me heeel erg onwaarschijnlijk, ik zou eerst een goede meting doen. (80mm haalt een 30mm spoeltje nooit)

Met de slag bedoel ik de afstand die de plunjer verplaatst wordt waarbij nog nuttige mechanische energie geleverd wordt.
(niet: ik zet er spanning op en kijk hoever de plunjer wegspringt...)

Op 21 mei 2022 13:02:32 schreef Lambiek:
[...]
Niet alleen de hoge toerentallen, {zo rond de 30000) maar ook door de gebruikte brandstof.

Allemaal waar, maar ik bedoelde eigenlijk BLDC motoren voor de modelbouw. Bij nader inzien was dat in deze context niet helemaal duidelijk.

Klopt, maar het is ook de bedoeling om het gewicht van de zuiger niet te zwaar te maken. Hij moet op het BDP en ODP wel snel van richting veranderen. Als daar teveel massa in zit gaat dat tegenwerken.

Dat is zeker waar, en de krachten die daarbij vrijkomen zijn kwadratisch evenredig met het toerental.

Op 21 mei 2022 13:37:04 schreef Arco:
[...]
Dat lijkt me heeel erg onwaarschijnlijk, ik zou eerst een goede meting doen. (80mm haalt een 30mm spoeltje nooit)

Naar mijn idee zou dit wel kunnen; de spoel hoeft niet over de hele slag een grote kracht te kunnen leveren, dat doet een verbrandingsmotor immers ook niet; een ééncilinder 4-taktmotor levert een kwart van de tijd een positieve kracht via de zuiger, en de rest van de tijd moet de energie uit het vliegwiel komen.

Sterker nog, dit lijkt me een heel goed idee; als je de kern aan beide kanten uit de spoel laat komen, in verschillende uiteinden van de slag, kun je in alle 4 de kwadranten van de omwenteling van de krukas een koppel leveren.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op zaterdag 21 mei 2022 15:43:06 (50%)

update: 2 rol wikkeldraad voor spoel van 3 ohm besteld (i.v.m. levertijd)

[Bericht gewijzigd door m.bouwer op zaterdag 21 mei 2022 16:18:43 (13%)

Klopt, maar het is ook de bedoeling om het gewicht van de zuiger niet te zwaar te maken. Hij moet op het BDP en ODP wel snel van richting veranderen.

Nog een reden dat je met een klein moder moet beginnen en dat je bij opschalen naar een groter model ineens een extra probleem introduceert.

Hoe heb je de eerder vertoonde opstelling getest? Heeft die een ijzeren zuiger of een magneet?

Huidige theorie: hij vind het gewoon leuk om dingen te maken, hoeft niet te werken.

@SparkyGSX,

IJzeren zuiger 100 mm lang, zuigerpen, zuigerstang.
In rvs cilinder 30 mm lang waar de spoel omheen zit. Het testen was met een adaptor 12 volt en een spoel. De spoel 30 mm lang - 7,6 ohm.
En een weegschaal.

@Rew,

Laten we kijken als ik die nieuwe spoel ( met 1 mm wikkeldraad ) gemaakt heb.

Is de wanddikte van de RVS buis die uitsteekt overal even dik?

@Benleentje,

De RVS cilinder is 30 mm en even lang als de spoelhoogte.
Wat je ziet uitsteken is de stalen plunjer ( 100 mm lang ) met daarin de zuigerstang.
Bovenin heb ik de plunjer massief gemaakt. En later ook onderaan meer opgevuld met ijzer.

Maar voor mijn volgende opstelling hoef ik natuurlijk niet per se aan deze vorm vast te houden.

Op 20 mei 2022 18:42:26 schreef benleentje:
[...]Ja dat wisten we al. Dat is gewoon het rendement. Maar dat wil nog niet zeggen dat het niet kan.

...

Imo een klassieke fout die je hier maakt...

Bij een elektromotor met een PM volgt de PM op de as gewoon het ronddraaiende elektrische veld..

Hier kun je het rendement hetzelfde hebben als deze PM in de zuiger dus op dezelfde afstand van de spoel zit en de krukas op 90 graden staat.

