ТЕМА:

Свежая версия программы обслуживания магнитометра 7.3
Инсталляция не требуется.
С помощью ее можно удобно посматривать выкладываемые .CSV файлы с данными и запоминать скрины.
Исполняемый файл yadi.sk/d/_c2sDaMYbU1ZGQ

видео. yadi.sk/i/9TUemBWgAie6jw

Делаем вторую часть измерительной установки.

Пришел таки долгожданный энкодер.

Схема практически та же. При вращении ротора энкодер выдает две последовательности импульсов А и В, сдвинутые на 90 град.
Который опережает, зависит от направления вращения. Весь круг получается разделен на 2048 секторов по примерно 0.18 град.
Длительность каждого импульса обратно пропорциональна мгновенной скорости ротора в данном секторе. Измеряем ее с помощью таймера с точностью 12.5нс.
Получается разрешение по углу 0.18 град. Разрешение по величине скорости 32 бит.
Думаю будет достаточно.


Бинарник для микроконтроллера - ссылка
Программа для компьютера - ссылка

P.S.
Если кто будет повторять - нужен микроконтроллер серии F103 с не менее 20К RAM (у меня STM32F103RC6).
Так как из за высокой скорости генерации данных - работаем с буфером.

Файлы для 3D принтера узла держателя уголка с регулировками по 3м осям.

Ротор.
Для того чтобы перейти наконец то к собственно вращению - нам нужно то, что собственно будет вращаться - ротор. Когда начинал эту тему - по понятным причинам, ведь повторюсь, магнитостатикой ранее не занимался, искал точку отсчета. Первичный поиск показал - кругом фейки - куда крестьянину податься…

Так вот среди многих интернет авторов почему то выделил ролики Юрия Юрина.
Вот ссылка на его канал. www.youtube.com/user/PrimiDaR/videos
Почему он? Чем он отличается от многих других на просторах инета?

1) У него в качестве ротора используется стальной блин. Не знаю как Вам, а мне как минимум показалось оригинальным. Стальной блин - выглядит круто... Шутка.
Как оказалось, на немагнитных роторах, есть проблема диаметра ротора в свете взаимодействия магнитов статора с обратной стороной магнитов ротора. И еще оказалась немаловажной инерционная составляющая сравнительно массивного ротора.
Но об этом несколько позже - все по порядку.

2) Человек, в отличии от нескольких других авторов с которыми пытался общаться, адекватно идет на контакт, не выставляя себя как немыслимого изобретателя всех времен и народов. К сожалению - это редкость.

3) В течении достаточно долгого времени (тройку недель) пообщавшись с Юрием, не почувствовал в нем желания чем либо хвалиться или скрывать. Желания раскрутить свой канал за счет дешевых трюков тоже не почувствовал. Да, человек реально не может объяснить особенности конструкции. Однако похоже это потому, что по видимому привык работать только руками, чисто для себя, не пытаясь, что то документировать. Чувствовать, но не уметь объяснить. По крайней мере у меня, после общения, сложилось именно такое впечатление.

Хотел бы выразить Юрию огромную благодарность за потраченное на общение со мной время.

Итак, чтобы с чего то начать, назначаем любимой женой ротором - стальной блин

Болгаркой….
Пилите Шура Fantom, пилите….


В результате получаем вот такой артефакт.
Внешний диаметр 160мм
Толщина 6мм
Вес 905g

Cобираем измерительный стенд.





Видео как работает энкодер.

Vikt1 пишет: Вы сделали диск слесарными методами, как то балансировали? Если нет, то не помешает ли это?

Сделал теми средствами что были в распоряжении. Сознаю все риски. Отцентрировал как мог. Понятно что лучше бы сделать на токарном или CNC... но ситуация...
Скорости вращения планируются весьма низкие. Думаю для начала исследований - норм. А во вторых вот сейчас все и посмотрим - у нас есть идеальное средство балансировки - контроль мгновенной скорости ротора
С уважением

Первый запуск измерителя мгновенной скорости.
Крутим руками ротор без магнитов.



По горизонтали - градусы поворота начиная с первого перемещения ротора. Задано записывать 2 оборота.
По вертикали условные единицы - близки к угловым минутам в минуту. Вычисляются как
1000,000,000 делить на длительность прохождения ротором сектора 360/2048 градусов в единицах времени равных 12.5нс
Мне понравились масштабы значений - легко для анализа. Нам главное - чтоб была возможность сравнивать.

Как мы видим, за счет трения, скорость снижается с 10580 на угле поворота 50град до значения 8425 на угле поворота 410 град.
То есть на 2155 единиц или 20.4% за оборот. При массе ротора 90гр это немало.
Их же, эти 20.4%, потом придется компенсировать для обеспечение постоянного вращения!
Видимо создатели энкодера, подшипники которого служат средством вращения нашего ротора не особенно заботились о трении при повороте. Будем иметь данный факт в виду.

