Brushless-Motor für Kart

Dieses Thema im Forum "Maschinentechnik" wurde erstellt von danile, 13 Nov. 2012.

  1. Hallo,

    Wir möchten einen Brushless Motor mit 3-4kW bauen. Er soll wie ein Scheibengenerator aussehen. Mit Scheibengeneratoren kenne ich mich aus- habe für mein Windrad einen gebaut.
    http://www.youtube.com/watch?v=CxF5VOT9Ju0

    http://www.kleinwindanlagen.de/Forum/cf3/topic.php?t=4049


    Der Scheibenmotor soll die 4000 Umdrehungen nicht übertreffen.
    Dazu meine Fragen:
    Welches Verhältnis von Magnetpolen-Spulen ist optimal?
    Wie wird der Motor allgemein berechnet?
    Gibt es ein Programm dafür?
    Welche Akkus eignen sich am besten?

    Gruß
    Dani
     
  2. AW: Brushless-Motor für Kart

    Hi Dani,
    so wirklich trivial ist die Berechnung von permanenterregten Synchronmaschinen nicht
    und ich würde auch nix mühsam selberbauen, was es fixfertig und billig zu kaufen gibt:

    http://www.hobbyking.com/hobbyking/...2&v=&sortlist=W&LiPoConfig=&CatSortOrder=desc

    ... such dir einfach einen passenden Murl und den dazugehörigen Regler!

    Als Batterien für so ein Projekt kommen als Stand der Technik meiner Meinung nach
    nur mehr Lithium-Yttrium-Eisenphosrphat-Batterien in Frage:
    Alles Andere liefert unbefriedigende Ergebnisse.
     
  3. AW: Brushless-Motor für Kart

    Hallo,

    vielen Danke für die Webseite. Die ist in der Tat sehr günstig. Vielleicht werde ich dort die Akkus kaufen, aber den Motor wollte ich eigentlich schon selbst bauen.

    Ich dachte an solche Akkus:
    http://www.blei-akkus.com/Multipower-MP8-12C-12V-8Ah-Blei-Akku-Zyklentyp

    Rechnung:
    Drehzahl:
    75km/h*60 Umdrehungen pro Minute / (3,6 * PI * 0,26m) = 1530 Umdrehungen pro Minute im Leerlauf
    Dies wird dann ins Tool eingesetzt und man kann die Parameter berechnen.
    Als Batteriespannung habe ich 72V eingegeben. Daraus ergibt sich 1530 Umdrehungen pro Minute /72V= 21U/V/min im Leerlauf. Dies ist eine gängige Angabe bei Brushless-Motoren.
    Beim Scheibengenerator ist die erzeugte Spannung umso höher, je höher die Flussdichte bzw. die Wicklungen. Genauso ist es dann beim Motor nur umgekehrt. Der Motor dreht umso langsamer, je stärker die Magnete und je mehr Wicklungen es gibt. Da der Strom bei solchen Motoren seehr hoch ist, muss auch der Innenwiderstand sehr klein sein. Mein Beispiel im Anhang.

    Gruß
    Dani
     

    Anhänge:

  4. AW: Brushless-Motor für Kart

    Hi Dani!
    Die Akkus, die du ausgesucht hast,
    sind zumindest nicht GANZ falsch,
    aber ich würde das trotzdem GRUNDLEGEND anders machen:

    1.) Nachdem ich ein gerüttelt Maß berufliche Erfahrung mit Batterieanlagen sammeln durfte, weiss ich,
    dass "viele kleine Zellen" in der Regel auch "viel Ärger" bedeutet: Ab 50Ah-Blei-Zellen wird das langsam besser.
    Wenn du also z.B. 72V * 8Ah = 576 Wattstunden mitführen willst, spricht sehr viel dafür, das anders zu realisieren;
    vielleicht nicht unbedingt 576 Wh / 50Ah ~ 12 V, aber ev. dann halt mit dem doppelten Schmalz mit 24V 50Ah-Blöcken.
    Höhere Spannungen als 24 V würde ich nur wählen, wenn die Ströme zu groß werden
    und mit heutigen Leistungshalbleitern sind 100 A bei geringen Verlusten beherrschbar.

