Drehstrom-Synchronmotor im City-El - Elektroauto Forum

Drehstrom-Synchronmotor im City-El

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Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Mehrquadrantensteller werden zur Zeit der Metallfirmenpleiten (die haben wir gerade) in Massen auf den Schrott geworfen und zum Spottpreis auf den Markt geworfen, siehe ebay unter "Frequenzumrichter". Die ganz gewöhnlichen Asynchronmotoren, die sämtliche dazu passen, fliegen gleich hinterher auf den Schrott. Nachteil der Asynchronmotore: sie besitzen erst ab einer gewissen Größe den gewünschten Wirkungsgrad. Das Twike besitzt all dieses und der Motor ist einer von etwa 12 kW Nennleistung, was wirklich die untere Grenze darstellt. Der Twikemotor ist besonders leicht, weil er mit höherer Drehzahl läuft. Ist also nicht der billige Standardmotor.

Es wundert mich, dass noch immer kein Chip existieren soll, dass auch aus dem Stillstand heraus den Motor mit vollem Drehmoment anlaufen lässt. Dafür wäre allerdings ein genauer Positionsgeber erforderlich.
Hochinteressant, was einem da an Vielfalt bei Kopf- und Plattenantriebsmotoren bei den ersten Computern angeboten wurde. Daher die anfänglich sehr hohen Preise bei Computern. Ich habe keine Chance ausgelassen, uralte Festplatten zu demontieren. Samarium-Kobalt war da sehr schnell Standard, natürlich bürstenlos.
Früher war das Positionierungssystem oft noch optisch mit diamantgeritzten Glasplatten, heute liefern der Kopf und seine Auswertelogik die Phaseninformation.
Die Steuerungscomputer für wenige Cent dazu sind dermaßen ausgefuchst, dass wir uns nur wünschen können, dass sich einmal ein Entwickler dafür zu uns verirrt.Nein, die alten Kopfmotoren waren nicht nur einfache Schrittmotoren, da steckt viel mehr drin. Stärke: massig Drehmoment aus dem Stand heraus und richtige Phasenkorrektur bei höherer Geschwindigkeit.
Modellflieger brauchen keine Phasenkorrektur, da reicht, wenn der Anker sich nur irgendwie in leichte Bewegung gesetzt hat, der Rest synchronisiert von selbst, da das Drehmoment erst bei voller Drehzahl benutzt wird, so auch bei den für uns ungeeigneten Plettenberg-Motoren. Mit Viergangschaltung wären die auch für uns geeignet.
Bei einem LG-Waschmaschinenmotor wird die richtige Phasenlage aus dem Nulldurchgang des sich drehenden Magnete durch drei Sensoren in der Mitte zwischen den Spulen des Statorkranzes errechnet. Das Ding hat sowohl beim Waschen, als auch bei hoher Drehzahl volles Drehmoment.
Drehzahlverhälltnis: ca 50:1.
Solch eine Waschtrommel hat genügend Breite für schicke Slicks und die Hausfrau strahlt angesichts der Weiße der Wäsche...Direktantrieb, wie beim Transrapid und für hartnäckige Flecken sei Kopfsteinpflaster empfohlen. Nein, ein Getriebe wäre da erforderlich.
 

Christian D.

Mitglied
23.05.2007
89
Dafür wäre allerdings ein genauer Positionsgeber erforderlich.
Nicht unbedingt. Moderne Regler messen über geschickte Ansteuerung der Ständerwicklung den Unterschied zwischen Quer- und Längsreaktanz, die sich (oftmals) aus der Läufergeometrie ergibt. Das ist im Gegensatz zur Messung des Nulldurchgangs der Polradspannung auch im Stillstand möglich.

Gruß,

Christian
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Wie, wird da richtig mit einem Frequenzgeber der Wechselstromwiderstand gemessen? Dann hätte ich aber Probleme mit meinen Magnetpolen, weil die ein MÜr von nur ca 1,05 besitzen. Die teilerfremden Zahlen von Magnet- und Wicklungspolen würden die Positionsbestimmung allerdings ermöglichen, insbesondere bei vielpoligen Motoren. Schon irre, was da möglich ist.
 

Christian D.

Mitglied
23.05.2007
89
Wie, wird da richtig mit einem Frequenzgeber der Wechselstromwiderstand gemessen?
Ja, so ähnlich. Im Prinzip speist der Umrichter als "Signalgenerator" die Ständerwicklung. Ausgewertet wird dann die "Antwort" in Form des Ständerstroms.

