Gleichstrommotoren zur Steuerung der Räder eines Rollstuhls

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Ich mache ein Projekt zur Steuerung der Räder eines Rollstuhls. Der Durchmesser des Rades beträgt ungefähr 25-30 Zoll, das Gewicht, das der Rollstuhl tragen soll, beträgt bis zu 80 kg und es sollte mit einer Geschwindigkeit von 0,5-0,7 Metern pro Sekunde laufen. Ich dachte an die Verwendung eines 24-V-Gleichstrommotors. Welche Geschwindigkeit und Leistung muss der Gleichstrommotor liefern, um einen Rollstuhl mit den oben angegebenen Spezifikationen zu bewegen.

Syed Souban
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Criss veröffentlicht hier: electronics.stackexchange.com/q/349100/152903
Solar Mike
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"Soll bis zu 80 kg tragen" - die Motoren müssen sowohl das Gewicht des Menschen als auch den Rollstuhl selbst bewegen .
Jonathan R Swift

Antworten:

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Welche Geschwindigkeit und Leistung muss der Gleichstrommotor bereitstellen, um einen Rollstuhl mit den oben angegebenen Spezifikationen zu bewegen?

Raddrehzahl = Stuhlgeschwindigkeit / Raddurchmesser x 60
Motordrehzahl = Radgeschwindigkeit / Übersetzungsverhältnis.

Motorleistung = hard_without_more_data.
Faktoren sind: Reibung, Wirkungsgrad des Getriebezugs, Wirkungsgrad des Motors, Teppich-Linoleum-Beton- ..., Gefälle oder Flach, ...

Schauen Sie sich vorhandene Stühle an.
2 x 500 Watt scheinen in vielen Fällen gut zu sein. Niedriger oder sogar viel niedriger kann in Ihrem Fall in Ordnung sein.
In einer Demonstrationsversion auf einem glatten harten Boden mit einem guten Motor und Getriebe und glatten harten Rädern würde ich erwarten, dass 100 Watt wahrscheinlich akzeptabel sein würden.
Bei Ihrem Ziel sind die Geschwindigkeitsverluste durch Luftwiderstand minimal.

Passen Sie eine der folgenden Einstellungen an (erhöhen Sie sie), um Verluste aufgrund des Motorwirkungsgrades (z. B. 80-90%) und des Getriebewirkungsgrades (90-95%?) Auszugleichen.


"Windage"

Die Leistung aufgrund des Luftwiderstands kann aus der Widerstandsgleichung bestimmt werden.

Luftwiderstand = 0,5 x Luftdichte x Fläche x Luftwiderstandsbeiwert x Geschwindigkeitsquadrat
Leistung = Luftwiderstand x Geschwindigkeit.
Woher:
Leistung (Watt) = 0,5 × 1,2 kg / m × 3 × A × 1 × V × 3.
A in m ^ 2
V in m / s
Cd = 1 = flacher Plattenwiderstand - ungefähr richtig für einen Rollstuhl

Bei 1 m / s und 1 Quadratmeter Fläche Leistung = 0,6 x 1 x 1 x 1 ^ 3 = 0,6 Watt!
Bei 2 m / s (7 km / h) Leistung 5 Watt.
Bei 5 m / s (18 km / h) Leistung = 75 Watt

dh in einer "stillen Luft" -Umgebung oder in einer Umgebung, in der geringfügige Luftbewegungen auftreten, liegt der Verlust der Luftleistung wahrscheinlich unter 10 Watt. In Umgebungen mit starkem Wind können erhebliche Leistungsspitzen auftreten.


Klettern:

Wenn der Rollstuhl auf einer nicht ebenen Fläche fährt, ist zusätzliche Kraft erforderlich, um die potenzielle Energie bereitzustellen, die durch den Höhengewinn erzielt wird.
Energie, die erforderlich ist, um m kg gegen die Schwerkraft nach oben zu bewegen ga Höhe h
E = mhg
g id ungefähr 9,8 m / s / s, was für diese Art von Arbeiten auf g = 10 angenähert werden kann. In SI-Einheiten m kg, hm, vm / s, gm / s / s:

Energie = 10.mh Watt, Sekunden.
Um dies in der Zeit t Sekunden zu erreichen, ist
Power = E / t = 10.mh/t.

Erforderliche Leistung = 10 mx die Höhenzunahme pro Sekunde.
Bei einem Rollstuhl, der mit einer
Geschwindigkeit von V m / s bis zu einer Steigung von d Grad fährt, ist eine Erhöhung der Höhe pro Sekunde = v.tan (d).

Leistung aufgrund der Steigung = 10.mV x tan (d)

Für beispielsweise eine 5 - Grad - Neigung auf 1 m / s und 100 kg all up Last
Watt = 10.mvtan (d) = 10.100.1.tan (5) ~ = 90 Watt
dh die Leistung eine Steigung hinauf erforderlich ist nicht trivial oberhalb ein paar grad.

Für eine Neigung von 1 in X ist
x = 1 / (tan (d)).
Also ist eine Neigung von 5 Grad = 1 in 1 / (tan (5)) = 1 in 11,4

Russell McMahon
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Die Verluste durch Wind sind minimal: Haben Sie versucht, einen Rollstuhl gegen den Wind zu schieben oder sogar gegen den Wind zu laufen?
Solar Mike
Ich nehme an, er wird den Rollstuhl nicht im Freien benutzen, wenn es einen Hurrikan gibt. :)
Jem Eripol
@JemEripol muss kein Hurrikan sein - ein starker Wind macht einen signifikanten Unterschied ...
Solar Mike
@SolarMike Siehe Zusatz zur Antwort. In Innenräumen ist der Verlust an Luftwiderstand normalerweise minimal.
Russell McMahon
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@SolarMike Er tadelt so. Wenn es für Langlauf / Olympia / Parasport / ... wäre, dann müsste er das der Spezifikation hinzugefügt haben ODER seine Anforderung grob unterrepräsentiert haben. | Seine Beschreibung lautet "Ich mache ein Projekt zur Steuerung der Räder eines Rollstuhls" und seine Fragen lauten "... welche Geschwindigkeit und Leistung muss der Gleichstrommotor bereitstellen, um einen Rollstuhl mit den oben angegebenen Spezifikationen zu bewegen" [?]. || Wenn sein Bedürfnis komplexer ist, muss er seine Frage erweitern. Die Antwortenden könnten ansonsten unendlich viel Zeit damit verbringen, Lösungen für meist irrelevante Anwendungsfälle vorzuschlagen.
Russell McMahon