Magnetloser Motor

[Eisvogel]

Heute hat mein Enkel einen defekten E-Hobel zerlegt. Heraus kam ein Bürstenmotor, ohne Magnete.
Der Rotor sieht so aus wie aus einen "alten" Innenläufer, der Stator wie bei einem "modernen" Innenläufer. Beide bestehen aus Eisen und Kupferwicklung, kein Magnet weit und breit!

Warum gibt's sowas nicht als Modellmotor? Zu schwer? andere Nachteile? oder einfach noch nicht umgesetzt?

 

[Patrick Kuban]

Das Feld kann natürlich auch mit Elektromagneten erzeugt werden, und ich erinnere mich auch noch schwach den den Physikunterricht in der IIRC zehnten Klasse, was dessen spezifische Vor- und Nachteile sind. Ich krieg's aber nicht mehr zusammen .. drum tat ich einen Blick ins Lexikon, krieg' Deine Frage trotzdem nicht wirklich beantwortet. In erster Annahme wiegt natürlich auch die CU-Wicklung was, weiters braucht die nochmals Energie. Als grobe Zuordnung habe ich aus damaliger Zeit noch Dauermagnet = Gleichstrommotor und Feldwicklung = Wechsel-/Drehstrommotor. Heutige Bürstenlosis sind ebenfalls Drehstrommotore. Watt nu ..?

Als dann Heinz Keller wohl als erster wahlweise starke Dauermagnete in seine Modell-Elektromotoren baute, und man allein für den Mehrpreis gegenüber seinen Ferritmagnetmotoren schon etliche Mabuchis kaufen konnte, fand ich den Begriff "seltene Erden" als das Zaubermaterial für die mögliche Leistungssteigerung irgendwie "angebracht" ;-) Denn eines der früheren Argumente war auch, daß Dauer(=Ferrit)magnete zum einen eine beschränkte Lebensdauer haben und zum anderen ihre magnetische Flußdichte deutlich unter der eines Elektromagneten liegt.

servus,
Patrick, der auf bessere Antworten hofft ...

 

[bendh]

Ich denke wenn du das 2. Magnetfeld auch noch elektrisch erzeugen musst, kostet das einfach Energie und der Wirkungsgrad sinkt.

 

[lastdownxxl]

Hallo,

das war der fremderregte Gleichstrommotor. Die Erregerwicklung wurde über eine 2. Spannung versorgt. Damit konnte man das Magnetfeld
im Erregerkreis einfach steuern, weniger Erregerstrom gleich weniger mag. Fluss. Damit konnte man das KV steuern. Wird das Magnetfeld schwächer, wird weniger Spannung im Rotor induziert, der Motor dreht schneller. Diese Motoren wurden daher gerne in Werkzeugmaschinen eingesetzt.

Mit Einzug der Leistungselektronik (Feldeffekt Transistor, IGBT) und der Microcontroller wurden diese durch geregelte Drehstrommotoren ersetzt.
Ein Brushless Motor ist eigenlich auch ein permanet erregter Synchronmotor, nur mit Blockkommutierung.

Mir ist mal in den 1980-er Jahren das Auto stehen geblieben, war Sonntag nachts auf dem weg zur Bundeswehr. Die Batterie wurde nachts schnell leer. Am nächsten Tag hatte ich die Ursache gefunden. Die Spannungsversorgung (Flachstecker) der fremderregten Lichtmaschine hatte sich gelöst, hatte zuvor am Samstag den Motor mit dem Dampfstrahler gereinigt. Die Lichtmaschine hatte daher keinen Saft geliefert, die Zündung etc. lief daher auf der Batterie.

Gruss
Micha

 

[Jonas Kessler]

Bei fremderregten Motoren hat der Laststrom und die Drehzahl des Rotors auch Einfluss auf das das Erregerfeld. Das ist bei einem Nebenschluss-Elektrohobel egal, der fällt einfach beim Hobeln drastisch in der Drehzahl ab und hobelt trotzdem irgendwie. Im Modellflugzeug hat man aber am liebsten eine nahezu lineare Kennlinie, wo die Drehzahl unter Last nicht einknickt. Dass Kupferwicklungen noch schwerer sind, als Permanentmagnete, und bei unseren Kleinspannungen auch noch sehr dick sein müssen, wurde schon angedeutet. Die benötigte elektrische Energie für das Erregerfeld ist den Hobelbenutzer auch schnuppe, kommt ja aus der Steckdose.

