magnetische Gangschaltung im BL-Motor -> Effizientes Modellauto

Moin,

ich trete zum vierten Mal bei einem Wettbewerb an, in dem es um effiziente Modellfahrzeuge geht. Fahrzeugcharakteristica entsprechen etwa dem 1:10 Maßstab.

durch Recherchen fand ich diesen Thread "Gangschaltung für BL-Motor" mit sehr interessanten Infos. danke an alle Poster!

Die Herausforderung: Im Wettbewerb geht es darum, einen recht dynamischen Rundkurs mit begrenzter Energiemenge möglichst oft innerhalb von 20 Minuten zu durchfahren. Bei jeder Beschleunigung ist der verwendete BL-Motor jedoch in einem schlechten Wirkungsgradbereich, da hohe Ströme herrschen. zum Einsatz kommt ein LRP X12 21.5T BL-Motor mit Sensor.

unten ein Sample aus 8 Runden:
in Blau die mechanischen Momentanleistungen gemittelt
in Rosa die thermischen Verlustleistungen gemittelt,
in Grau die Wirkungsgrade des gesamten elektrischen Antriebsstranges
in Grün: die Prozent der "investierten Energie" nach Drezahlbereich. also wieviel der kostbaren Energie man in welchem "Betriebszustand" verbratet.
Hinweis: bei den Werten vom Wirkungsgrad kommen zu niedrige Werte heraus, die auf einen erhöhten Widerstand in der Motorzuleitung (schlechte Stecker+Kabel) in dem Testfahrzeug zurückzuführen sind.



Fazit: 50% der Energie werden in Beschleunigungsphasen (bei niedriger Drehzahl 6000-8000) investiert, wo die Wirkungsgrade bescheiden sind. Ein spezieller Motor, oder eigentlich 2 Stück in einem Gehäuse könnten da abhilfe schaffen.

Die Lösung:
Den in Stern gewickelten Motor mit einer Wicklungsanzapfung versehen und einmal den "langsamen" Motor (kleines Kv weil mehr Wicklungen) zum Beschleunigen verwenden, auf der Geraden dann den "schnellen" Motor
(höheres Kv weil weniger Wicklungen)

Angesteuert wird der Motor via zwei Regler:
der "langsame" Regler an den Anschlüssen 1U, 1V, 1W
der "schnelle" Regler an den Anschlüssen 2U, 2V, 2W



Mein Problem:
die Regler ansteuern und das Wickeln hat alles geklappt, beide Motoren (im selben Gehäuse) laufen rund und zeigen klar, dass die gewünschten Kv-Werte (1700 und 2500) erreicht wurden.
Sobald ich versuche, beide Regler am selben Motor in Betrieb zu nehmen, treibt der Eine aber Strom über den Anderen, statt über den Motor.

Bisher getestet:
A) Multiplex BL Multicont 54 als "schneller" Regler und Reely 1:10 BL-Set als "langsamer Regler" -> Reely funktioniert top, wenn Multiplex angeschlossen und aufgedreht ist. Multiplex aber zieht hohen Strom, weil er ihn über den Reely treibt. (beide Regler mit Bremse deaktiviert!)
B) Kontronic 4100 "langsam" und Multiplex BL Multicont 54 "schnell" -> Kontronik kann Motor nicht betreiben, weil er das Feld verliert (ev. Störung durch Multiplex?)

meine Fragen:
a) hat jemand schon so etwas probiert?
b) welche Regler (möglichst leicht und ~20A Belastbarkeit) könnte ich dafür verwenden?
c) einen mechanischen Schalter hatte ich aufgrund des Kontaktwiderstandes ausgeschlossen, aber angesichts der Reglerprobleme ist dieser ev. sogar leichter und zuverlässiger

Ich wäre euch echt dankbar, stehe da an und kann nicht Trial and Error anwenden, da das schnell unleistbar wird.
Mehr Bilder, Daten und Diagramme sind vorhanden, falls es wen interessiert

dankesehr
loudspeaker

Versuch es doch einmal mit einem Relais, das Du über einen gesonderten Kanal schaltest. Das Relais muß ein 3x Ein sein und die höheren Ströme verkraften. Damit kannst Du die 3 Teilwindungen jeweils zwischen 1 und 2 kurzschließen und Du brauchst nur einen Regler.

