BLDC Motor Empfehlung gesucht

[gimmetwofingers]

Hallo zusammen,

Für ein Robotik Projekt suche ich seit längerem einen passenden BLDC Motor, aber ich werde einfach nicht wirklich fündig. Daher hoffe ich, dass vielleicht jemand einen passenden Tipp für mich hat.
Es geht um einen Antrieb für einen fahrenden Roboter. Ich müsste ca 100kg bewegen bei guter Schrittgeschwindigkeit. Bei der Größe meiner Räder bräuchte ich ca 300rpm am Rad. Ich habe sowieso ein Len Antriebsriemen zwischen Motor und Antriebsrad vorgesehen und könnte da eine Umsetzung von 10:1 realisieren, evtl auch etwas mehr. Ich suche also einen Motor mit 3-4000 RPM. Aus dem Vergleich mit ähnlichen Robotern denke ich, dass ich etwas im Bereich 200-400W brauche. Meine Spannungsversorgung gibt mir 24V.
Nun habe ich die Schwierigkeit, dass ich in diesem Segment keine (bezahlbaren) Motoren finde. Ich finde was im Bereich bis ca 200W, was dann aber sehr groß und schwer ist. Oder Scooter Motoren, die im ähnlichen Preissegment liegen, aber komischerweise leichter und kleiner sind, aber schnell 2-3kW bringen.

In dem Leistungsbereich, den ich suche, finde ich leider einfach keinen BLDC Motor. Hat jemand von euch einen heißen Tipp?

 

[froqstar]

Was stimmt denn an den Scooter Motoren nicht? Zu viel Leistung (hä?)? Zu groß? Zu teuer?

Was sind denn deine Vorgaben bzgl Preis, Größe und Features? Braucht der Motor z.B. Drehzahl/Winkelsensoren oder machst du das extern?
Was kann dein Regler ab?

 

[gimmetwofingers]

Meine "Sorge" ist, dass ich so einen starken Motor dann die ganze Zeit bei nur 1-10% Leistung betreibe, ist das nicht ziemlich ineffizient?

 

[gimmetwofingers]

Und ich würde mich wohler fühlen, wenn nicht ein Programmierfehler dafür sorgt, dass das Teil mit 30 Sachen durchs Zimmer fährt...

 

[S_a_S]

Hallo Roboterbauer,

bei Modellbaumotoren sind in der Regel keine 100% ED gefordert, die laufen nur, bis der Akku leer ist - und dann gibt es Abkühlpause. Flugmotoren werden durch den Propellerluftstrom dazuhin zwangsgekühlt. Industriemotoren fallen deshalb etwas größer aus.

Leistung ist Drehmoment multipliziert mit der Drehzahl. Bei niedrigen Drehzahlen brauchst Du folglich viel Drehmoment - und das lässt sich wiederum mit größerem Rotordurchmesser erreichen.

Für sanftes Anfahren sollte der BLDC mit Sensoren bestückt sein, denn ohne Bewegung gibt es keine Spannungsrückmeldung, aus der auf die Rotorposition (zur Kommutierung) geschlossen werden kann. Deshalb kann es bei sensorlosen Motoren/Stellern zu Ruckeln beim Anlauf kommen.

Es gibt bei diversen Elektronikversendern einen Bosch Rasenmäher-BLDC F016L68035 mit 3400/min bei 36V - mit einem kv 108. Leider ohne vernünftiges Datenblatt, dafür nicht so teuer. Aber auch ohne Sensor und mit gut 2kg ein ordentlicher Brocken.

Grüße Stefan

PS: bei Gleichstrommotoren - und BLDC sind solche - ist bei maximaler Leistung selten der maximale Wirkungsgrad. Bei maximalem Drehmoment und im Leerlauf ist die Nutzleistung 0. Was aber nicht heißt, dass er dabei nicht heizt.

 

[gimmetwofingers]

Danke für die Rückmeldung, jetzt verstehe ich das glaube ich etwas besser.
Wie verhält es sich denn, wenn ich einen Motor immer im unteren Leistungsbereich betreibe? Ich tendiere dazu, einen überdimensionierten Motor zu nehmen, wie weit unten kann man BLDC Motoren betreiben? Oder hängt das vom Regler ab?

 

[S_a_S]

nein, die Leistungsaufnahme hängt von der Last ab.

Es gibt zwar eine "Grundlast" aus Reibung und Kommutierung, die führt zum Leerlaufstrom, der bei größeren Motoren auch einige Ampere betragen kann. Wenn dann nur wenig mechanische Last abgerufen wird, ist der Wirkungsgrad zwar schlecht, aber thermisch für den Motor kein Problem.

Anders sieht es aus, wenn der Motor über der Nennlast betrieben wird, denn der aufgenommene Strom ist proportional zum Lastmoment. Und quadratisch mit dem Strom steigen die Kupferverluste. Wenn die dann entstehende Wärme nicht abgeführt werden kann, können die Magnete die Magnetisierung verlieren oder die Lackisolation der Wicklung versagen, dadurch wird der Motor unbrauchbar.

Drehzahl spielt aber auch eine Rolle, wenn ein Lüfterrad mit auf der Achse sitzt. Dann sinkt mit der Drehzahl auch die Kühlleistung. Teilweise werden deshalb Stellantriebe an Maschinen mit einem Zusatzlüfter mit unabhängigem Antrieb versehen.

