Drehstrom-Synchronmotor im City-El - Elektroauto Forum

Drehstrom-Synchronmotor im City-El

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weiss

Administrator
15.01.2004
2.275
[quote Claus.]
Leider kann ich sonst keine Angaben zu dem Fahrzeug mehr machen.
Habe den City-El Fahrer 2001 in München kennengelernt und er ist seit dem "verschollen".
Vielleicht ist das EL in neuen Händen ?
[/quote]
hallo claus .-)
den hab ich mal "probegefahren". der war auf die ersten meter sehr träge aber danach ging er ab -so wie hier meist geschrieben wird- wie "schmits..."
er wollte -nach damaligen angaben- das el tauschen/verkaufen hab allerdings auch den kontakt zu ihm verloren...
 

andreas Andreas

Aktives Mitglied
25.10.2005
1.402
Hallo
Vermutlich ist das ein Asynchronmotor. So ein Motor ist mir zu groß. Kleiner und leichter als der Thrige sollte es doch werden, oder? Und mehr Leistung bitte! Und weniger Kettenverschleiss durch geringere Untersetzung.
Gruß
andreas
 

R.M

Bekanntes Mitglied
24.12.2006
10.248
Hallo

Die Drehzahl dürfte genau so wie die Spannung ein Problem werden, sprich kleine Baugröße, hoher Wirkungsgrad und niedriges Gewicht erfordern hohe Spannung und hohe Drehzahlen, du müstest also entweder stark untersetzen oder überdimensionieren was natürlich Gewicht bringt.

Selbst die Drehzahl vom PMS 120 ist schon recht hoch für eine einstufige Übersetzung wenn du vernüftig Leistung haben willst.

Gruß

Roman
 

andreas Andreas

Aktives Mitglied
25.10.2005
1.402
Hallo Roman
Warum sollte eine Spannungserhöhung etwas an den Motordaten, speziell dem Wirkungsgrad ändern? Entscheidend ist die Stromdichte in der Nut.
Ich kann einen Bürstenlosen Motor so wickeln, daß er bei jeder beliebigen Spannung eine vorgegebene Drehzahl hat. Innerhalb des Motors ist die Spannung aber fast egal, lediglich die Zuleitungen und Brücken (Nicht die Wickelköpfe) werden ein wenig günstiger. Der Umrichter wird mit höherer Spannung weniger Verlust haben, wiederum ein reines Zuleitungsproblem, denn auch bei MOS-Fets ist das Volumen ungefähr proportional zur Schaltleistung. Auch Batterien werden mit höherer Spannung und kleinerem Strom nicht besser im Wirkungsgrad, lediglich die Zuleitungen.
Sicher steigt die Leistungsdichte mit der Drehzahl. Aber es steigen dann auch die Verluste durch Wirbelströme, Luftwiderstand, Getriebe. Durch Spannungserhöhung habe ich mehr Zellen, die ich überwachen muß, spätestens da wirds zum Nachteil.
Ich habe jetzt zwei Motoren neu gerechnet, Statordurchmesser jeweils 115mm x 28mm Länge, einmal 12N14P und 18N20P. Ich komme bei 100A Phasenstrom auf 16 bzw.19Nm und 45W ohmsche Verluste. Da kommen noch die Wickelköpfe dazu und ein Füllgradverlust. Das ist aber nicht die Welt. Sagen wir, es wären 150W , für 2 Motoren 300W bei zusammen 35Nm (Als Dauerleistung).
Die Wicklungen sind also mit wenigen Milliohm sehr niederohmig. Wie kann es sein, daß solch ein Motor trotz der niedrigen Windungszahlen so viel Moment entwickelt? Es sind die Magneten und die Führung des Feldes. Der Bürstenlose Aussenläufer ist hier dem Innenläufer und den Scheibenläufern überlegen. Ausserdem ist der Bauaufwand erheblich geringer.
Zwei Probleme haben die LRK-Motoren aber: ein 12N14P dreht das magnetische Feld 7 mal so schnell, ein 18N20P sogar 9 mal schneller als die Glocke rotiert. Das führt sicher zu erhöhten Wirbelstrom und Ummagnetisierungsverlusten. Das zweite Problem ist die Wärmeabfuhr durch den innenliegenden Stator. Eine Wasserkühlung werde ich bei 150W ohmscher Verlustleistung wohl nicht vorsehen. Eher wird es eine erzwungene Luftkühlung. Denn irgendwann muß die Energie wieder weg.
Folgenden Stator habe ich mir ausgesucht, aber noch nicht bestellt:
http://cgi.ebay.de/Lichtmaschine-HONDA-CX650-CX500-GL650-CX500-GL500-NEU_W0QQitemZ200166303401QQihZ010QQcategoryZ76122QQrdZ1QQssPageNameZWD1VQQtrksidZp1638.m118.l1247QQcmdZViewItem
Vielleicht findet ja jemand das Blechpaket ohne Wicklung für weniger Geld?