Die Idee an sich finde ich Klasse, zumal ich mich mit ähnlicher Problematik im Modellflug beschäftige.

Hi,
ein Ähnliches Problem haben die Solarflieger die das durch Stren/Dreieckumschaltung gelöst haben . Ausserdem würde ich auch einen Motor verwenden der schon von Haus aus höhere Wirkungsgrade mitbringt . Die CAR Motoren der diversen Hersteller sind da nicht gerade die Weltmeister.Die besten Maschinen sind Lehner Motoren mit Segmentierten/Scheibchen isolierten Magnetrotoren und Luftspaltwicklungen oder ein Kontronik Tango Motor mit niedriger kv . Die Wicklungsabgriffe sind natürlich auch ok nur hab ich das auch nur mit einem Relais gemacht braucht aber eigentlich 3 x Um . Auch gehen tut ein Verschieben des Rotormagnets um das Feld zu schwächen. Funktioniert aber nur gut bei Motoren mit Wicklung in Slots . Am besten Aussenläufer und da die Glocke verschieben. Die Wicklung für das Beschleunigen auslegen und wenn der Topspeed nicht reicht ,per Servo die Glocke bewegen. Der Elektronische Weg geht mit einigen Stellern im RC Car Sektor vonb Tekin oder GM Graupner die Genius Serie. Hier kannst du auch einen Motor mit höherer Windungszahl verwenden der aber auf der Geraden einschläft und im Steller bis zu Drei Drehzahlen einstellen bei dennen das Timing verstellt wird . Ein erhöhen des Timings erhöht die Drehzahl des Motors .Bei einem Motor mit Sensoren kann da bis weit über 30 Grad vorgestellt werden ,das ist etwa so wie Feldschwächung.
Aber am besten bei den Shell Ecomarathon Fahrzeugen nachschauen wie die das so gelöst haben. Pac Car aus der Schweiz hat zwei Motoren die beim Beschleunigen zusammen arbeiten und auf der Geraden wenn nur noch gleichmässig gefahren wird klappt der zweite Motor ganz aus dem Antrieb heraus und wird abgeschaltet. Aktuell hat das Weltrekordfahrzeug aber einen Lehnermotor verbaut .http://tera.tugraz.at .

Hallo

Ich finde die Idee mit der Anzapfung auch nicht schlecht.
Ich würde die beider Steller auf je einen Kanal legen, und den für langsam bei halber Knüppelstellung auf 0 runter regeln, der hat ja keine Bremse, und dann Pause.
Den schnell-Regler erst dann mit ganz kurzem Übergang direkt auf Halbgas programieren, und dann weiter hoch fahren.
Ich denke so sollten sie sich nicht, oder weniger stören. Müste über die Senderkurfe doch gehen.
So ist immer nur einer in Betrieb!

Gruß Aloys.

Hallo Lautsprecher,

wo ist denn der Wettbewerb? Ansehen könnte man sich das ja mal, wenn es nicht zu weit weg ist.

Könnte sein, dass Modellautos auch noch für mich interessant werden.

Kurzschluss

Kurzschluss

GC schrieb:

Versuch es doch einmal mit einem Relais, das Du über einen gesonderten Kanal schaltest. Das Relais muß ein 3x Ein sein und die höheren Ströme verkraften. Damit kannst Du die 3 Teilwindungen jeweils zwischen 1 und 2 kurzschließen und Du brauchst nur einen Regler.

Die Idee an sich finde ich Klasse, zumal ich mich mit ähnlicher Problematik im Modellflug beschäftige.

Zum Vergrößern anklicken....

NÖÖÖÖÖ

Wicklung kurzschließen geht keinesfalls, da an der restlichen Teilwicklung Wechselstrom anliegt! das ist so als würde man die Sekundärwicklung eines Transformators kurzschließen.
Wie kommst Du denn auf die Idee?

Wolfgang

Doch!

