Конструкция вертушки с прямым приводом. А оно надо?

[Valentinych]

На одном из параллельных форумов выложил рисунок своего варианта прямоприводного винилокрута. В надежде услышать конструктивные замечания. Увы...
Сильно надеюсь, что местная уважаемая публика скажет что-нить более определенное и вразумительное.

Коротко о конструкции:
Диск диаметром 400 мм и высотой 50 мм из компаунда с минеральным наполнителем (мраморная крошка), с заформованным баббитовым кольцом-маховиком (общая масса ~15-17 кГ), практически левитирует на магнитном подвесе. Сила вертикального прижима (давление шара на опорную пятку) регулируется в пределах от 0,1 Н до 1 Н, что позволяет минимизировать шумы опорного узла.
Пара вращения (каленая ось / втулка из графитонаполненного капролона) выполнена с достаточной точностью, что так же гарантирует минимальные шумы. Кроме того, возможна дополнительная смазка радиального и вертикального подшипников маслом, наподобие индустриального, или силиконового (резервуар для масла не показан).
При указанных параметрах диска-маховика его момент инерции равен ~ 3 Н*м^2, а запасенная энергия при 33/3 об/мин превышает 20 Дж. Раскрученный до рабочих оборотов диск вращается с выключенным мотором более 40 минут до полной остановки (проверено на прототипе).

Диск приводится во вращение прямоприводным синхронным 8-фазным электромотором с магнитной редукцией, состоящим из внешнего ротора, и двух статорных секций.
Магнитопровод ротора диаметром 290 мм несет 216 постоянных редкоземельных магнитов размером 5х4х1 мм, закреплен непосредственно на диске.
Каждая статорная секция состоит из трех групп фазных обмоток (всего по 24 обмотки на каждой статорной секции), питаемых от кварцованного генератора 8-фазного напряжения. Секции расположены симметрично относительно оси вращения диска, поэтому неизбежные радиальные составляющие крутящих моментов каждой секции практически полностью взаимокомпенсируются.

Двигатель привода двухрежимный: в режиме старт/стоп мотор развивает мощность ~ 3-5 Вт, при крутящем моменте > 5 Н*м, что позволяет раскрутить (или остановить) диск-маховик за 5-7 секунд.
После выхода на рабочие обороты мощность мотора и его крутящий момент автоматически уменьшаются на 3 порядка (до 3-5 мВт), и остаются достаточными лишь для компенсации потерь в подшипниковом узле и силы трения игла-звуковая_дорожка. При этом мгновенная стабилизация скорости обеспечивается инерцией маховика, а долговременная - синхронным режимом мотора.

В микромощном режиме многофазного мотора на рабочей скорости исключается возникновение "толчковых" детонаций и присущих синхронным моторам резонансных колебаний скорости вблизи точек магнитного равновесия, а отсутствие каких-либо эластичных "развязок" полностью исключает возникновение паразитных механических резонансов.

Дополнительные параметры мотора (для шагового режима, при прямоугольной форме фазного напряжения):
Обороты диска (об/мин) - 33,333... / 45,0.
Коэффициент редукции - 8,0 / 8,0
Круговая частота ротора (Гц) - 0,555... / 0,74.
Частота шагов поля статора (Гц) - 960,0 / 1296,0.
Период шага ротора (мс) - 1,0416... / 0,7716.
Частота фазного напряжения (Гц) - 120,0 / 162,0.
Число шагов ротора за 1 оборот диска - 1728,0 / 1728,0.

Есс-но, при питании трапециидальным или синусоидальным напряжением ни о каких "шагах" речь не идет, движение ротора (даже без маховика) происходит плавно, синхронно с вращающимся магнитным полем статора, но в восемь раз медленнее. Эта магнитная редукция позволяет в восемь раз уменьшить подводимую электрическую мощность, при сохранении требуемого крутящего момента на валу мотора.

Полная строительная высота конструкции, от уровня основания, до уровня верхней поверхности диска (без оси для установки пластинок) равна 51 мм.

На рисунке не показан кое-какой мелкий крепеж, и статорные фазные обмотки, но полюсные "гребенки" статора видны. Кроме того, не показан трехкнопочный пульт управления, и (предположительно) графический однострочный 8-символьный дисплей - это отдельные элементы, которые обсуждать не имеет смысла.
С помощью пульта можно будет запускать и останавливать привод, выбирать скорость (33,3 или 45,0 об/мин), и регулировать ее в пределах ~ +/- 2% от номинальной. Дисплей будет служить для отображения скорости с точностью до 3 знаков после запятой, а также для индикации основных режимов работы.