    2.) Diese AGM-Batterien aus deinem Link sind bloß mit einer fetteren positiven Platte ausgestattet,
    damit im nicht vollgeladenen Zustand mehr zum Wegkorrodieren da ist, aber korrodieren tut´s unweigerlich.
    WIRKLICH zyklusfeste Bleibatterien haben das Blei der positiven Platte komplett mit PbSO4 ummantelt
    und das gibt´s meines Wissens nur bei den Panzerplattenbatterien OPzB und den Großoberflächenplatten GroE.
    Beide sind schweineteuer, groß und schwer; deshalb gibt es heutzutage auch keine Elektroautos mit Bleibatterien mehr.

    Klar scheinen die gewählten Bleibatterien mit 19,99 € / (12 V * 8 Ah) = 21 ct / Wh günstig,
    aber glaube mir: Die halten den Zyklusbetrieb nicht wirklich lang durch.
    Ich würde dir SOWAS raten: Kostet zwar das Doppelte, hält aber und liefert unglaubliche Ströme.
    Schön (gerade im Fahrzeug) ist auch, dass die Batterie nur ca. halb so schwer ist wie ein Blei-Akku!
    (Wir fahren mit sowas die TT: http://www.motorradreporter.at/leiwand/motorradreporter?artikel_kategorie=&artikel_id=1335179058171 , 4. Platz, Teamchef Herzog Peter)


    Was die Motorauslegung betrifft, so liegst du mit der niedertourigen Maschine definitiv falsch:
    Sicher spart die Untersetzungen, aber ohne ein Getriebe würde ich das Cart ohnehin nicht bauen.
    (Wir haben heuer unsere 3 Akku-Racer [http://www.akkurace.at/] auf Schaltgetriebe umgerüstet
    und in einem internationalen Feld von 48 genannten Teams den Gesamtsieg eingefahren.)
    Fakt ist, dass niedertourige Maschinen IMMER größer und auch schwerer sind als hochtourige;
    als Milchmädchenrechnung gilt: halbe Drehzahl - doppeltes Gewicht - schau doch mal:
    BEIDE Motore haben das gleiche Gehäuse und die gleiche Masse (557 Gramm);
    der mit 700 U/V/min liefert damit 1600 Watt
    und der mit 1600 U/V/min eben 3528 Watt.
    ... und um die knapp 50 Euerlein, die z.B. DIESE Motoren kosten,
    bekommst du nichtmal die Magnete deines Eigenbauprojektes!
     
  5. AW: Brushless-Motor für Kart

    Hallo,

    was Batterien angeht, habe ich mir noch nicht so viele Gedanken darüber gemacht. Du würdest mir also zu GWL- Batterien raten. Was wäre mit DIESER?

    Was den Motor angeht: Im Tool, das als Beispiel gedacht war, habe ich einen riesen Durchmesser (65cm) gehabt. Es wurden sehr große und sehr viele Hartferrit-Magnete verwendet, die seehr günstig sind (94ct pro Stück), aber an die 50€ für den Motor werde ich nicht rankommen.
    Ich wollte eigentlich auch eine Übersetzung verwenden, mit 2 Gängen, die man manuell umschalten kann. Was die Drehzahl angeht, könnte ich diese auch dreimal so hoch wie die Drehzahl der Achse legen.

    Dann hätte ich bei 9 Spulen, 12 Magnetpolen und 60x30x10mm Y35 Hartferritmagneten, 4600 Umdrehungen (x3) und 48V einen Innenwiderstand von 0,015Ohm. Bei 8000W wäre das dann eine Verlustleistung von (8000W/48V)^2 * 0,015Ohm = 417W, also 94,7% Wirkungsgrad. Magnetkosten: 25€. Das Problem ist eben, dass der Motor etwas groß ist.
    Wo gibt es denn günstige Ketten und Ritzel?

    Aber kann diese Auslegung stimmen?
    Ich habe noch restlichen Draht. Vielleicht bau ich dann mal einen kleinen Motor, um diesen zu testen.