Beim BLDC Steller ist noch zu beachten, dass unter Teillast neben der eigentlichen Kommutierung (sequentielles Durchschalten der Wicklungen) auch noch eine Leistungssteuerung mit PWM überlagert wird. Dabei steigen dann die Schaltverluste in den Halbleitern - damit steigt auch die Temperatur. Also dafür teillastfeste Komponenten oder mit entsprechendem Zuschlag auswählen.

Grûße Stefan

 

[gimmetwofingers]

Oh je, ich fürchte jetzt komme ich nicht mehr mit. Also was ich verstehe ist, dass im unteren Leistungsbereich durchaus arbeiten kann, aber mit schlechtem Wirkungsgrad? Die Wärmeentwicklung ist nicht groß, aber bei niedriger Drehzahl kann es sein, dass die Kühlung noch schlechter ist, also sollte ich darauf achten, durch eine geeignete Umsetzung eine ausreichende Drehzahl zu haben.
"teillastfähige Komponenten oder mit entsprechendem Zuschlag" heißt, einen überdimensionierten Regler einzusetzen? Oder reicht einer, der für die Maximalleistung des überdimensionierten Motors gedacht ist?

 

[S_a_S]

was zum Lesen:

Servonaut Online-Shop - Know How Elektromotoren

www.servonaut.de

Steht zwar "Bürstenmotor", aber ein elektronisch kommutierter Brush Less DC Motor verhält sich ähnlich, aber mit besserem Wirkungsgrad, weil die Reibung der Bürsten wegfällt.

In das Motor-Kennliniendiagramm kannst Du nun die Lastkurve (Drehmoment über Drehzahl) einzeichnen. Da wo sich die beiden Drehmomentkennlinien schneiden, ist der Arbeitspunkt des Motors für diesen Lastfall, hier noch etwas detaillierter beschrieben

Kühlung generell:
weil der Wirkungsgrad immer kleiner 100% ist, entsteht immer Abwärme. Bei 400W und z.B. 90% sind das 40W. Jetzt möchtest du einen möglichst kleinen Motor haben. Stell Dir den mal in der Größe einer 40W Glühbirne vor, weil die bekommt die Wärme auch gerade so in die Umgebung abgestrahlt (ohne Lüfter). Mit entsprechend größerer Oberfläche oder Luftzug ist der Wärmeaustausch besser.
Man kann aber (kurzzeitig) auch mit der Wärmekapazität arbeiten - ein schwerer Klotz erwärmt sich langsamer, nimmt also erst mal Energie auf. Dauert aber auch länger, bis er wieder abgekühlt ist. Das hilft Dir, um den erhöhten Leistungsbedarf beim Beschleunigen und Bremsen los zu werden, wenn anschließend konstante Fahrt oder Wartepausen kommen.
Das ganze gilt aber auch für den Steller. Wenn der im Vollastbetrieb 3% Verlust hat und im Teillastbetreib 4%, klingen 1% mehr nach nicht viel, sind aber (12W -> 16W Verlust) 33% mehr, wenn die Drehzahl nur gering zurückgenommen wird.

Ein unterdimensionierter Motor oder Steller wird spätestens bei Maximallast (längere Beschleunigung, Bergfahrt, Fahrt gegen Hindernis) ans Limit kommen.

Aber Du solltest auch mal anfangen zu rechnen, welche Beschleunigungen, welche Reibung und welche Endgeschwindigkeit Du vom Robot erwartest, nur damit kommst Du zur Lastkurve. 100kg (auf dem Fahrrad) bei ~25km/h brauchen etwa 200W. Für einen gleich schweren Bollerwagen mit kleinen Rädern durch unwegsames Gelände (Gras, Kies) den Berg hoch wirst Du deutlich mehr Leistung brauchen...

Grüße Stefan

 

[gimmetwofingers]

ok, vielen Dank nochmal, dass Du mir das alles erklärst.
Also zu den Parametern, ich würde gern gute Schrittgeschwindigkeit erreichen und auch eine gute Beschleunigung (so in 2-3 Sekunden auf Geschwindigkeit).
Ich hatte ausgerechnet, dass ich ca. 480N Reibungskraft überwinden muss, plus eine mäßige Beschleunigung komme ich auf gut 500N. Mit zwei 10cm Rädern zum Antrieb sind das 12,5Nm, die ich pro Motor am Antriebsrad realisieren muss.
Wenn ich 1,5m/s erreichen möchte, dann sind das 290 RPM am Antriebsrad.
12,5Nm*290RPM/9550 = 380W

 

[Gerd Giese]

Moin??? , ist dir mal die Idee gekommen einfach so ein Teil zu nehmen... o. ä. : DEWALT DCD796N 18 V XR Li-Ion Brushlesser, kompakter Kombi-Hammer, gelb/schwarz https://amzn.eu/d/3XcmGBH
Die Teile wie Motor, Getriebe und Regelung ausbauen und nach Bedarf einsetzen. Ich finde, besser geht es doch nicht!

 

[comicflyer]

Hi "DudervonseinenElternkeinenNamenbekommenhat",
ja, ich habe nen ganz heissen Tipp: Hoverboard! (gebraucht, defekt, meist nur Akku durch)
Räder sind aber alle größer als D10cm, 6,5" ist Minimum

CU Eddy