Dann hätte ich aber Probleme mit meinen Magnetpolen, weil die ein MÜr von nur ca 1,05 besitzen.
Richtig. Es funktioniert nur bei Maschinen mit magnetisch heterogenem Läufer. Die bei Modellbauern beliebten Glockenläufermotoren mit eingeklebten Flachmagneten scheiden hier aus. Es sei denn, die Sättigung wäre so stark, dass sie eine solche Heterogenität hervorrufen würde.

Die teilerfremden Zahlen von Magnet- und Wicklungspolen würden die Positionsbestimmung allerdings ermöglichen, insbesondere bei vielpoligen Motoren.
Nur unter den o.a. Bedingungen.

Gruß,

Christian

 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Kjeld, ein mit zwei crystalyte-Motoren ausgerüstetes Ellert würde zusammen mit herausnehmbaren Batterien einen hervorragenden Antrieb für das Cityel ergeben.
Ich versuche gerade herauszufinden, ob der Hersteller in China sitzt.
Der Motor hat ja alle Eigenschaften, die ich von einem Elektroantrieb wünsche. Natürlich hat das Ding ein Getriebe und ist zudem sehr hochtourig, wie man in
http://www.youtube.com/watch?v=1-sCrih-WkQ
gut hört. Eigentlich dürfte der Motor kaum mehr kosten, wenn man ihn noch deutlich größer baut.
Lebensdauererfahrungen liegen wohl noch nicht vor? Auf jeden Fall benötigen Radlagermotoren eine weiche Aufhängung, ähnlich den Tatzlagermotoren der Bahn. So robust, wie der Thrige wird das Ding wohl nicht sein.
Diese Motoren sind ein Riesenfortschritt und sie unterscheiden sich nicht von der für uns interessanten Größe, die Ferdinand Posrsche einst in seinem Elektroflitzer installierte. Zusammen mit einer leichten Batterie, dem fehlenden Thrige- und Curtisgewicht hätten wir ein sehr leichtes Fahrzeug, das nicht nur leicht von Hand hochgehoben werden könnte, sondern auch in den Fahrleistungen hinter dem Bleiellert nicht zurückstehen müsste.
Eine herausnehmbare Batterie kann dann zu Hause immer in Einsatzbereitschaft bleiben.

Der Reinhold hat schon mit solchen Nabenmotoren experimentiert. Hallo, Reinhold!

Liebes Christkind! Ich möchte auch so etwas haben, was der Kjeld da gebaut hat!
Möglichst eines, das auch Berliner Kopfsteinpflaster verträgt!
http://elektronenrad.de/blog/index.php/category/news/
Bernd
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Der Reinhold hat mir das schon vor zwei Jahren gesagt, dass diese Nabenmotoren das tollste elektromotorische Weihnachtsgeschenk des Jahrhunderts sind. Die Dinger haben tatsächlich keine Getriebe, das laut surrende Geräusch kommt von der magnetischen Verbiegung des Eisens durch die hohen Kräfte der unter hoher magnetischer Spannung stehenden Neodym-Bormagnete. Jetzt schaut Euch bloß einmal die Ausbaufähigkeit eines solchen 500 Watt-Nabenmotors an: Der äußere Ring ist aus gehärtetem Stahl, der hat eine Festigkeit, die bis an die halbe Schallgeschwindigkeit reicht. Dere Reifenumfang des Fahrrads hätte dabei die Schallgeschwindigkeit überschritten. Das einzige Teil, das die hohe Frequenz von dann ca 2 kHz nicht aushält, wäre das eisen des Stators, den man nur feiner und spannungsfreier blechen müsste. Für unsere Zwecke hätte ein solcher Motor dann aöso 50 kW Leistung, die wir wegen der besseren Kühlung bei höherer Drehzahl noch auf das etwa 4 fache vergrößern könnten, also 200 kW. Damit haben wir aber mehr als reichlich Drehmoment durch ein passendes Getriebe und der kleine unscheinbare Motor reicht für unsere Zwecke mehr als voll aus. Ich muss wohl nicht erwähnen, dass dabei der Wirkungsgrad auf über 99% steigt?
Was ansteht, ist also nur die Entwicklung einer vernünftigen Blechung, deren Wirbelströme erträglich bleiben. Das bekommen die Chinesen offensichtlich nicht hin.
Die Drahtstärke darf nebenbei nicht zu dick werden, da der Skineffekt und die Stromverdrängung bei 2 kHz ganz erhablich werden. Sprich, hohe Spannung oder HF- Litze als Wicklung.

Ob wir das, was die Modellbauer bauen, nicht auch schon lange können?