Gruß
andreas
 

R.M

Bekanntes Mitglied
24.12.2006
10.248
Hallo

Die Art des Bleches hat einen massiven Einfluß auf den Wirkungsgrad, schau dich mal Bereich der NF-Übertrager um, da gibts sehr gute Bleche, aber alles in allem sollte so wenig Eisen wie möglich dran sein.

Höhere Spannung bedeutet einfach geringerere Ströme d.h. weniger Kupfer und höhere Drehzahl sprich weniger Gewicht bei hoher Leistung.

Du versucht ja mit niedriger Spannung und niedriger Drehzahl einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, das bringt eigentlich zwangsläufig mehr Motorgewicht.

Wenn du 2 Motoren einbauen willst mußt du ja auf kleine Bauweise achten, ich such da auch schon länger, das Konzept für eine neue Radaufhängung liegt schon in der Schublade, was fehlt sind die Motoren, so 2,5 bis 3kw bei max. 3000 U/min, Durchmesser nicht über 200mm und Dicke unter 60mm am besten Außenläufer, ich werd mal bei den Modellbauern nachfragen.

Mit hohen Spannungen hab ich eigentlich kein Problem, das bleibt ja alles im Bereich Motor und Regler, einzige Schnittstelle wäre ein geprüfter zugelassener potentialgetrennter DCDC.

Die Akkuüberwachung halte ich für nicht so kritisch, über kurz oder lang werde ich sowieso auf Lithium umsteigen. Bis jetzt komme ich auch ohne Einzelspannungsüberwachung gut zurecht.

 

Stefan B.

Bekanntes Mitglied
30.01.2007
2.034
Hallo Roman
Wenn du einen 2. DC/DC von 72 auf 36V einbaust, kannst du doch die Heizung hier abgreifen. Das wäre doch das einfachste, falls der die Leistung bringt.
Gruß Stefan
 

Friedhelm Hahn

Aktives Mitglied
19.06.2005
1.483
Hallo Stefan,

einen DC/DC mit über 1000W Leistung dürfte ein Vermögen kosten, zumal er, wie Roman schon sagt, geprüft sein müsste.
Die Heizung mit 72V zu betreiben, ist sicher einfacher und günstiger.
Entweder, wie vorgeschlagen, ein 72V Heizregister, oder eben eine einfache PWM-Schaltung (555er IC, Mosfet), die auf effektive 36V (oder per Dampfrad auch mal ein bisschen mehr ;) ) zerhackt.
Da es kaum Induktivitäten dabei gibt, dürfte die Entstörung auch überschaubar sein.
Selbstverständlich ist dieser 72V-Schaltkreis dann entsprechend isoliert aufzubauen.

Gruß
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Ja, solch ein Blechpaket ohne Wicklung, das wärs. Die kann man ja auch für Neodym verwenden, wie mein Plan für den LG-Waschmaschinenstator, der ja ähnlich aussieht, 48 Pole. vielleicht wäre der was fürs Cityel. An defekte Waschmaschinen kommt man noch selten. Die LG arbeitet mit Außenläufer mit 12 vierpoligen Ferritmagneten, ich glaube 7mm. 3 Hallsonden zwischen den Polen. Dreiphasig.
Wegen der Wirbelstrüme im Neodym wäre eine höhere Phasenzahl vorzuziehen.
Die Waschmaschinen sterben schonmal an sich verformendem Plastikteilen, wie bei einigen Cityelserien.
Passt also zu solchen Cityels.
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Schon wieder vergessen, darauf hinzuweisen: die galvanische Trennung bezieht sich nur auf hohe Spannungen, da sind manche beim TÜV ängstlich.
24 Volt, das schaffen die neueren Transistoren besser als alle anderen! Symmetrisch zur Mitte 2 mal 12 Volt!
 

