Hilfe bei Berechnung eines Elektromagneten?

[Hendrik W. (hendrik_w)]

Hi Leute,

ich brauche mal Hilfe beim Lösen des folgenden Problems:

im Innern eines Stapels aus auf einem Kunstsoffträger gewickelten Spulen 
soll sich ein Läufer (Permanentmagnet) mittels Kommutierung der Spulen 
möglichst schnell bewegen, möglichst genau positionieren lassen und 
möglichst viel Zugkraft erzeugen können. Das entspricht ja quasi einem 
linearen Schrittmotor. Das ganze soll nachher möglichst kompakt werden.

Bekannte (variable) Größen:
* Windungszahl n
* Drahtquerschnitt A_d
* Spulenanzahl m
* Spulendurchmesser außen und innen D_a, D_i
* Spulenlänge l
* Abstand zwischen Spulen d_S
* Luftspalt zum Läufer d_L
* Zugkraft F_Z, die der Läufer einer Last entgegen bringen können soll

Fragen:

1) wie berechnet sich die notwendige anzulegende Spannung für eine 
gegebene Zugkraft F_Z aus den gegebenen Größen
2) wie berechnet sich die Stromaufnahme der Spulen bei maximaler Last 
aus den gegebenen Größen
3) fehlen Größen für die Berechnung, wenn ja, welche?

Vielen Dank!

Beste Grüße,
Hendrik

[T. roll (Gast)]

Das erscheint nicht wirklich trivial geradeaus berechenbar. Ich wuerd 
mal empfehlen etwas zu bauen und auszumessen.  Was man rechnen kann, ist 
das Magnetfeld einer Spule als 3D Vektorgroesse. Wie das dann mit 
Pemanentmagneten zusammenspielt ist dann schon nicht mehr so klar. Die 
Felder, dh das Pemanente, und das bestromte ueberlagern sich. Der Magnet 
ist sicher Nichtlinear.

[T. K. (maxtronik)]

Hallo,

Helfen könnte dir für sowas FEMM.
Ist eine Simulationssoftware und kann Zugkraft und soweiter numerisch 
"bestimmen". Praktisch gesehen kannst du die Zugkraft nicht im Bezug zur 
Spannung berrechnen. Das geht nur durch experementieren.

Gruß maxtronik

[T. K. (maxtronik)]

Auf dieser Seite findest du nette Informationen über solenoids.
http://www.coilgun.eclipse.co.uk/electromagnetic_basics_1.html

[Carsten R. (kaffeetante)]

Der nächste der die Wunderwaffe bauen will.

[Hendrik W. (hendrik_w)]

Carsten R. schrieb:
> Der nächste der die Wunderwaffe bauen will.

Hah, nene... keine Wunderwaffe. Lediglich einen starken, präzisen, 
möglichst kompakten Linearaktuator, um Seilzüge zu bedienen. Ein Stepper 
mit Spindeltrieb kommt aufgrund seiner geringen Schnelligkeit 
wahrscheinlich nicht in Frage. Aber ich bin noch in der Konzeptphase. Da 
kann sich das durchaus auch nochmal ändern.

Also ihr tendiert zu einem Versuchsaufbau, an dem man dann mal ein paar 
Messungen bezüglich Leistungsaufnahme, Verlustleistung und Zugkraft 
durchführen kann? Hmm, mal gucken, ob ich das durchkriege. :)

[Uwe .. (uwegw)]

Es gibt haufenweise fertige Linearmotoren, die sich mit etlichen Metern 
pro Sekunde verfahren lassen. Natürlich nicht billig, aber dafür 
plug&pray...

[Hendrik W. (hendrik_w)]

Uwe ... schrieb:
> Es gibt haufenweise fertige Linearmotoren, die sich mit etlichen Metern
> pro Sekunde verfahren lassen. Natürlich nicht billig, aber dafür
> plug&pray...

Die Frage ist, ob diese sagen wir 200N auf einer Baugröße von ca. D = 
20mm und L = 250mm liefern können. Verstellweg muss übrigens keine 250mm 
betragen. Ich schätze, 20mm werden sogar reichen. Dafür müssen sie auf 
diesen 20mm Verfahrweg sehr präzise und schnell sein.

Diese Frage stellt sich übrigens auch bei dem von mir angepeilten 
Konzept. Oder ist das völlig hanebüchen?

[F. F. (foldi)]

Hendrik W. schrieb:
> Die Frage ist, ob diese sagen wir 200N auf einer Baugröße von ca. D =
> 20mm und L = 250mm liefern können.

Hört sich für mich so auf Anhieb schon ziemlich kräftig an.
Wenn du den gebaut hast, zeigst du uns den bitte!

[amateur (Gast)]

Alles was mit Magnetik zutun hat lebt sehr stark von der Geometrie. Das 
betrifft sowohl sämtliche Abstände als auch die Bauform selbst. Aus 
diesem Grunde würde Dir eine schlaue Formel nichts nutzen.
Übrigens: Denke daran, dass die meisten Kunststoffe echt miese 
Wärmeleiter sind.

[Hendrik W. (hendrik_w)]

amateur schrieb:
> Alles was mit Magnetik zutun hat lebt sehr stark von der Geometrie. Das
> betrifft sowohl sämtliche Abstände als auch die Bauform selbst. Aus
> diesem Grunde würde Dir eine schlaue Formel nichts nutzen.
> Übrigens: Denke daran, dass die meisten Kunststoffe echt miese
> Wärmeleiter sind.

Da ich auch den Spulenträger selber bauen kann, könnte ich auch auf 
Aluminium oder so aufwickeln, was allerdings die Gefahr von 
Kurzschlüssen erhöht.

Mal gucken, ob das klappt... ich hab da so gar keine praktischen 
Erfahrungen mit. Hab zwar 8 Semester Mechatronik studiert, aber konkret 
berechnet oder gar gebaut hab ich sowas noch nicht.