Übrigens, nur für die geringeren Drehzahlen müsste man auf Hallsensoren zurückgreifen. Danach reicht die Induktionsspannung als Geber. Das Phasenschiebernetzwerk kann man sehr einfach realisieren.
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Andreas Friesecke hat in seinen Kewet einen Drehstrommotor mit controller eingebaut, aus einem Gerät, das Gabeln stapelt. Dem Pionier gereiche es zum Lob und zur Ehre. Kupfern wir ihn ab. Wer nicht umwickeln oder die Spannung heraufsetzen will, verdoppele die Batteriespannung.
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Der Motor von Andreas ist natürlich ein asynchroner. Mit Rückmeldung der Phasenlage wäre natürlich auch ein Synchronantrieb daraus zu machen.
Bei 3000 Touren pro Minute liegt die wirtschaftliche gRenze bei einer Motorleistung von etwa 12 kW, das ist etwas viel Masse.
Entweder, man wird hochtouriger, dann hat man den Twikemotor, oder steigt auf Synchronmotor mit Permanentmagneterregung um, dann genügt ein Motor von wenigen kg Masse, um einen Wirkungsgrad von 90% bei vollem Drehmoment und niedriger Drehzahl zu übersteigen.
Leider sind die Motoren falsch herum gebaut. Klebt man die Permanentmagnete auf den Anker, was tatsächlich geht, begrenzen die Fliehkräfte und die Klebung die Drehzahl. Modellhubschrauber werden deshalb mit Außenläufern betrieben. Alternative: Scheibenmotor. Den liefert Perm zum allzu hohen Preis. Vielleicht wittern die irgendwann die Marktchance?
 

Christian D.

Mitglied
23.05.2007
89
Der Motor von Andreas ist natürlich ein asynchroner. Mit Rückmeldung der Phasenlage wäre natürlich auch ein Synchronantrieb daraus zu machen.
Die Phasenlage der Ständerströme ist bekannt. Die Phasenlage der Läuferströme lässt sich berechnen (siehe "Feldorientierte Regelung"). Die sich eventuell ergebende Abweichung ist unerheblich, da die Asynchronmaschine läuferseitig keine ortsfesten Pole besitzt.

Wie auch immer ... eine Synchronmaschine wird sie trotzdem (bzw. gerade deswegen) niemals.

Gruß,

Christian
 

andreas Andreas

Aktives Mitglied
25.10.2005
1.402
Hallo
Wenn man einen großen Außenläufer nach dem LRK-Prinzip bauen möchte ist das größte Problem die Beschaffung eines Stators. Dieser sollte einen Durchmesser zwischen 80 und 120mm bei einer Länge von 50-100mm haben und eine Nutenzahl besitzen, die sich durch 3 oder besser 6 teilen läßt, also 12 oder 18 oder höchstens 24. Der Rest sind Drehteile und ein bischen Fräsen muß man auch. Ist aber alles machbar. So einem Motor kann man dann 5kW bei 3000U/min entlocken und bekommt ähnliche Untersetzungsverhältnisse wie beim Thrige oder Perm.
Kennt jemand entsprechende Motoren, die man ausschlachten könnte?
Gruß
andreas
 

Christian D.

Mitglied
23.05.2007
89
Hallo Andreas,

Kennt jemand entsprechende Motoren, die man ausschlachten könnte?
Moderne Waschmaschinen verfügen mitunter über ein entsprechendes Blechpaket. Wird aber eher schwer dranzukommen sein. Einfacher ist die Beschaffung von Motorrad-/Roller-/Quad-/Buggy-Lichtmaschinen (Schrottplatz).

Die hier stammt aus einem 250er-Buggy:

Der Link wurde entfernt (404).