    Gruß
    Dani
     
  6. AW: Brushless-Motor für Kart

    Die Batterie kenn ich zwar nicht persönlich,
    aber das ist wenigstens eine aktuelle Technologie,
    wenn auch nicht der letzte Schrei, denn das ist die mit Yttrium.
    (Wir haben seit ca. 1,5 Jahren LiYFePO4-Batterien im Dauertest
    und fahren damit tägliche Tiefentladezyklen - am Solarpaneel!)
    Allerdings hast du offenbar deine Paradigmen gewaltig geändert:
    Du sprichst jetzt von einer 32 kg schweren Batterie um über 2000 $!

    Der 65cm Motor ist ein monströses Geschwür vorsindtflutlicher Technik.
    Heutzutage baut man sowas mit Neodymmagneten,
    die weit, weit höhere Feldstärken liefern und dadurch vergleichsweise winzig sind:
    DER MOTOR z.B. hat bei einer Länge x Durchmesser von 91 x 110 MILLImeter
    und einem Gewicht von 2,5 kg eine Nennleistung von fast 10 kW.
    Jetzt kann man das sicher nicht als Dauerbetriebsleistung sehen,
    aber mit ein wenig weniger bleibt durchaus vergleichbare Leistung übrig.

    Günstige Ritzel und Ketten für die gegenständliche Leistungsklasse
    bekommst du beim Zweiradzubehörhandel.
     
  7. AW: Brushless-Motor für Kart

    Mit einer höheren Übersetzung könnte ich auch einen kleineren Motor bauen. Der Motor wird sowieso noch kleiner als im Tool berechnet, da ich in die Spulenlöcher Eisenpulver mit eingießen werde. Dadurch habe eine höhere Flussichte und kann den Motor im Durchmesser kleiner halten. Scheibengeneratoren werden nämlich normalerweise ohne Eisen gebaut, da der Generator dann rastet und die Windkraftanlage so später anläuft.

    Ich würde auch Neodymmagnete verwenden, aber die sind seehr teuer und meine Kumpels haben so schon fast keine Lust, so viel Geld auszugeben o_O

    Deshalb habe ich Hartferrit-Magnete verwendet.

    Gruß
    Dani
     
  8. AW: Brushless-Motor für Kart

    Neodymmagnete bringen den FÜNFFACHEN magnetischen Fluss wie preisgünstige Ferrite,
    d.h. man braucht nur ein FÜNFTEL des Magnetmateriales
    und einen winzigen Bruchteil des Wickeldrahtes.
    Die Maschinen werden klein und leicht
    und können so sehr hochtourig betrieben werden,
    was enorme Leistungsdichten ermöglicht.

    Wenn das also nicht nur reine Beschäftigungsterapie sein soll,
    würde ich das Hirnschmalz eher ins Kart investieren
    und den Murl in perfekter Qualität preisgünstig von der Stange beziehen.

    Wie machst du denn den Drehstrom?
     
  9. AW: Brushless-Motor für Kart

    Hallo,

    ich möchte es eben selbst bauen. Den Drehstrom bekomme ich über einen leistungsstarken Brushless-Regler.

    Bei Drehzahlverhältnis Motor-Achse von 3:1 dreht der Motor mit 4590U/min. Mit einer Spannung von 62V und je 12 Magneten pro Scheibe, Eisenpulverkernen, 40x20x10mm Y35 Magnete, erreiche ich einen Innenwiderstand von 0,011Ohm.
    (8000W/62V)^2* 0,011Ohm = 190W Verlustleistung. Der Generator wäre dann etwa 30cm im Durchmesser. Das Ganze bei ca. 74kV.
    Die Magnete würde dann etwa 24 Stück* 0,66€/Stück= 16€ kosten. Zuzüglich dann noch Eisenpulver und etwa 2,3kg Draht.
    Ein Neodymmagnetmotor mit 19x13x6mm N42, insgesamt 32 Stück, hätte einen Innenwiderstand von 0,010Ohm. Die Magnete würden dann 32 Stück * 1,71€/Stück = 55€ kosten. Dafür würde der Draht nur etwa 330g wiegen. Dieser Generator hätte dann etwa 19cm im Durchmesser.
    Ich überlege noch. Vielleicht werde ich es doch mit Neodymmagneten machen, aber für den Testmotor werde ich wegen der Größe zum Spulenwickeln auf jeden Fall Hartferritmagnete verwenden.

