Como medir o peso máximo que um motor DC pode mover?

Estamos trabalhando em um projeto de veículo elétrico controlado por computador, baseado em um chassi de quadriciclo.

Enquanto procurava um motor DC para mover este veículo (que é estimado em 350 kg), encontrei um motor elétrico para cadeira de rodas. É um motor de 500 W 108 rpm 24V DC e possui seu próprio diferencial. O vendedor me disse que pode movimentar até 540 kg. Não sei em que fato esse número se baseia.

Eu também tenho um motor de 500 W 1500 rpm 24 V DC. Se diminuir a rotação e aumentar o torque com a mesma proporção do motor elétrico da cadeira de rodas por meio de redutores, ele pode se mover até 540 kg? Ou o peso máximo que um motor pode mover depende de outros fatores? Como posso medir isso?

Desde já, obrigado.

"O vendedor me disse ..." LOL! Se a física fosse dele, ele provavelmente não seria um vendedor. De qualquer forma, o trabalho dele é fazer uma venda, independentemente de o aparelho estar funcionando ou não.

A primeira coisa que você precisa decidir é quanta energia o motor precisa ter. Você pode se preocupar com torque e velocidade posteriormente. Eles podem ser trocados entre si, mas você não pode enganar a física que requer um certo poder para determinadas tarefas.

Há dois critérios para o usuário final que você precisa analisar para decidir o poder. Essa é a rapidez com que você deseja acelerar e qual velocidade mínima deseja subir uma colina decente. Vou usar o critério hill como exemplo.

Digamos que você queira conseguir 20 MPH acima de 20%. Nota de 20% significa que você aumenta 1 parte para cada 5 em diante. Como o único trabalho de física que está sendo feito está aumentando, o problema se reduz a elevar 350 kg a 4 MPH. 4 MPH é de 1,8 m / s, e aqui na terra 350 kg pesam 3,43 kN. A energia gasta é, portanto:

  (1,8 m / s) (3,43 kN) = 6,13 kW

É claro que haverá algum atrito a ser superado, portanto, você deseja cerca de 10 kW neste exemplo. Como 500 W não está nem perto, você precisa especificar um desempenho muito menor ou obter um motor muito maior (e a fonte de alimentação para alimentá-lo).

Vamos dar uma olhada e ver o que 500 W pode fazer.

  (500 W) / (3,43 kN) = 146 mm / s

É a rapidez com que 500 W pode levantar toda a unidade. Aplicando isso a uma classificação de 20%, por exemplo, ele pode se mover a 5x isso, ou 730 mm / s, ou 1,63 MPH. Na realidade, haverá atrito e outras perdas, portanto, provavelmente não mais que 500 mm / s = 1,1 MPH.

Adicionado sobre o torque

Você deve começar com a energia conforme descrito acima. Depois de ter decidido quanta energia o motor deve fornecer, você enfrenta a compensação de torque / velocidade. Você pode descobrir qual torque / velocidade precisa nas rodas, mas isso geralmente será muito lento e muito alto para um motor elétrico razoável produzir diretamente. Como resultado, haverá alguma engrenagem entre o eixo da roda e o eixo do motor. Como as engrenagens estão lá de qualquer maneira, escolha um bom motor e, em seguida, projete a relação de engrenagem de acordo, e não o contrário.

Para colocar isso em perspectiva, vejamos o torque e a velocidade necessários para subir 20% a 20 MPH, conforme descrito acima. Digamos que as rodas tenham 500 mm de diâmetro, raio de 250 mm e circunferência de 1,57 m. 20 MPH é 8,9 m / s, portanto a roda deve girar a 5,7 Hz. Não é provável que você obtenha um motor adequado com potência e eficiência de pico a 5,7 Hz (342 RPM). Você provavelmente terminará com uma relação de transmissão de 5x a 10x, dependendo do melhor motor disponível que encontrar.

Por exemplo, digamos que você decidiu que precisa de um motor de 10 kW. Isso pode chegar a 60 Hz (3600 RPM) e 26,5 Nm, 20 Hz e 80 Nm, ou uma variedade de outras combinações que resultam em 10 kW. Motores adequados estarão disponíveis apenas em combinação limitada e a engrenagem provavelmente será projetada de qualquer maneira. Escolha o motor e deixe-o ditar a relação de transmissão.