Als aan 1 van die 2 voorwaarden niet voldaan wordt is het rendement slechter.

Bij een elektromotor heb je een 1 parige beweging. En is de afstand tussen magneet en spoel altijd even groot en de diameter (de arm in het koppel) constant. Hier verandert het koppel met de hoek van de krukas.

Als je dus alleen rond die 90 graden blijft is het rendement best goed te krijgen, maar de duty cycle is dan wel heel klein... Met als gevolg een netto klein vermogen wat je erin kunt stoppen..

Op die 90 graden is je uitwijking van je krukas je arm en je koppel op dat moment wat je er aan kracht/energie in kunt doen.. (feitelijk Een integraal van het gebied waar je de spoel bekrachtigd en de PM aantrek/wegstoot) de luchtspleet tussen magneet en spoel kan hetzelfde zijn als bij de elektromotor...

Maar voor mijn volgende opstelling hoef ik natuurlijk niet per se aan deze vorm vast te houden.

Waar ik op doelde is dat je de spoel zo dicht mogelijk op je zuiger wilt hebben met een minimale luchtspleet en ander materiaal ertussen.

In een speaker bv zit de spoel op heel dun papier gelijmt en zit dit in een ronde sleuf dat maar een fractie groter is dan spoel. Als daar stof inkomt kan dat al vastlopen.

Ik zou ook de diameter van de spoel wat kleiner maken en de hoogte wat groter: dan heb je een sterker veld over een grotere afstand...

Op 20 mei 2022 18:42:26 schreef benleentje:

Voor een 10W versie zit je denk ik aan 150W die in de spoel moet. Dat is veel meer nog wel ter doen. Het duurt best lang voordat met 150W de spoel het begeeft.
Voor een 100W versie zit je met met 1500W in de spoel en dat is 10x meer en de tijd dat spoel het begeeft is 100x sneller (gok ik).

Voor een 1W versie zou je ca 15W nodig hebben en van 15W denk ik dat de solenoid dat uren achter elkaar kan volhouden.

Je kan eens hier gaan kijken. In 1851 bouwde Charles Grafton Page een locomotief aangedreven door een solenoid motor

@SparkyGSX, @Spog2

Wat betreft die magneten in de zuiger. Dat wil ikzelf op termijn ook graag toepassen in een opstelling.

Maar ik ben nu op blz.8 bij het idee van Benleentje om die spoel met 1 mm dik draad te gaan maken.

Wat misschien wel een mogelijkheid is, is dat ik een fundatie met krukas voor je maak, waarop jijzelf verder kunt werken aan je magneetplunjer en de besturing en alles wat daarbij komt kijken.

Ik heb geen interesse in zo'n opstelling, ik heb er geen doel voor en heb al meer dan genoeg lopende projectjes.

Het lijkt me relatief eenvoudig om in een bestaande opstelling de ijzeren zuiger te vervangen door een exemplaar met een magneet erin; ik verwacht dat dit een factor 4 scheelt in het vermogen; de eerste factor 2 omdat je deze magneet ook kunt afstoten, en dan nog eens een factor 2 (schatting) omdat je meer kracht levert als je een magneet aantrekt of afstoot vergeleken met een stuk ijzer aantrekken.

Op 22 mei 2022 15:51:19 schreef SparkyGSX:
Het lijkt me relatief eenvoudig om in een bestaande opstelling de ijzeren zuiger te vervangen door een exemplaar met een magneet erin; ik verwacht dat dit een factor 4 scheelt in het vermogen; de eerste factor 2 omdat je deze magneet ook kunt afstoten, en dan nog eens een factor 2 (schatting) omdat je meer kracht levert als je een magneet aantrekt of afstoot vergeleken met een stuk ijzer aantrekken.

Precies, ik heb ze op internet al gezien met 4 of meer gestapelde magneten, had ik ook al eerder geopperd. Maar de TS houd zich vast aan dit ontwerp.

Ik had gedacht dat jij wel zo'n modelletje wilde om wat mee te experimenteren.