    GrußDani
     
  10. AW: Brushless-Motor für Kart

    Wirst du uns ein Foto von dem Motor und von dem Kart reinstellen?
     
  11. AW: Brushless-Motor für Kart

    Klar, werde ich das :D

    Aber mit welcher Leistung kann ich so im Durchschnitt rechnen für die Fahrzeit und die benötigte Akkuenergie?
    8kW Motor-5kW Durchschnittsleistung?
    Für 20min Fahrzeit bräuchte ich 1700Wh.

    Gruß
    Dani
     
  12. AW: Brushless-Motor für Kart

    Dann brauchst du theoretisch eineBatterie,
    die z.B. 1700 Wh / 50 Ah = 36 V Nennspannung hat.
    Leider haben Bleiakkus die unangenehme Eigenschaft, dass ihre Kapazität vom Entladestrom abhängt,
    weshalb du die Batterie (geschätzt, genau muss man´s in den Datenblättern nachsehen) um´s Doppelte übedimensionieren musst:
    Das macht´s grüßer, schwerer und teurer. (Lipos können das mit 1C!)

    Allerdings brauchst du keine 5...8 kW, um ein Kart auf 75 km/h zu bringen:
    Beim Akkurace fahren wir ca. die halbe Geschwindigkeit
    mit wenig beeindruckenden 200 Watt mechanischer Leistung!
     
  13. AW: Brushless-Motor für Kart

    Hallo,

    Ich habe gerade mit meinem Kumpel geredet. Er hat ein 34PS-Kart.
    Ich werde den gleichen Motor verwenden, den ich bisher mit 8kW angegeben habe. Aber da der Innenwiderstand so klein ist, ist deutlich mehr drin.
    Ich glaube auch, dass ich mit 10kW einiges schneller fahren kann. Deshalb werde ich einen Gang für das Berg-hochfahren machen, mit dem ich 75km/h erreichen kann und einen Gang mit dem eine Geschwindigkeit bis zu 120km/h möglich ist. Diese Angaben sind für den Motor, also Leerlaufangaben. Aus den 75km/h werden dann vielleicht 65-70km/hund aus den 120km/h dann vielleicht 100km/h

    Ich habe mir mal die Akkus genauer angeschaut und LiPo's mit LiFeYPO4-Akkus verglichen. Für 510€ bekomme ich mit 8 LiFeYPO4-Akkus mit je 60Ah und 3,2V eine Energie von 1536Wh zusammen. Die sind um einiges günstiger als LiPo's.
    Da dann aber die Spannung zu klein wäre (25,6V) werde ich mehrere kleinere verwenden, die dann zwar teurer sind, aber die Ströme nicht so riesig werden. Und das ist auch das Problem. Die Akkus haben zwar eine hohe Kapazität, aber eine sehr kleine Spannung. Ich möchte nämlich höchstens 200A haben. Dafür bräuchte ich dann eine Spannung über 50V. Gibt es da was?

    Gruß
    Dani
     
  14. AW: Brushless-Motor für Kart

    Mit STROM wird bei dem höchstens die Zündung funktionieren ...

    Hallo Dani!
    Allein aus dem Innenwiderstand auf die erreichbare Leistung zu schließen,
    vernachlässigt wichtige Faktoren, wie z.B. den Ankerstrombelag (Google)
    und letztendlich ist es die Magnetisierungskennlinie des Eisenkerns (und auch der Magnete!),
    die das erreichbare Drehmoment einer bestimmten elektrischen Maschine limitiert:
    Knallst du das Eisen in die Sättigung,
    braucht der Murl mehr Strom und wird ordentlich heiss,
    aber liefert nicht mehr Schmalz.

    Wenn du dir aber die Formel "Leistung = Drehmoment * Drehzahl * 2 \pi " anschaust,
    erkennst du recht schnell das Mittel zur Leistungserhöhung:
    Die Drehzahl.
    (Nachdem 2 = 2, könnte man sonst nur mehr das \pi vergrößern.)