Видео измерения .
Видео работы программы .

Vikt1 пишет: С чем может быть связан провал между 500 и 550гр?

Не могу сказать. Он не повторяется каждый оборот поэтому скорее всего помехи.
Получился достаточно точный измеритель параметров механической системы.
В таких системах всегда есть флуктуации. Ждать что все будет идеально - неосмотрительно.
Возможно нужно будет проводить 2-3 измерения.

С уважением

Семейство кривых торможения трением в зависимости от начальной скорости ротора.
Данные за два оборота. Это максимальный обьем буфера измерительной системы.


Как видим из значений, со снижением скорости влияние трения на торможение ротора заметно возрастает.
Запомним этот факт - возможно позже пригодится.

P.S.
Детально, в любом масштабировании и смещении посмотреть графики можно средствами программы из поста ранее , загрузив в нее приложенный .CSV файл командой по правой кнопке мышки - Load ALL data.

Первый эксп.
На роторе стопка из 6 магнитов 12х2 мм.
На статоре 1-2-3 кубических магнита 10х10х10мм

Смотрим на динамику скорости ротора в режиме притягивания и выталкивания на угле поворота ротора в 45 град.


А вот график напряженности МП.

Как видим - приращение силы весьма нелинейно быстро убывает при увеличении количества одинаковых магнитов в стопке.
Что подтверждает снятый график напряженности МП.
1M - 2M = 100 ед (изменение 23%), 123% от величины 1М
2M - 3M = 80 ед (изменение 15%), 141% от величины 1М

Видео процесса измерений.

Fantom братан, я не пойму(туповат стал по некоторым причинам), как с помощью энкодера измерять собрался? этож надо чтобы было противодействие тогда будет понятно, а так если увеличить диаметр диска то и скорость изменится на энкодере, а скорость на периферии будет выше, больше диаметр диска больше рычаг, скорость на энкодере с большим диаметром будет например такая же, а вот на периферии больше. или таким образом под этот диаметр диска только работать?не совсем понятно что конкретно хочешь получить при этом? исследовать при каком положении магниты лучше будут толкать или тянуть? а далее чего?

Danunax пишет: Fantom братан, я не пойму(туповат стал по некоторым причинам), как с помощью энкодера измерять собрался??

Энкодер стоит на валу. Точнее вал энкодера и служит валом для ротора. То есть он измеряет угловую скорость вращения, а она одинакова для всех точек ротора, не зависимо от его диаметра. Подчеркну мы измеряем не линейную скорость ротора, а угловую.
А получить хотел бы понимание как какие элементы статора влияют на скорость и ускорение. Меняя параметры мы по результатам измерений сможем увидеть в правильную ли сторону мы движемся в наших изысканиях. Первая цель пройти 360 град с затратами менее чем 20% от начальной скорости.

С уважением

Fantom пишет:

Danunax пишет: Fantom братан, я не пойму(туповат стал по некоторым причинам), как с помощью энкодера измерять собрался??

Энкодер стоит на валу. Точнее вал энкодера и служит валом для ротора. То есть он измеряет угловую скорость вращения, а она одинакова для всех точек ротора, не зависимо от его диаметра. Подчеркну мы измеряем не линейную скорость ротора, а угловую.
А получить хотел бы понимание как какие элементы статора влияют на скорость и ускорение. Меняя параметры мы по результатам измерений сможем увидеть в правильную ли сторону мы движемся в наших изысканиях.

С уважением

Очевидно же что скорость будет больше если толкнуть сильнее, а если толкнуть ещё раз с той же силой скорость опть же увеличится, и так до тех пор пока сила толкания не сравнится с силой вращения, так сказать уравновесится в некий момент когда толкание уже не будет достаточно быстрым чтоли. Но ведь это отсчёт если есть опора, чтобы реально замерить скорость по идее статор должен быть без опоры и так же свободно вращаться относительно ротора, а иначе сила магнита работает с опорой как рычаг, и если этот рычаг изменить изменится и мнимая скорость. А энкодер показывает только силумагнита из за его опоры на неподвижный статотор. короче говоря чтообы на оси энкодер мерил по идее надо и вращающийся стотор относительно ротора, а иначе получится не скороость магнитного поля в то какая его сила отталкивания от точки опоры.
хз понятно я пояснил или нет не знаю
пс. к тебе Братан всегда с уважением!

и ещё! скорость на периферии всегда отличается от скорости на оси!

Ложки нет.
Не смотря на сумбурность поста от Danunax, в нем поднято несколько важных вопросов, о которых стоит поговорить детальнее.

По поводу рычага между магнитами ротора и статора. Все дело в том, что ложки нет рычага то не существует.

