Suche Motor mit niedriger KV

Hallo

für einen Prerotator für einen Tragschrauber suche ich einen Brushlessmotor mit folgenden Rahmendaten:

Befestigungslochdurchmesser 25mm
Motorwelle 5mm
KV ~350
Spannung 22,2V (6s Lipo)

Der Motor soll einen Rotor (3Blatt 1800mm Durchmesser) auf eine Drehzahl von ca. 600 1/min bringen. Vorhanden ist ein Hauptzahnrad eines T-Rex500 (126z).

Ich habe einen Motor mit passenden Daten gefunden: Link

Dieser ist allerdings von der Bauhöhe sehr groß und ich brauche auch nicht soviel Leistung. Geschätzter Bedarf wird ca. 250-300W sein.

Da ich in dem Tragschrauber einen 6s Lipo habe möchte ich diesen nach Möglichkeit auch für den Prerotator verwenden. Alternativ könnte ich einen kleinen 3s Akku einbauen. Dann müsste der Motor eine KV von 700 haben.


Wer hat hier eine Idee oder könnte mir beim Berechnen einer neuen Wicklung helfen.

Hallo Michael,

ich habe mal mein Helirotor-Berechnungsprogramm gefragt; Ergebnis:
Bezeichnung: Demo
Durchmesser [m]: 1,800
Drehzahl [U/min]: 600
Geschwindigkeit [m/s]: 0,0
Blattzahl: 3
Tiefe innen [m]: 0,080
Tiefe aussen [m]: 0,080
Profil: CLARK-Y
Verwindung [Grad]: 0,0
Blattwinkel bei 0,7R [Grad]: 2,5

Schub [N]: 32,990
Antriebsleistung [W]: 137,057
Antriebsmoment [Nm]: 2,1813
Spezifischer Schub [N/W]: 0,241
Schubbeiwert: 0,0258
Leistungsbeiwert: 0,00595
Leistungs-Guetegrad : 0,55
Flaechendichte [%]: 6,79
Umfangsgeschwindigkeit [m/s]: 56,5
Fortschrittsgrad: 0,00

Die 80 mm Blattiefe sind eine Annahme von mir. Ich kann leider keine niedrigeren Blattwinkel vorgeben, da hierzu keinen Polarenpunkte vorhanden sind (das Programm ist für Heli-Rotoren ausgelegt).
Mit der Antriebsleistung liegst du in etwa richtig, die o.g. Leistung ist ja die Wellenleistung. Aber dein "kv" ist noch zu hoch.
2,18 Nm = 218 Ncm; nehmen wir mal an, du spendierst 50 A, dann folgt daraus eine Drehmomentkonstante km = 218/50 = 4,36 Ncm/A. Daraus dann kv = 955/4,36 = 219 Upm/V.

Einen Motor für Direktantrieb mit diesem kv und "tragbarem" (kann man wörtlich nehmen...) Gewicht bzw. geringer Größe wirst du kaum finden, das geht an die Grenzen der Technik.

Imho solltest du ein Getriebe vorsehen, Untersetzung min. 5:1; dann sieht das schon viel freundlicher aus. Ein Freilauf wäre dann auch angebracht.

Gruß,
Helmut

Hallo Helmut

Ich habe einen Freilauf und ein Getriebe
Motorseitig dachte ich an ein 11 oder 13er Ritzel in Verbindung mit dem 126er Hauptzahnrad.
Das ergibt eine Untersetzung von ca. 12-14/1
Ich habe keine Ahnung wie die kV eines Motors angegeben ist. Denke aber mal im Leerlauf.
Überschlägig bei 22 Volt am Motor kam ich auf die 350er kV.
Vielleicht habe ich ja noch einen Denkfehler.



P.s. Die Blattiefe ist 50mm. Ist ein SG6042 Profil.

Gruß Michael

Hallo Michael,

kannst du noch etwas zum Blattwinkel (Anstellwinkel des Profils zur Drehebene) sagen ?
Meines Wissens ist der beim Tragschrauber gering (?)...

Und ja, das kv bezieht sich immer auf den Leerlauf. Leider reicht das nicht aus zu einer "richtigen" Motorauslegung, weil der Wicklungswiderstand genauso wichtig ist. Ein ganz kleiner und ein großer Motor können dasselbe kv haben, aber im Widerstand sind die dann sehr verschieden.

Wenn ich es richtig verstehe, soll der Motor nur den Rotor auf Drehzahl bringen; und das dauert nur ein paar Sekunden. Man könnte den Motor dann auch in einem ungünstigen Betriebspunkt betreiben ?

Gruß,
Helmut

Hallo Helmut
Der Blattanstellwinkel ist beim Tragschrauber negativ. Ich habe momentan -3,5 Grad eingestellt. Damit dreht der rotor gut hoch und hält die Drehzahl.
Ja! Der Motor (die ganze Einheit mit Freilauf usw. nennt sich dann Prerotator) bringt den Rotor nur auf eine bestimmte Drehzahl. Bei mir sind das 600 1/min.
Ist etwas unterhalb der Drehzahl im Flug, aber das ist gut so. Der Effekt ist der, das ich keine 40m Anlauf brauche um bei möglicherweise ungünstigen Windbedingungen
den Rotor auf die benötigte Drehzahl zu bringen. Mit einer Startdrehzahl von 600 1/min sollte sich der Startweg auf wenige Meter verkürzen.