    Die erreichbare Geschwindigkeit hängt über die 3. Wurzel von der Leistung ab:
    v \ =\ k\cdot \sqrt[3]{P}
    Wenn unser Kart mit einer (gemessenen) Antriebsleistung von 200 Wattmechanisch
    eine Geschwindigkeit von 32 km/h erreicht, hat´s folglich ein "k" von ca. 5,5
    und erreichert, gepimpt mit 8 kW (echten, an den Antriebsrädern),
    an die 110 km/h - brav!

    LiPos sind verglichen mit LiFeYPO4 wahre Sensibelchen:
    Man kann ihnen zwar wahrliche Traumleistungen entlocken
    (im Modellbau sind wir schon bei 60C-Entladeströmen, d.h. man kann den Akku in 1 Minute leer machen!),
    aber am muss sie streicheln (Balancer), darf sie auf keinen Fall über- oder tiefentladen
    und mitunter verwandeln sie trotzdem sich in beeindruckende Feuerbälle.
    Die Yttriümer geben ein BISSL weniger her, glänzen dagegen mit unerschütterlicher Robustheit
    und so sind sie nicht nur für Stionäreinsätze in sehr großen Kapazitäten,
    sondern auch zur Verwendung im KFZ lieferbar.

    Unsere TTzero-Rennmaschine hat ca. 10 kWh in ihren 72 Volt-Batterien;
    ihre 2 Agni-Motoren a 40 kW schlürfen (mit thermischen Problemen) bis zu 1 kA daraus
    und verwandeln das in Spitzengeschwindigkeiten um die 240 km/h
    bzw. knappe 100 mph Rundenschnitt auf der Ilse of Man:
    auf für das Rennen gesperrten öffentlichen Strassen.
     
  15. AW: Brushless-Motor für Kart

    Hallo,

    die Flussdichte kann ich anhand der Magneten begrenzen. Wenn ich die Magnete weiter auseinander nehme, ist auch die Flussdichte geringer.
    Durch das Eisen- als Generator- wird die Flussdichte, die von den Magneten ausgeht, verstärkt. Ein Mitglied aus dem Kleinwindanlagen-Forum hatte dies einmal ausprobiert und bekam eine doppelt so hohe Spannung raus. So hat er nur eine Scheibe mit Magneten bestückt und trotzdem die gleiche Spannung rausbekommen wie mit 2 Magnetscheiben und ohne Eisen.
    Für die Sättigung des Eisens muss ich dann also die Flussdichte, die von den Magneten ausgeht, mit 2 multiplizieren. Da Eisenpulver nochmals früher als Eisen, das bei ungefähr 1,6T gesättigt ist, lege ich meinen Maximalwert auf 1,4T. Diesen muss ich durch 2 teilen, um die maximale Flussdichte, die von den Magneten ausgeht, zu erhalten.

    Ein k von 5,5 erscheint mir sehr hoch. Darunter leidet natürlich die Beschleunigung, auf die es aber eher ankommt. Ich werde einen Gang bis 75km/h machen und einen bis 130km/h, da der Motor ja 10kW und kurzzeitig auch etwas mehr hergeben soll.

    Was die Akkus angeht: Ich weiß, dass LiPos, was solche Dinge angeht, sehr empfindlich sind und habe solche Feuerbälle auch schon sehr oft gesehen. Dennoch wären diese wahrscheinlich die beste Lösung, da die Spannung von LiFePYO4's sehr klein ist und dadurch der Strom seehr hoch, weshalb dann der Innenwiderstand des Motors sehr klein sein müsste.

    Ich habe die maximale Leistung anhand des Innenwiderstandes festgemacht, indem ich den Strom berechnet habe und diesen im Quadrat mit dem Innenwiderstand multipliziert habe. Damit das Harz im Stator nicht schmilzt, würde ich sagen, darf dieser Wert nicht mehr als 500W betragen, da es dann ja 500W Wärmeleistung im Stator gäbe. Ich plane zwar Kühlkörper ein, aber trotzdem- sicher ist sicher.
    Aber die 10kW können ja nur dann auftreten, wenn der durch den Regler begrenzte Strom (z.B. 200A) mit 50V zusammenkommt. Darunter können keine 10kW umgesetzt werden.

    Je nach Strom kann das Eisen dann gesättigt werden.

    Stimmt das soweit?

    Gruß
    Dani
     

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