Außendurchmesser: 100 mm, Länge: 10 mm, Neupreis (ohne Polrad): ca. 40 Euro

Gruß,

Christian
 

andreas Andreas

Aktives Mitglied
25.10.2005
1.402
Hallo Christian
Suuuper Tip! Endlich hat die Suche nach billigen, einfachen Outrunnerkomponenten ein Ende! Jetzt weiß ich endlich, wonach ich suchen kann! Es kann doch nicht sein, daß uns die Produzenten von Brushlessmotoren immer gleich hunderte von Euro für so einfache Teile aus der Tasche ziehen wollen.
Wer sucht mit? Wer tunt mit?
Ich habe hier noch mehrere hundert temperaturfeste Neodymmagnete 38er Qualität mit Abmessung 11x11x90mm rumliegen!!!
Ich nehme mein altes Projekt wieder in Angriff!!! Gleich mal femme34 installieren! Moment, es gibt jetzt die Version 4!
Siehe:
http://elweb.info/dokuwiki/doku.php?id=simulation&s=simulation
Gruß
andreas
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Die Dinger sind wirklich einfach konstruiert, wenn der Außenläufer die Magnete trägt.
Vor allem besteht hier der Stator aus einfachsten Spulen, die sich billig maschinell bewickeln lassen.
Trotz hoher Polzahl ist eine hohe magnetische Spannung möglich, was dem Neodymmaterial entgegenkommt mit magnetischen Spannungen von etlichen tausend Amperewindungen.
Ein sehr ähnliches Exemplar, wie das aus dem Roller habe ich hier, ais einer LG-Waschmaschine. Allerdings mit über 30 cm Durchmesser und 48 Polen, dreiphasig. Hohe Leistung, trotz Ferrit als Magnetmaterial.
Ich sehe übrigens kein Problem darin, solch einen Motor mit 6000 Umdrehungen/min laufen zu lassen bei fast voller Neodymsättigung. Mit einer Frequenz von 2400 Hz.
In solch einem Stahlring haben auch Deine Magnete Platz, Christian. Die können ruhig auf Lücke geklebt werden. Das tun die Hubschraubermotorbauer auch (1,5 kW aus 300 Gramm).
 

andreas Andreas

Aktives Mitglied
25.10.2005
1.402
Hallo
Ich habe simuliert. Ich will jetzt nicht behaupten, daß ich ein Experte im Statorschnitt bin, aber ich komme nicht auf die hohen Etas und Leistungsdichten, die mancher Hersteller für seine Bürstenlosen Aussenläufer Motoren hinschreibt. Allerdings habe ich mich auch darauf beschränkt, das Stillstandsdrehmoment zu simulieren. Dabei beschränke ich mich auf Stromdichten unter 18A/mm^2. Wahrscheinlich liegt hier der Hund begraben. Ich habe also verschiedene Statoren und Magnetpolanordnungen simuliert für einen 18 nutigen Stator mit 115mm Aussendurchmesser und 100mm Länge. Zwei dieser Motoren könnten theoretisch ein Cityel mit 400kg vorantreiben---wenn man die Untersetzung hoch genug wählt.
Also, was habe ich hinbekommen (pro Motor):
2 von 3 Phasen mit 300A bestromt, Neodym 40 er 14x11mm 24 Stück, Rückschluss 4.5mm dick, Gewicht ganz grob geschätzt 13kg.
Im Stillstand 9,5Nm bei 1300W Verlustleistung.
Der Thrige hat etwa 25 Nm bei 1/5,7 Untersetzung=142Nm an einem Rad.
Die Brushlessmotoren bräuchten also eine Untersetzung von 1:7,5 - Das ist mit einem Kettentrieb kaum zu schaffen.
Wenigstens die Wicklungsdaten könnte man relativ frei wählen. Denn die Stromdichte in einer Nut ist entscheidend für das Drehmoment. Die Verlustleistung für das Stillstandsmoment bleibt etwa gleich.
Was also tun? Größeren Motor simulieren? Größerer Stator, weniger Magnetdicke?
18N20P habe ich auch probiert, soll zwar weniger Wickelkopf bringen, hat aber nicht mehr Drehmoment.
Ich mach mal weiter...
Gruß
andreas
 

Christian D.

Mitglied
23.05.2007
89
Hallo Andreas,

damit ist der Drehschub (Flächenkraftdichte am Luftspalt) gemeint:

F' = F / A = (2 M) / (pi D² L)

Ich würde schätzen, das hier wenigstens 10 kN/m² möglich sind. Größere permanentmagneterregte Synchronmaschinen erreichen 40 kN/m² (bei viel kleineren Stromdichten).

Und denk daran: Du musst den Läufer in die richtige Position "drehen".