SB

Aktives Mitglied
19.05.2006
1.841
[quote andreas Andreas]Hallo Bernd
Da lege ich extra einen Artikel über Simulation an, und keiner drückt den Link:
http://elweb.info/dokuwiki/doku.php?id=simulation&s=femm
Das ist open source.
Gruß
andreas[/quote]

Doch Ich habe den Link gedrückt und die Formatierung gemacht ;-)
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Ja, richtig, im Mopedmotor sind die Lichtmaschinen permanent erregt, da wird nicht, wie bei den PKW-Lichtmaschinen das Feld mit der Drehzahl zurückgeregelt. Ich habe einmal eine PKW- Lichtmaschine offen, mit voller Erregung laufen lassen. Im Nu war das Eisen durch die Wirbelströme so heiß, dass alles verschmolz. Das dürfte bei dieser Lichtmaschine nicht der Fall sein. Aus einem Motor lässt sich mehr Leistung ziehen, als aus einem Generator. Das Problem beim PKW-Klauenpolläufer ist das Statorblech, sonst könnte man etliche kW herausziehen.
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Zu den LG-Waschmaschinenmotormaßen: Nicht 48, sondern 36 Pole. 12 7mm starke Ferritmagneten außen mit je drei Polen Magnete 70 mal 25mm. Polgröße: 16,5 mm breit und 13,5mm lang. 30 mm hoch (inklusive Wicklung). Jochdurchmesser des Stators (innen) 200mm, der Läufer (Ferritmagnete) 300mm. Geschätzte Wickelkerndicke 6mm (mal 16,5mm). also rund 1 cm² Eisenquerschitt. 22mm Polabstand. Wicklung je Pol (dreiphasig) ca 75 Windungen (oder 100??) von 0,6mm Durchmesser. je 12 Wicklungen in Serien, klar 36 durch 3 ergibt schließlich 12. Drei Hallsonden zwischen vier Polen. Das Ding schleudert mit voller Drehzahl 1400 (oder mehr?)<LG-Seite nachsehen.
Außenjochblech: 2mm dick, das sollte auch für Neodym reichen, da allseitig großer Rand. Die 36 Neodymmagnete müssten also nur ca. 18 mal 18mm groß zu sein, um volle Sättigung bei maximaler Belastung zu erreichen, auch könnten sie dünner sein (Blech unterlegen). Das Blech könnte Temperaturen und Schwingungen besser widerstehen und wäre festschweißbar oder nietbar.

Rechne mal, bei 6000/min:
100 mal 12 mal 1cm² mal 2 Tesla mal 2 gleich 0,5 Volt/Windung. Angenommen, 10 Ampere = 750 Amperewindungen macht 375 Watt mal 3 = 1125 Watt. Neodym verträgt aber mindestens. 500 Ampere/mm Neodymdicke, also, die Wicklung nutzt Neodym nicht aus. Eisenquerschnitt müsste größer sein, Wickelvolumen besser ausgenutzt, geringeres Streufeld, kürzere Stege. Allgemein lohnt sich bei Neodym Wasserkühlung.
Also, wohl doch nichts fürs Cityel.
 

andreas Andreas

Aktives Mitglied
25.10.2005
1.402
Hallo Bernd
Nicht schlecht, die Statordicke ist also 25mm, Luftspaltdurchmesser 300mm? 36 Nuten? Und 36 Magnet-Pole? Da passt was nicht zusammen. Bei 22mm Polabstand und 300mm Luftspalt ergeben sich etwa 42 Nuten? Oder meintest Du Pole? Kann das sein?
Gruß
andreas
 

andreas Andreas

Aktives Mitglied
25.10.2005
1.402
Hallo
Lange nichts gehört von Euch, seid ihr am simulieren? Wie gefällt Euch femm40?

Bernd, wie läufts mit Deinen Verwicklungen? Hast Du schon mal überlegt, ob sich die Spulen Gruppenweise parallelschalten lassen?

Gruß
andreas
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Andreas, verlässlich sind bei meinen Angaben nur die Spulenzahl und der Durchmesser. Ich habe mit einem Fetzen OBI-Papiermaßband nur grob gemessen und auf einen zu kleinen Zettel Papier aufgeschrieben. Hatte halt nicht mehr zur Verfügung. Drahtdurchmesser nur geschätzt (Obi-Maßband).Jeder dritte Pol, einfachst umwickelte Einzelspulen, ist je mit den drittnächsten verbunden.
Du hast recht, da habe ich Blödsinn aus dem Rastmoment der Permanetmagnete interpretiert: Natürlich hat jeder Magnet nur einen Pol, bei Drehstrom, also 12-polig, 36 Nuten.bzw. statt Nuten sagt man besser Einzelspulen mit sehr großer Jochtiefe, also hohem Streufeld und hoher Stromverdrängung, wenn man den Drahtdurchmesser zu dick wählt und nicht rödelt...
Irgendwie ging da die Phantasie mit mir durch und ich wollte das Ding wohl schon in einen Einphasenmotor mit höherem Drehmoment umbauen...