Wolfgang,

lese mal genauer. Es werden dann nur die Enden der Wicklungen kurzgeschlossen. Es ist dann so, als hätte der Motor weniger Windungen.

GC schrieb:

Versuch es doch einmal mit einem Relais, das Du über einen gesonderten Kanal schaltest. Das Relais muß ein 3x Ein sein und die höheren Ströme verkraften. Damit kannst Du die 3 Teilwindungen jeweils zwischen 1 und 2 kurzschließen und Du brauchst nur einen Regler.

Die Idee an sich finde ich Klasse, zumal ich mich mit ähnlicher Problematik im Modellflug beschäftige.

Zum Vergrößern anklicken....

Sei doch so gut und mach ne Skizze, Du schreibst ja selber "zwischen 1 und 2 kurzschließen"
So habe ich das verstanden: der Regler bleibt an 1 angeschlossen, der Strom fließt entweder durch die Teilwicklungen 1-2-Sternpunkt
oder von 1 durch den Schalter nach 2-Sternpunkt, wobei die Teilwicklung 1-2 gleichzeitig kurgeschlossen ist.
Hilf mir mal auf die Sprünge, da bin ich jetzt gespannt.

GC,
brauchst trozdem 3xUM und nicht 3xEIN ,sonst werden ein paar Windungen Kurzgeschlossen.

Christian Lucas schrieb:

GC,
brauchst trozdem 3xUM und nicht 3xEIN ,sonst werden ein paar Windungen Kurzgeschlossen.

Zum Vergrößern anklicken....

Ich stehe wohl auf dem Schlauch oder verstehe obiges Schaltbild miss. Bei Umschaltung von Stern auf Dreieck bruaucht man 3*Um, klar!

Aber was Loudspeaker wollte ist wohl etwas anderes. Mein Vorschlag deshalb:

Meinen Regler schließe ich an 1U, 1W, 1V an und er Motor läuft mit wenigen KVs.

Jetzt schliesse ich 1V mit 2V über Relais kurz und die anderen beiden auch. Das ist doch so, als hätte ich den Regler an 2U, 2V und 2W angeschlossen, oder?


Leider hat sich loudspeaker schon länger nicht gemeldet. Mich würde das genaue Reglement interessieren und wo solche Rennen stattfinden. Würde mir das gern mal ansehen.

Kurzschluss ist kein Abschalten

Kurzschluss ist kein Abschalten

GC schrieb:

Doch!

Wolfgang,

lese mal genauer. Es werden dann nur die Enden der Wicklungen kurzgeschlossen. Es ist dann so, als hätte der Motor weniger Windungen.

Zum Vergrößern anklicken....

Selbst Buchstabieren ersetzt keine fehlenden Pysikkenntnisse

Das Kurzschließen einer Teilwicklung entspricht einem Windungsschluss!
Und Falsches wird durch Wiederholen nicht richtig(er)
Und bei der Signatur sollte man besonders vorsichtig sein und sich auf entsprechende Reaktionen gefasst machen:

Viele beschweren sich über Über-Gewicht - aber niemand über Unter-Geist!

Wolfgang

Wattsi schrieb:

Selbst Buchstabieren ersetzt keine fehlenden Pysikkenntnisse

Das Kurzschließen einer Teilwicklung entspricht einem Windungsschluss!
Und Falsches wird durch Wiederholen nicht richtig(er)
Und bei der Signatur sollte man besonders vorsichtig sein und sich auf entsprechende Reaktionen gefasst machen:

Viele beschweren sich über Über-Gewicht - aber niemand über Unter-Geist!

Wolfgang

Zum Vergrößern anklicken....

Hallo Wolfgang

vielen Dank für Deinen äußerst sachlichen Beitrag! Du scheinst heute besonders gut drauf zu sein.

Ich habe nicht buchstabiert , sondern mich auf die Bezeichnungen im Schaltbild des TEs bezogen.