Wegen mir kann der Motor bei einem sowas von ungünstigen Betriebspunkt laufen... neee Spass beiseite der muss nicht 100% exakt passen.
Ich brauche auch etwas Spielraum um die Startdrehzahl zu optimieren. Von mir aus kann der Motor auch bei einer Regleröffnung von 60-80% betrieben werden. Ist ja nur für kurze Zeit

Hallo Michael,

anhand deiner Daten und Bilder habe ich nun den Antrieb nochmal durchgerechnet.

Vergiss meinen ersten Versuch, das war viel zu ungünstig; wegen der anderen Abmessungen, des Direktantriebs und des angenommenen Profils, und weil ich mit meinem Rotorprogramm nicht auf "Schub Null" runterkommen kann.

Die Daten/Diagramme vom SG6042 habe ich inzwischen in den Messungen von Michael Selig/UIUC gefunden (falls du Interesse hast, kann ich sie hier reinstellen). Der von dir genannte Einstellwinkel von -3,5° passt genau zum Nullanstellwinkel des SG6042; der Rotor hat also beim Hochlaufen Nullschub. Damit kann man den Drehmoment- und Leistungsbedarf rel. einfach berechnen, man muß nur die "Widerstandsleistung" aufbringen. Die Formel dazu kann ich hier gfls. auch reinstellen.

Es ergibt sich dann bei 600 Upm eine erforderliche Rotorwellen-Leistung von (gerundet) 90W bzw. ein erforderliches Drehmoment von 1,44 Nm.

Bei einer Untersetzung von 14:1 wird die Motor-Lastdrehzahl n_L = 14*600 = 8.400 Upm;
für das Drehmoment nehme ich eine zusätzliche Sicherheit von 10% + 5% Getriebeverlust an; dann wird das Motor-Lastmoment M_L = 1,44*1,15/14 = 0,118 Nm = 11,8 Ncm. Das kann man locker erreichen...

Unter Annahme von verschiedenen kv im Bereich von ca. 450 - 650 Upm/V ergeben sich unterschiedliche Leerlaufdrehzahlen (n₀ = kv*22 V) im Bereich 9.900 - 14.300 Upm. Damit dann auch das Verhältnis Lastdrehzahl/Leerlaufdrehzahl = n_L/n₀, das man anhand von Erfahrungswerten (oder der Motortheorie) festlegen kann; Bereich hier etwa 0,6 - 0,75. Aus der spez. Drehzahl (kv, Upm/V) ergibt sich auch das spezifische Drehmoment km = 955/kv, und mit dem oben schon berechneten Drehmoment der notwendige Strom. Das Ganze macht man am besten in einer kleinen (EXCEL-)Tabelle.
Im hier gegebenen Fall zeigen sich Werte für kv von etwa 450 - 600 als geeignet, und man kann damit auf die Suche nach einem passenden Motor gehen.

Ich habe dazu mal den Turnigy G32-530 vom HK gewählt. Damit wird dann n₀ = 530*22 =11.660 Upm, n_L/n₀ = 8.400/11.660 = 0,72; km = 955/530 = 1,80 Ncm/A, und der Strom I_L = 11,8/1,8 = 6,6 A. Da in dieser Rechnung noch Vereinfachungen stecken, wird der reale Strom etwas höher liegen, etwa 7 - 7,5 A, und die Eingangsleistung bei etwa 155 - 165 W. Der Motor läuft dann noch im Teillast-Bereich.

Natürlich sind auch ähnliche Motoren verwendbar, aber dieser passt recht gut zu deinen Vorstellungen und deinem Bild. Ich bin nur nicht ganz sicher, ob sich die Welle zur "Hinterspant-Montage" verschieben läßt. Gewindelöcher am Motor zur Montage sind jedenfalls vorhanden.

Die Untersetzung 12:1 habe ich auch überschlägig gerechnet; würde auch gehen, aber dann steigt der Strom an. Bei den kleineren Motoren habe ich keinen gefunden, der ein passendes kv hat.

Soweit meine Empfehlung; vielleicht nützt sie dir.

Gruß,
Helmut

Hallo Helmut

vielen herzlichen Dank für deine Hilfe!

ich habe mir diesen Motor bestellt: SK3-4240-530

Der ist etwas kürzer als der G32. Die Daten sollten identisch sein sonst.
Ritzel verwende ich ein 13er. Aber das sollte auch kein Problem sein bei der kurzen Laufzeit.

Würde mich sehr über deine Daten und die Berechnung freuen wenns dir nichts ausmacht.

Danke und einen schönen Abend

Hallo Michael,

hier die Formel für das Drehmoment:
Anhang anzeigen Drehmomentformel2.pdf

Und dann die Daten zum Profil:


Hier gibt´s noch mehr zu dem Profil (das ursprünglich mal für Windräder entwickelt wurde):
http://www.ae.illinois.edu/m-selig/uiuc_lsat/Low-Speed-Airfoil-Data-V3.pdf

Viel Erfolg und Grüße,
Helmut

EDIT:
Hab´ eben noch einen Fehler in der Formel entdeckt; es muß darin R⁴ heißen und nicht R³. Ist korrigiert (Drehmomentformel2.pdf), aber ich kann die falsche Version nicht mehr löschen...



Quelle der Profildaten:
M. Selig et al., Summary of Low-Speed Airfoil Data, Volume3, University of Illinois;
Soartech Publications, Virginia Beach, Virginia