Никаких секретов... Собственно, я и начал с того, что довольно подробно описал и сам мотор, и функции, которыми должна обладать система, им управляющая. Посмотрите мой первый пост.
Правда, я немного слукавил, и не сказал, для чего именно нужен этот мотор. Но не из-за каких-то потаенных замыслов, или корыстных целей. Проект в целом не коммерческий, да вряд ли кто-то станет его повторять "на коленке", как это делаю я сам.
Мне необходимо получить максимальную равномерность выбранной рабочей угловой скорости, и отсутствие факторов, влияющих на долговременную и мгновенную нестабильность этой скорости. При том, что скорости (их может быть до 6, в диапазоне от 15 до 80 об/мин) эти довольно низкие.
Поставленная задача, в конечном итоге, и определила подход к конструкции мотора. Был выбран вариант синхронного многофазного электромотора с магнитной редукцией. Синхронный режим работы мотора с управлением от кварцованного генератора гарантировал долговременную стабильность угловой скорости (чего невозможно достичь в асинхронном моторе).
Отказ от классической трехфазной схемы был обусловлен стремлением минимизировать толчковые колебания ротора, неизбежные при любой конструкции синхронной машины. И здесь причины не столько теоретические (они есть, и в какой-то мере учтены в этой конструкции), сколько практические - довольно трудно изготовить единичный экземпляр такого устройства с заданной точностью в непроизводственных условиях. А любые механические неточности автоматически уменьшают "плавность хода" как вращающегося магнитного поля, так и самого ротора.
Количество фаз определилось само сабой: 8 - это стандартное количество бит полного порта любого микроконтроллера (на тот момент я был весьма далек от ПЛИС). Хотя в многофазных системах предпочтение обычно отдают нечетному количеству фаз. Если бы на момент начала разработки первого варианта мотора я располагал сведениями о ПЛИС (и возможностями их применения), я бы наверняка выбрал 13-15-фазный вариант мотора.
Магнитная редукция была применена потому, что позволила увеличить крутящий момент на валу, и одновременно уменьшить (сгладить, отфильтровать) неизбежные механические огрехи самоделки. Коэффициент редукции 8:1 определился исходя из геометрии магнитных систем ротора и статора. В итоге получилось, что за период одной фазы частотой, допустим 116,66 Гц, ротор диаметром 293 мм, несущий 210 постоянных магнитов (полюсов), перемещается всего на 12 угловых минут. Поле стотора за это же время "пробегает" больше, чем полтора угловых градуса.
Мощностные характеристики мотора вторичны. Собственно, мотор развивает мощность 5 Ватт только при разгоне, когда требуется за несколько секунд раскрутить маховик, с моментом инерции порядка 2 МегаН*мм2 до заданной скорости с угловым ускорением порядка 0,7 рад/сек2. При этом маховик запасает более 12 Дж кинетической энергии.
После разгона мотор переключается в рабочий режим, а его мощность снижается на три порядка, до 3-5 мВт. Соответственно, снижаются и возмущающие факторы, влияющие на дальнейшую стабильность угловой скорости ротора-маховика.
Маховик имеет общую массу порядка 150 Н (15 кГ), но при этом практически левитирует на магнитном подвесе. Вертикальная нагрузка на опорную точку (шар диаметром 4 мм, опирающийся на плоскую торлоновую пятку) регулируется, и равна примерно 0,5 Н.
Все это вращается вокруг жесткой оси диаметром 15 мм из каленой до 58-60 единиц стали ШХ15, с соответствующей шлифовкой и полировкой поверхности примерно до 12-13 класса чистоты, в торлоновой втулке. Торлон - полиамид-имид, синтетический материал с чрезвычайно низким коэффициентом трения, но прочностными характеристиками, почти не уступающими характеристикам конструкционных сталей. Весь узел вращения находится в ванне с маслом, которое, в некотором роде, является и демпфирующей средой.
У каждой из двух статорных секций, расположенных диаметрально противоположно, по 26 "зубов". На 24 из них намотано по три обмотки на каждую из восьми фаз. Крайние "зубы" пассивные (без обмоток), и нужны для того, чтобы обеспечить симметрию магнитных потоков, и равенство МДС при включении первой и восьмой фазы.
Восьмифазная конструкция статора позволяет в разгонном режиме одновременно включать (коммутировать) до пяти фазных обмоток, увеличивая до максимума крутящий момент на валу, в то время, как в рабочем режиме одномоментно используется одна или три фазные обмотки. Такой "фокус" позволяет снижать мощность в рабочем режиме в тысячу раз, понижая рабочее напряжение всего в 6 раз (18 вольт при разгоне, 3,3 вольта в рабочем режиме, да еще и с 8-битным ШИМ регулированием).
Как я уже писал в первом сообщении этой темы, система управления поддерживает микро-мощный рабочий режим мотора, отслеживая отставание ротора от бегущего поля статора примерно на 4-5 угловых минут. Так как потери в узле вращения пренебрежимо малы, то обеспечить такое отставание можно лишь предельно снижая подводимую электрическую мощность. Это дополнительно снижает угловые нестабильности скорости ротора.
В результате всех описанных ухищрений, расчетная мгновенная нестабильность угловой скорости (детонация) не должна превысить 0,0001-0,001% (прикидочно), а долговременную стабильность обеспечивает кварц.
Джиттер не считал, и не измерял, но надеюсь, что кварцевые артефакты, которые могут повлиять на стабильность скорости, не превысят значений 10^-(6-7), что меня, в принципе, устроит.
Вот как-то так... B)
Что касается моторов Шкондина и Дуюнова, то я о них знаю не более того, что можно найти в инете, а там больше тумана и недосказанностей, чем достоверной технической информации. Я сам эти конструкции не повторял, и не планирую. Поэтому воздержусь от каких-либо комментариев.