По моему мнению, конструкция лишена большинства недостатков, присущих как роликовым, так и пассиковым приводам с "внешним" мотором.

[ING]

В начале пластинки головка оказывается в опасной близости - около 40 мм - от
магнитиков. Может пойти магнитная наводка в звуковом диапазоне.

[Valentinych]

Моделирование магнитных полей (метод конечных элементов) в программе Elcut этого не подтверждает. Магнитопровод ротора достаточно эффективно уменьшает рассеяние магнитного поля от магнитов в сторону верхней поверхности диска.
Переменные поля статорных секций в этом направлении также экранированы горизонтальной юбкой ротора, и достаточно мизерны.

P.S. Заменил рисунок в первом сообщении (добавил поясняющие надписи).

[ING]

Кольцевые магниты создают некоторую силу, препятствующую вращению.
Она незначительна, но всё же магнитное поле расходует на это энергию.
Не будут ли магниты размагничиваться?

[Valentinych]

Сообщение от ING

Кольцевые магниты создают некоторую силу, препятствующую вращению.
Она незначительна, но всё же магнитное поле расходует на это энергию.
Не будут ли магниты размагничиваться?

Производитель магнитов гарантирует сохранение их параметров в течение не менее 12 лет. На магнитных кольцах из аналогичного материала делаются магнитные подшипники (радиальные и осевые) для сверхскоростных центрифуг (~100.000 об/мин), предназначенных для обогащения радиоактивных изотопов. Безостановочный режим работы таких центрифуг несколько лет.

Сообщение от SSKAIN

А какие инструменты контроля за скоростью вращения?
какой Wow and Flutter , рассчётный\реальный ?

Никаких.
Как уже было сказано выше, мгновенная стабилизация скорости (Flutter) обеспечивается инерцией маховика и запасенной в нем энергией. Долговременная стабильность (Wow) определяется синхронным режимом работы мотора, и стабильностью кварцевого резонатора, и в худшем случае имеет значение порядка 10^-(6-8). Мгновенная же нестабильность генератора (джиттер) является довольно высокочастотной, и очень хорошо фильтруется маховиком.

Тоже самое можно с уверенностью утверждать по поводу присущих синхронным моторам резонансов около точек магнитного равновесия ротора. Величина этих флуктуаций даже теоретически, в худшем случае, не может быть больше 1/2 периода "шага" ротора, да и то при работе мотора в режиме холостого хода, иначе произойдет срыв синхронизации. Здесь же мотор работает "на пределе возможностей", т.е. развивает ~80-90% от максимальной мощности (правда эта мощность всего лишь 3-5 мВт), значит даже теоретические колебания ротора относительно точек магнитного равновесия стремятся к нулю.
Добавим сюда величину "шага" ротора: в рассматриваемой конструкции она равна всего лишь двенадцати угловым минутам. Следовательно, максимальное отклонение фазы ротора, относительно фазы вращающегося магнитного поля статора, не приводящее к срыву синхронизации, не может превышать шести угловых минут (режим ХХ).

Нестабильности, обусловленные трением в подшипниковом узле сознательно игнорирую - качество изготовления сопряженных пар трения заведомо достаточное.

Инструментальных замеров суммарных нестабильности угловой скорости не проводил, т.к. не располагаю измерительными инструментами требуемой точности.

[ING]

Пожалуй, таких столов даже фирмы не имели, делавшие винил.
Но запас не помешает. Придраться больше, вроде, не к чему.
Остаются только эзотерические засады. Например, использование ООС
в питании движков умудряется пагубно влиять на звук.
Примите пожелания хорошего звука. Надеюсь, и остальные узлы будут
соответствующими. Будет возможность - расскажите.

[Valentinych]

Никаких ООС в питании и управлении приводом не планируется. Устройство будет работать от аккумулятора (12 В, 7 А/час), с автоматической подзарядкой от сети в паузах между работы.
Емкости такого аккумулятора вполне достаточно для непрерывной работы привода в течение нескольких часов.
Что касается эзотерики, так я специально и вышел погулять на это поле, зная, что именно здесь пасутся любители этой дурман-травы.

До окончательной реализации "в железе" довольно далеко - занимаюсь этим проектом периодически, когда посещает муза.
Но как только появится что-то конкретное, обязательно расскажу и покажу.