Gruß,

Christian
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Angenommen, Deine Neodyms sind 5mm dick, dann kannst Du sie bequem mit 4000AW belasten.24 Stück bei 5mm Abstand und 10 mm Breite machen einen Rotorradius von ca. 6 cm.1,4 cm Breite ist ein bisschen wenig, ja, der motor ist zu schwach.
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Ein Hauptproblem beim Bau eines wirkungsgradstarken Permanentmagnetmotors ist die Befestigung der Magnete am Läufer. Der kann zwar aus massivem Stahl sein, aber die unvermeidbaren Wärmespannungen führen immer wieder zum Ablösen der Magnete. Bei Baumüllers würde man deshalb auf eine Art Nietung nicht verzichten. Um einen drehzahlfesten Vielphasenmotor zu bauen, kommen eigentlich nur der Außentrommelläufer oder ein Scheibenmotor in Frage. Der Buggygenerator, wie auch die Dirketantriebwaschmaschinen enthalten mir zu viel umzumagnetisierendes Eisen. Das möchte ich ganz weglassen, bzw. durch sehr geringe Mengen hochwertigeren Materials ersetzen.
Vor ca 30 Jahren habe ich mal einen eisenlosen Scheibenläufer ähnlich der Bauart Cedric Lynch bei der Firma Crouzet bestaunt. Der war für den militärischen Bereich bestimmt, wo spurtstarke Servomotoren schon lange die Tragflächen bedienen. ich vermute, der wurde damals in die Mirage eingebaut.
Ich stelle mir vor, dass es sich für uns lohnen könnte, uns im Militärschrottbereich außer nach Batterien auch mal nach den Servos umzusehen. auch fürchte ich, dass militärischer und Zivilfliegereibereich uns die Presie verderben. Bei der Bauart Lynch sind Stator und Rotor leider falsch herum.
Die langsamdrehenden Permanetmagnetgeneratoren aus dem Miniwasserturbinenbereich sind nicht drehzahlfest und eisenbehaftet, sonst gäbe es da schon brauchbare Typen drunter.
Ich vermute, Selbstbau ist nach wie vor angesagt. Die Magnetmaterialien sind immerhin mechanisch besser geworden und bei reiner Druckbelastung bekommt man auch bei Neodym-Bor recht hohe Drehzahlen hin.
Deine Magnetklötzchen sollten schon zu mindestens 5cm langen Polen zusammengesetzt werden, wenn Du ein ordentliches Drehmoment bei nicht zu hohen ohmschen Verlsuten hinbekommen willst. Die starke magnetische Spannung von Neodym sollten wir schon zum größten Teil ausnutzen, da reichen 300 Amperewindungen nicht, um wenigstens einen großen Teil der "Koerzitivkraft" 8blödes Wort) zu nutzen. Ist die Umfangsgeschwindigkeit des Motors zu niedrig, schränken die ohmschen Widerstände die Möglichkeiten des Magnetmaterials ein.

Ich fürchte, wir sind auf Eigenbau angewiesen und die Elektronik kommt dann auch gleich mit in den Motor.

Wenn wir demnächst wieder vermehrt auf die Candus angewiesen sein werden, wollen wir deren Zahl doch nicht allzu sehr in den Himmel wachsen lassen...
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Ich komme mit den Begriffen Quer- und Längsreaktanz nicht klar. ich fürchte, da muss ich aber doch hintersteigen, wie das funktioniert mit der Lagebestimmung. Ist das eine Induktivitätsbestimmung durcheine eingeprägte Frequenz?
Habe ja nie Elektrotchnik direkt studiert...bin, bis auf Bleistift und Rechner ziemlich auf dem Trockenen.
Früher war google im technischen Bereich auch mal besser zu gebrauchen. Dank goggle ist das ganze Internet bald nur noch Schrott.
 

Christian D.

Mitglied
23.05.2007
89
Wenn Du Dir das Polrad (= Läufer) einer zweipoligen Schenkelpolmaschine betrachtest ("Bosch-Logo"), dann siehst Du, dass das magnetischen Feld in Längsrichtung (Bosch-Logo: horizontal über die Polkappen) einen kleineren magnetischen Widerstand sieht als in Querrichtung (Bosch-Logo: vertikal über die Pollücken), d.h. die Längsreaktanz ist größer als die Querreaktanz.

Stell Dir jetzt vor, Du würdest eine Wechselspannungsquelle an die Wicklung schließen: Strang U an die eine Klemme, Stränge V und W parallel an die andere. Du erhältst somit ein ortsfestes Wechselfeld. Es pulsiert zwar, aber es dreht sich nicht. Nun drehst Du gedanklich das Polrad so, dass es in Richtung des Feldes ausgerichtet ist. Der Strom wird einen bestimmten Wert annehmen. Dann verdrehst Du das Polrad um 90°. Was passiert mit dem Strom? Er wird größer werden, da das Feld nun einen höheren magnetischen Widerstand sieht und die Reaktanz dementsprechend fällt. Du kannst also aus der Höhe des Stromes auf die Pollage schließen.

Eine sensorlose Pollageerfassung arbeitet etwas komplexer, aber das Grundprinzip ist das gleiche.

Gruß,

Christian
 

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