Ich will es Dir noch mal erklären, vielleicht versteht Du es dann oder Du gibst mir die Ehre an Deinen besonders hochkarätigen physikalischen Wissen etwas teilhaben zu dürfen, obwohl es hier eher um Elektromechanik als um Physik geht.:


Wenn ich einen Motor in Sternschaltung baue mit z.B. 3*8 Windungen und mache nach 4 Windungen jeweils eine Anzapfung. So kann ich den Motor ohne die Benutzung der Anzapfung mit 3*8 Windungen betreiben.

Wenn ich nun bei jedem der 3 Wicklungen die äußeren 4 Windungen kurzschließe, was mit einem 3*EIN Relais bekanntlich geht, dann habe ich einen Sternmotor mit 3*4 Windungen, der theoretisch doppelt so hoch dreht.

Kann sein daß ich falsch liege aber ich behaupte mal, daß die kurzgeschlossenen Teilwicklungen
als Bremse wirken werden. Hier geht es schließlich nicht um ohmsche Widerstände.

heikop schrieb:

Kann sein daß ich falsch liege aber ich behaupte mal, daß die kurzgeschlossenen Teilwicklungen
als Bremse wirken werden. Hier geht es schließlich nicht um ohmsche Widerstände.

Zum Vergrößern anklicken....

Das war die entscheidende Antwort! Heikop, Du hast Recht, das sehe ich ein. Das bremst. OK. 3*Um!

Offensichtlich geht es auch sachlich und freundlich zu argumentieren.

Umschalterei

Umschalterei

Moin,
entschuldigt die kurze Auszeit, war die letzten Tage am Motorprüfstand und weniger im Netz.
vorläufiges Ergebnis der Messerei: die beiden Wicklungen beieinflussen sich kaum und mit einer Wicklungsanzapfung können die typischen Wirkungsgrade des LRP X12 21.5T erreicht werden.

danke für die vielen Meldungen, ich gehe auf jede im Detail ein:

Damit kannst Du die 3 Teilwindungen jeweils zwischen 1 und 2 kurzschließen und Du brauchst nur einen Regler.

Zum Vergrößern anklicken....

danke für den Versuch GC, aber kurzgeschlossene Wicklungen haben meist einen niedrigen Wirkungsgrad

Eine Stern-Dreieck-Umschaltung kommt für uns leider nicht in Frage, da der Unterschied in den drehzahlen (kv) nur etwa 1,3 statt 1,7 ist. Der langsamere Motor müsste grob bei 7.000 rpm optimalen Wirkungsgrad haben und der schnellere bei grob 9.000 rpm.

Die besten Maschinen sind Lehner Motoren mit Segmentierten/Scheibchen isolierten Magnetrotoren und Luftspaltwicklungen oder ein Kontronik Tango Motor mit niedriger kv

Zum Vergrößern anklicken....

Das ist ein interessanter Tipp, Christian. Lehner Motore schneiden für unsere Anwendung tatsächlich sehr gut ab. nur gibt es ein Problem: Mit einer Luftspaltwicklung hatte ich noch nie zu tun und ging bisher davon aus, die sei (privat) nur schwer nachzuwickeln. Kontronik Tango Motore muss mir anschauen, ob da etwas passt.
edit: Tango sind wohl auch keine Option (siehe Bild). Wüsste nicht, wie ich hier eine Wicklungsanzapfung "basteln" sollte.

Ausserdem würde ich auch einen Motor verwenden der schon von Haus aus höhere Wirkungsgrade mitbringt. Die CAR Motoren der diversen Hersteller sind da nicht gerade die Weltmeister.

Zum Vergrößern anklicken....

Sehe ich auch so, Christian. Desshalb der X12 21.5T, der einen Ri von ~0,076 Ohm (gemessen), sowie einen Leerlaufstrom bei 6,9V von 1 0,8A hat (gemessen). Ein Kv von ~1770 (gemessen) hat. Laut Hersteller sollen es 0,05 Ohm, 0,4A und 1700 Kv sein, denn er wirbt mit 93% max. Wirkungsgrad
Kennt jemand andere Motore mit ähnlichen Angaben, die leichter sind? Möglichkeiten: Kv kann geringer sein (bis ~1200), das können wir noch passend untersetzten.

zum Beweis die Messdaten (inkl. Regler Hacker Tensoric 10 - sensorless aktiviert, Timing 0) im Diagramm: Blau die berechnete Kennlinie Rot die gemessene. wie man sieht ist der Wirkungsgrad durch die zusätzlichen Kabelwiderstände, Stecker und Reglerverluste deutlich gesunken.