Die Sättigung des Läuferjochs wäre bei der jetzigen Anordnung mit 25mm Magnetbreite und ca 2mm Jochdicke wäre bei 0,5 Tesla Flussdichte gar nicht so weit überschritten, wie ich zuerst annahm:
Statt 190 mm Umfang brauchte ich nur ca 20% mehr. Somit war meine Idee, daraus einen Ein- oder Zweiphasenmotor zu machen, überflüssig, obwohl auch die Hallsonden in der Mitte der "Nuten" dies ermöglichen.
Also, der Motor ist doch noch geeigneter, als ich dachte.

Das Einstellen des Luftspaltes mit Neodymmagneten dürfte allerdings zur Tortur werden.Die deutschen Handwerker schaffen das schon bei der LG-Ferritversion nicht und gar nicht wenige Maschinen fallen wegen Verformung der Tommel und Kunsstoffteilen aus.
Die Maschinen werden deshalb zur Zeit hier nicht mehr verkauft, elektrisch sind sie bisher nicht ausgefallen. Mit Neodym sind deutlich höhere Luftspalte möglich, die bei den Biegekräften einer schnell schleudernden Waschmaschine wohl ebenso erheblich sind, wie beim Festeinbau in einer Felge...ich werde es wohl mitbekommen, wenn die Neuauflage kommt. Soll ich Fotos machen?

Sicherlich könnte ich irgendwann einmal eine defekte Waschmaschine als Testobjekt betreiben.
Den einphasigen Umbau hatte ich für einen getriebelosen Windgenerator vorgesehen, mit dem dann die Pferde mit mir durchgingen. Motor- und Generatorbetrieb unterscheiden sich ja kaum voneinander.
Mein Bekannter hatte einen Widerstandsläufer von Windgenerator bekommen, für den wollten wir den Generator einsetzen. Auf der Berufsschule Neuss dreht sich solch ein Ding, ohne nennenswerte Energie zu liefern. Vielleicht baue ich einmal einen Darrieus dafür...Würde bei Uribli aus Buxtehude mehr bringen, als ein Solardach. Vor allem, wenn es ins offene Cabrio regnet, und zudem öfter.

Wegen der Jochsättigung dürften auch die Wirbelstromverluste im Neodym bei dreiphasiger Betriebsweise erträglich werden. Vielleicht muss man dann die Polschuhkanten entschärfen?
 

andreas Andreas

Aktives Mitglied
25.10.2005
1.402
Hallo Bernd
36 ist eine tolle Nutzahl, ich hab einfach mal ein paar Annahmen getroffen und einen 36N48P6T berechnet. Durchmesser 310mm, Luftspaltdurchmesser~300mm, Statordicke 25mm, Magnet N37 , 4mm dick, Rückschluss 5mm. Spulenbelegung etwa 70%. Hier die NENNwerte aus femm40 für einen Motor:
Bei 100A Phasenstrom (Sternschaltung) kommt femm auf 400W ohmschen Verlust.
86Nm Stillstandsdrehmoment.
Die Aktiven Komponenten würden 8.2 kg wiegen, bei einer Dichte von 7.8g/cm^3
24 : 1 Elektrisch : Mechanisch --> ~250 Hz Drehstrom bei Cityelradnabe und 60km/h

Das reale Gewicht müßte um 3-5 kg höher liegen. Bei so viel Luft im Stator.
Der ohmsche Widerstand betrage das doppelte.
So hätte man beim Cityel bei 17% Steigung mind. 1600W ohmsche Verlustleistung beim Anfahren.
Das ist nicht so toll, aber gut, 17% schafft auch nicht jeder.
Ob sich die zusammen 25kg Motorgewicht bezahlt machen? Die ungefederte Masse ist nicht ohne und verlangt nach entsprechend dicken, weichen Reifen. Ob sich die zusätzliche Rollreibung durch die Getriebereibung kompensieren läßt?
Der konstruktive Aufwand zur Optimierung wäre gigantisch, vor allem bei den angepeilten Gewichten.
Die 6000 Umdrehungen pro Minute kannst Du knicken, da zerreist die Glocke.
Bei 36Volt würde ein solcher Motor etwa 400/min bringen, also gerade mal 37km/h im Cityel.
Du kannst die Spannung erhöhen oder die Spulen teilweise parallelschalten oder noch weniger Windungen aufbringen und dafür mehr Strom durchdrücken. Der ohmsche Verlust bleibt derselbe.