В школе нас учат, что, следуя первому постулату Ньютона, "Тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока какая-нибудь сила не выведет его из этого состояния".
В этом определении можно считать интуитивно понятным и определенным все, кроме термина "сила". До Ньютона это понятие применялось, то лишь в обиходе. Ньютон же его "ввел в научное обращение".... До Ньютона физики использовали лишь понятие о так называемом "количестве движения" mv - (произведение массы на скорость). Движущиеся тела при взаимодействии могли обмениваться (частично) своими количествами движения.

Представим себе большущую каменюку, движущийся в свободном космическом пространстве вдали от полей тяготения. Умные ученые посчитали и решили, что оная каменюка через некоторое время может вдарить по Земле. Поскребли по сусекам, привлекли Илона Маска и таки склепали космический корабь. Послали его на встречу каменюке - уничтожать типа будут. "Мстители" нервно курят в сторонке. Долго ли коротко, долетел наш корабь до каменюки. Лег в аккурат на параллельный курс ну и пошел значит замес. Принялись наши бравые космонавты астронавты обстреливать каменюку ракетами, видимо с высокой целью насаждения там демократии.
Несомненно, что с каждым попаданием, астероид будет приобретать некоторое “количество движения” в направлении движения ракет. Через некоторый промежуток времени этого “количества движения” накопится достаточно, чтобы отклонить каменюку от курса на Землю. Хеппи-энд, попкорн - в урну. Запуская ракеты мы как бы потратили некоторое количество энергии, необходимое для изменения его траектории, придали ему количество движения в определенном направлении и тем самым совершили над ним работу.

Где тут рычаг через который передается сила? Ан нету его. Ракета отчалив от корабля, лишается физического контакта с ним. Попадет она в астероид, передав ему импульс силы, или пролетит мимо, для ее источника не играет никакой роли. Он получил от ракеты импульс в противоположную сторону ее полету при старте и на этом “вся их любовь закончилась”.
Так где же тот рычаг между кораблем и астероидом?

Если говорить об уединенном теле (вокруг ничего нет) находящемся в зоне действия некой силы, то F*T = mV (F - величина силы, Т - время ее действия на тело, m масса тела которому передается импульс, V его скорость). То есть пока действует сила - тело всегда будет двигаться с ускорением в направлении вектора действия силы. И опять же где тот рычаг? Тело должно иметь что то, точку, которой прикладывается сила. А получается - странное. Этой точкой становится само тело. То есть чтобы сила проявилась для тела - тело должно стать оборотной стороной источника этой силы. То есть рычаг и есть само по себе тело. Просто потому что больше вокруг ничего нет.

В реальной механике никогда не бывает изолированных тел. Всегда есть ряд одновременных воздействий. И в этом случае мы вынуждены добавить косинус угла, между направлением вектора действия силы и направлением вектора реального перемещения тела, вызванного действием этой силы. Чем больше угол между направлением движения тела и направлением приложенной силы, тем ближе угол a к 90град,, тем меньше величина косинуса, и тем ближе к нулю составляющая приложенной силы, вызывающая движение. Обращаю внимание на слова “и направлением вектора реального перемещения тела, вызванного действием этой силы” это важно. Не на угол с направлением движения до начала применения силы, а именно так как написано.

Как например движется маятник на нерастяжимой нити? Наука нам говорит: происходит постоянное преобразование потенциальной энергии в кинетическую и обратно. Это де нужно для того, чтобы суммарная энергия маятника сохранялась постоянной. Опустим то, что сам по себе термин “энергия” это всего лишь некоторая математическая величина,рассчитываемая по определенным формулам, заметим - разным для каждого "вида энергии".
Так вот маятник. Маятник ускоряется на одном участке своего движения и тормозится на другом участке той же самой силой, которая его ускоряла ранее. И на этапе ускорения, и на этапе торможения та самая энергия в локальной системе маятника только тратится. Ведь разгон и торможение это всего лишь знак перед величиной ускорения. Энергия же расходуется на любое изменение параметров движения. А как же закон сохранения энергии, спросите Вы ?
С ним все нормально. Он вполне себе работает. Просто не рамках локальной системы маятника, а в рамках иной системы - “маятник - гравитационное поле планеты”, что бы там термин гравитация не означал.

По поводу системы магнитов. Это иллюзия, что магниты связаны некой материальной пружиной, притягивающей или отталкивающей их. Нету ее. Каждый из них движется под действием комплекса сил рождающихся в теле самого магнита, в удаленный магнит служит всего лишь катализатором этого процесса и не затрачивает на это никакой энергии.
Знаю, что такая постановка вопроса как минимум дискуссионна, в рамках официальной физики. Но возможно стоит подумать о предложенной концепции - вдруг что то полезное получится

По большому счету, задача сводится к преобразованию статики в динамику.
Что движет ротором? - скатывание магнита в потенциальную яму...
Нужно как-то исхитриться и двигать горку за собой. Как это сделать?
Нужен осциллирующий процесс, сдвигающий фазу...
Вращения чего-то на роторе, полагаю, следует избегать