Auch gehen tut ein Verschieben des Rotormagnets um das Feld zu schwächen. Funktioniert aber nur gut bei Motoren mit Wicklung in Slots . Am besten Aussenläufer und da die Glocke verschieben. Die Wicklung für das Beschleunigen auslegen und wenn der Topspeed nicht reicht ,per Servo die Glocke bewegen.

Zum Vergrößern anklicken....

Die Idee habe ich in einem englischsprachigen Forum ebenfalls gelesen, Christian. Ich hatte die verschiebbare Glocke mit einem kleinen Axi probiert, habe dann aber keine merkbare Veränderung bemerkt. Die Idee ist für mich besonders interessant. Aus 4 Gründen:

• das Zusatzgewicht ist sehr gering (1 Servo) und
• es gibt keine Veränderungen an der elektrischen Verschaltung.
• wir fahren mit einer Untersetzungsstufe. wenn ich also die Motorachse verlängere und zwei Ritzel "hintereinander" montiere lässt sich das leicht bewerkstelligen.
• da die Energiemenge begrenzt ist, aber den Umwelteinflüssen (Sonne) unterlegen ist kann bei "Energiemangel" recht einfach die Verschiebung der Glocke deaktiviert werden und im "Energiesparmodus" gefahren werden.

habt ihr Erfahrungen, wie sich das Verschieben der Glocke auf den Wirkungsgrad auswirkt? - Ich werde einen ersten Test mit einem Motor dieser Bauform machen (sollen gut sein, wurde mir gesagt). Gibt es besser geeignete?

Bei einem Motor mit Sensoren kann da bis weit über 30 Grad vorgestellt werden ,das ist etwa so wie Feldschwächung.

Zum Vergrößern anklicken....

Ja, ist "wie Feldschwächung", Christian. Bringt nur den Wirkungsgrad runter. Extrem hab ich dies bei RC-Car-Reglern mit Senor gemerkt. Da sind auf dem o.g. LRP Motor plötzlich 14.000 statt 12.000 rpm möglich, aber der Leerlaufstrom steigt auf etwa das doppelte. ~6A bei 7V haben wir zur Verfügung. Bei 2A Leerlaufstrom ist der Wirkungsgrad im Keller.

Den schnell-Regler erst dann mit ganz kurzem Übergang direkt auf Halbgas programieren, und dann weiter hoch fahren.
Ich denke so sollten sie sich nicht, oder weniger stören. Müste über die Senderkurfe doch gehen.
So ist immer nur einer in Betrieb!

Zum Vergrößern anklicken....

Danke für den Tipp FamZim. Genau so hatte ich meine 2 Regler an einem Motor angeschlossen. Offenbar schließen die Regler jedoch nicht komplett (Mosfets, Diode, ...) und lassen trotzdem einen Strom durch, wenn der andere Regler in Betrieb ist.

Daher komme ich mehr und mehr von der 2-Regler-Variante ab, die auch genug Möglichkeiten zum Scheitern bietet (Regler treiben Ströme übereinander -> Verluste oder gar ganz schlimm: Regler steuren gleichzeitig an, über eine Teilwicklung fließen große Ströme -> Motordefekt)

in den nächsten Wochen werde ich mich daher zwischen den 2 Wegen
a) Wicklungsanzapfung mit 3xUM-Relais (wahrsch. Halbleiterrelais) und 1 Regler oder
b) Verschiebung der Glocke mit 1 Servo entscheiden.

wo ist denn der Wettbewerb? Ansehen könnte man sich das ja mal, wenn es nicht zu weit weg ist.

Zum Vergrößern anklicken....