Gruß
andreas
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Hm, vor ein paar Stunden habe ich das Ding wieder in Händen gehabt, wie immer, die Schieblehre und Ohmmeter nebst Kamera vergessen. Klar, man kann mit beliebigen Spannungen fahren. Bis herab zu 6 Volt, kein Problem.
Solch eine niedrige Spannung, besser 12 Volt, wäre recht sinnvoll, weil die für die Automobilindustrie gefertigten Mosfets auf sehr hohe Ströme und solche Spannungen ausgelegt sind. 12 Volt-Batterien gibt es auch wie Sand am Meer. Dann natürlich ohne Kohlen.
Ein Problem wäre wohl das vorgeschriebene Trennrelais für über 1000 Ampere.
Das Joch ist der Trägerring der Magnete selbst, aus ungehärtetem Eisen, seitlich weit überstehend und umgebördelt.
Dafür könnte man auch gehärteten Stahl nehmen.
Das Motorgewicht kann ich direkt bestimmen, die Teile sind ausgebaut. Meinst Du, femm hat das Streufeld ausreichend berücksichtigt? Das ind ja keine normalen Nuten, sondern Einzelspulen großer Tiefe. 1600 Watt das geht doch wohl nicht? Auch nicht mit Zwangsbelüftung, wie bei meinem Saxo. 400 Watt wären doch schon viel? Ich denke mir, normale, flache Nuten wären vor allem für das Anfahren günstiger...
 

SB

Aktives Mitglied
19.05.2006
1.841
Warum nehmt Ihr nicht den Twikemotor mit Getriebe? kostet 2000¤
 

andreas Andreas

Aktives Mitglied
25.10.2005
1.402
Hallo
Es scheint ganz gute Lüftermotoren für wenig Geld zu geben. Wenn man die mit Neodym aufpeppen würde, wäre die halbe Miete schon gewonnen. Vielleicht muß man auch nur die Wicklung anders verschalten (Gruppenweise Parallelschalten) und schon könnte es flutschen. Wer kennt sich aus mit den Lüftertypen? Ich habe hier einen Stator mit 118mm Durchmesser, 19mm Dicke und 12 Nuten. Leider fehlt die Glocke. Der Statorhalter ist aus Druckgußalu und wirkt als Kühler für die Elektronik, wirklich ein Hit!
Der Stator ist mit Kunststoff umspritzt!
Habe einen Statorhersteller gefunden, der seine Blechpakete ab 2$ anbietet - ab 10000 Stück.
Ich dachte nicht, daß es sooo billig geht!
Jetzt noch eine Nummer größer, ein Lüfter mit 1kW Nennleistung, den Tune ich auf 3-4kW!
Allein der Umbau von keramischen Magneten (Hc=230kA/m) auf Neodym 37SH (950kA/m) bringt das entsprechende Drehmoment.
(Nassgepresstes Ferrit), siehe
http://www-user.uni-bremen.de/~glab/pdf/permanent.pdf
und darin gefunden:
http://www.kompass.com/GSDEWW53_C37080.html
Eigentlich ist es ein Unding, daß die Industrie noch immer vorwiegend die "alten" Magnetmaterialien nutzt, denn das bedeutet, daß jeder damit ausgerüstete Motor überdimensioniert ist. Also zu schwer für seine Funktion. Und das bedeutet wiederum höheres Gewicht, dadurch mehr Verstärkungen, dadurch mehr Motorleistung, um dieselbe Fahrdynamik zu bekommen, und am Ende dieser Kette steht höherer Spritverbrauch. Alle Lüfter, Pumpen, Fensterheber, Sitzverstellungen, Zentralverriegelung, Scheibenwischer sind davon betroffen. Wären alle diese Motoren mit den besten Magnetmaterialien ausgerüstet und entsprechend "Downsized", dann könnte man in der Oberklasse viele kg einsparen.

Gruß
andreas
 

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