По поводу остальных компонентов системы. Есть наработки (правда, пока чисто умозрительные) по адаптивному тонарму, способному автоматически подстраивать VTA и прижимную силу на покоробленных пластинках, тоже на магнитных подвесах, и с управлением от микроконтроллера. Правда, это планы даже не завтрашнего дня...

И кста... Было бы интересно "спарить" Ваш тангенс с моим приводом. Если хотя бы на пальцах расскажете принципы, постараюсь подсказать кое-какие решения для улучшения Вашего пипилаца.

[Малиновский Александр]

Сообщение от Valentinych

На одном из параллельных форумов выложил рисунок своего варианта прямоприводного винилокрута. В надежде услышать конструктивные замечания. Увы...
Сильно надеюсь, что местная уважаемая публика скажет что-нить более определенное и вразумительное.

Объявите цель, которую Вы хотели бы достичь, соорудив такое довольно высокотехнологичное устройство?

[Valentinych]

Сообщение от Малиновский Александр

Объявите цель, которую Вы хотели бы достичь, соорудив такое довольно высокотехнологичное устройство?

Уважаемый Александр! Разве нельзя обсуждать технические достоинства или недостатки конструкции, без декларирования высоких целей и потаённых устремлений автора?
Хотя думаю, они (цели и устремления) и так очевидны...

Что же касается "довольно технологичного устройства", то не такое уж оно и высокотехнологичное. Все, что предложено к обсуждению, вполне доступно для повторения, если рядом есть самая захудалая станция технического творчества с парой не разбитых станков - токарного и фрезерного. Ну разве что для изготовления статорного железа потребуется что-то более продвинутое, типа электроэррозионного станка, или лазерного резака по металлу.
Магниты стоят копейки, и вполне доступны для приобретения в интернет-шопах.
Композитный диск можно отформовать вообще дома, на кухне.
Маховик из баббита тоже можно отлить в гараже, располагая только паяльной лампой, строительным гипсом для опоки, и элементарными навыками юного литейщика.
А про железо для магнитопроводов я и не говорю. Даже сегодня, порывшись в металлоломе на соседней свалке, вполне можно найти пару чушек из сырой стали.

Так что даже и не знаю, что Вам еще сказать...
Да! Есть еще один необходимый компонет: РУКИ. Вот они-то точно должны присутствовать, и расти из нужного места.

Конечно, если считать верхом аудиофилийной самодельщины тонарм из трубки от велосипедного насоса, то предложенную мной конструкцию не повторить.
Хотя думаю, что уважаемый Анатолий Маркович обнародовал эту свою разработку в порядке шутки, а не как венец его новаторства.

[ING]

Сообщение от Valentinych

Никаких ООС в питании и управлении приводом не планируется. Устройство будет работать от аккумулятора (12 В, 7 А/час), с автоматической подзарядкой от сети в паузах между работы.
Емкости такого аккумулятора вполне достаточно для непрерывной работы привода в течение нескольких часов.
Что касается эзотерики, так я специально и вышел погулять на это поле, зная, что именно здесь пасутся любители этой дурман-травы.

До окончательной реализации "в железе" довольно далеко - занимаюсь этим проектом периодически, когда посещает муза.
Но как только появится что-то конкретное, обязательно расскажу и покажу.

По поводу остальных компонентов системы. Есть наработки (правда, пока чисто умозрительные) по адаптивному тонарму, способному автоматически подстраивать VTA и прижимную силу на покоробленных пластинках, тоже на магнитных подвесах, и с управлением от микроконтроллера. Правда, это планы даже не завтрашнего дня...

И кста... Было бы интересно "спарить" Ваш тангенс с моим приводом. Если хотя бы на пальцах расскажете принципы, постараюсь подсказать кое-какие решения для улучшения Вашего пипилаца.

Имеются хорошие отзывы об аккумуляторном питании. Впрочем, и плохие тоже.
Когда будет железо, всё выяснится постепенно.
Полагаю, адаптивный тонарм потребует компромиссов, которые перевесят
стремление к проигрыванию покоробленных пластинок. Я использую подобные
отклонения только для временных, измерительных целей.
Я разрабатывал свой пепелац для бескомпромиссных вертушек, поскольку
именно к таким надо сегодня стремиться. Можно спарить его и с Вашей,
причём выявится ещё одно его преимущество.
Дело в том, что Ваш диск имеет диаметр, превышающий диаметр пластинки.
Далеко не каждый тонарм, а тем более тангенциальный, будет с ним работать.