Das möchte ich natürlich nicht verheimlichen, RC. Der effiziente Antrieb ist nur ein Bestandteil des Wettbewerbs. daneben geht es um Energieausbeute, Fahrstrategie und Pilotenkönnen.
Der Wettbewerb findet zum vierten Mal in Österreich, Wels statt. Er heißt RC-SolarCar-Challenge. hier findet ihr alle Reglement, Videos, Fotos etc. Wettbewerbs-Homepage und mehr hier: Facebook

so und jetzt raus, den Samstag genießen

GC schrieb:

Das war die entscheidende Antwort! Heikop, Du hast Recht, das sehe ich ein. Das bremst. OK. 3*Um!

Offensichtlich geht es auch sachlich und freundlich zu argumentieren.

Zum Vergrößern anklicken....

Jetzt muss ich was klarstellen

Wenn mir jemand empfiehlt einen simplen Sachverhalt wie das Kurzschließen einer Wicklung nochmal lesen zu sollen, unterstellt man mir schlicht und einfach:Zu blöde oder was?
Dass ich mich gegen eine derartige Frechheit wehre, dürfte verständlich sein.
Elektrik, Elektrizitätslehre sind Teilgebiete der Physik (und wird auch im Physikunterricht behandelt). Erst mit der Entdeckung der Physikalischen Gesetze, und um die geht es hier, wurde die moderne Technik möglich, unter anderem: Elektromechanik

Das hat nichts damit zu tun,ob ich gut oder schlecht drauf bin, sondern mit Höflichkeit

Hi loudspeaker,

wenn ich Ehrlich bin sollte die Stern Dreieck Umschaltung ausreichen ,die Verkettung ist doch immer 1,7 .

Bei Lehner könntest du ja mal anfragen ob er dir einen Motor mit den gewünschten Windungsabgriffen machen würde Maschinen mit Luftspaltwicklung haben halt die höchsten Wirkungsgrade ,die max. 93% des vorhandenen Motors halte ich für zu hoch.

Die Rotorverschiebung würde ich erst mal nicht machen ,das ist was für Power ohne Ende nicht aber für möglichst hohen Wirkungsgrad.

Richtungsentscheidung

Richtungsentscheidung

ok. danke Christian. hatte vermutet, dass die Glockenverschiebung den Wirkungsgrad drückt.

Der Faktor von 1,7 aus der Stern/Dreieckumschaltung ist eben leider zu hoch für die kleine Drehzahldifferenz von 1,3 , die ich brauche.
werde also versuchen 21.5T und 16,5T (21,5:16,5 =~1,3) zu wickeln und diese mit 3xUM auf 1 Regler zu schalten.

leider gibt es dazu fast keine passenden leichten relais, die ich mit logischen 5V ansteuern kann. werde daher 3x diese hier bestellen (müssen)

lieber wäre mir ein bistabiles (verharrendes) Halbleiter-Relais mit 5V eingang, 3 Wechsler (3xUM), das 15-20A bei 7-9V DC schalten kann. 14g pro Stück (brauche drei davon, Link oben) sind dann doch recht viel für ein 1kg-Rc-Car. :/

weiß jemand ein Modell, das diese Anforderungen erfüllt? - blicke da in der Fülle an Angeboten kaum durch.
danke.

loudspeaker schrieb:

lieber wäre mir ein bistabiles (verharrendes) Halbleiter-Relais mit 5V eingang, 3 Wechsler (3xUM), das 15-20A bei 7-9V DC schalten kann.

Zum Vergrößern anklicken....

Wie kommst Du eigentlich auf Gleichstrom?
Das, was Du schalten möchtest ist alles andere als Gleichstrom.

Hi Loudspeaker.

3 Relais würde ich nicht nehmen. Ich dachte 5 A müßten Dir genügen bei 30W (oder interprtiere ich dein Diagramm falsch?). Schau mal hier, ob Dir so was gefällt: 16/30**A

http://www.finder-relays.net/de/finder-relais-serie-62.pdf

Ansteuerung würde ich über eine kleine Elektronik direkt aus dem Empfänger machen.

Es gibt auch Halbleiterrelais. Ob die allerding UM-schalten können weiß ich nicht.

Warum willst Du ein bistabiles Relais nehmen? Um Strom zu sparen?