Sogar beim KFZ-Anlasser kommt man gerade von guten alten fremderregten Hauptschlussmotor weg, weil er einfach doppelt so viel wiegt, wie die neueren Motoren mit höherer Drehzahl und Getriebe - und der alte Anlasser im Hauptschluss irrwitzige Anlaufströme zieht.

Und: Wir waren doch alle so froh, endlich keine Bürsten mehr zu haben, die den Strom auf den Rotor bringen müssen. Deshalb hat der Rotor ja zum Glück Permanetmagnete.

 

[S_a_S]

Der Elektrohobel hat einen Universalmotor - optimiert für Wechselstrom. Das funktioniert mit Permanentmagneten nur, wenn vorher noch ein Gleichrichter ("Gleich riecht er") eingebaut ist.

Klar, die Problematik der mechanischen Kommutierung (Funkenfeuer) und Stromzufuhr über Bürsten (Reibung, Verschleiß) sind Argumente, welche die Entwicklung der EC permanent erregten Maschinen beflügelt haben.

Die Kupferwicklungen (Feldstrom kann man durch Erhöhung der Windungszahl verringern) selbst dürften gar nicht so viel schwerer sein als das Magnetmaterial. Aber dazu kommt noch der entsprechende Rückschlussring bzw. Polausformung, um den Luftspalt zu verringern. Bei größeren Motoren (über 10kW, also außerhalb Modellbau) ist Kupferwicklung mit Eisenkern immer noch kostengünstiger als dicke Permanentmagnete.

Aber auch da braucht man Bauraum + Masse für die Energieübertragung zum Rotor (über Bürsten / Schleifringe; könnte man auch reibungslos induktiv übertragen, ist aber Mehraufwand mit Elektronik auf beiden Seiten). Beides hat man im Modellbau nicht unbegrenzt.

Ob sich jetzt steuerungstechnisch Vorteile bei Fremderregung ergeben, wenn zusätzlich mit Feldschwächung zur Drehzahlerhöhung gearbeitet wird, kommt auf den Anwendungsfall drauf an. Bei viel träger Masse kann das sinnvoll sein.

Grüße Stefan

 

[k_wimmer]

Für alle die es interessiert hier mal eine kleine Übersicht über Funktionsweise und Aufbau verschiedener Motoren.

 

[k_wimmer]

Hallo,

Mit Einzug der Leistungselektronik (Feldeffekt Transistor, IGBT) und der Microcontroller wurden diese durch geregelte Drehstrommotoren ersetzt.
Ein Brushless Motor ist eigenlich auch ein permanet erregter Synchronmotor, nur mit Blockkommutierung.

Gruss
Micha

Also das mit der Blockkommutierung will ich jetzt mal nicht so stehen lassen.
Im Modellbau ist das richtig, da die Blockkommutierung unverseller ist, da der Kommutierungszeitpunkt immer durch das Zero-Crossing der einzelnen Motorphasen bestimmt wird.
Da aber über 90% der handelsüblichen BLDC's eine sinusförmige BEMF haben werden diese Motoren auch sehr häufig mit einer FOC betrieben und daher sinusförmig kommutiert.
Speziell beim Einsatz mit Getrieben und und in Geräuschempfindlichen Umgebungen wird das immer mehr gemacht.
Ausserdem habe ich hier im Anlaufmoment den Vorteil, dass ich sanfter, aber trotzdem mit hohem Drehmoment anlaufen kann als das mit einer Blockkommutierung möglich ist.

Ich teste das gerade auch am Modellmotor mit bisher großem Erfolg.

 

[lastdownxxl]

Also das mit der Blockkommutierung will ich jetzt mal nicht so stehen lassen.
Im Modellbau ist das richtig, da die Blockkommutierung unverseller ist, da der Kommutierungszeitpunkt immer durch das Zero-Crossing der einzelnen Motorphasen bestimmt wird.

Hallo Kai,

ist mir schon klar, hab eigentlich auch den Modellbau gemeint. Ich hab auf dem Gebiet 1992 meine Diplomarbeit gemacht. Meine Diplomarbeit war die Grundlage für ein Patent, siehe http://www.patent-de.com/19951123/DE4411073A1.html.

Gruss
Micha

 

[k_wimmer]

Mir war eigentlich schon klar, dass gerade DU das weisst .
Wollte nur die Sache nicht so eingegrenzt stehen lassen, da speziell auch im Modellbau der Einzug der Sinuskommutierung angefangen hat.

Klar, dabei ist natürlich einiges zu beachten, und dann lässt sich der Regler auch nur noch mit dem einen Motortyp betreiben, auf den der Regler abgestimmt ist, aber da lässt sich auch was gegen machen .
Wie gesagt, da tut sich was.

 

[lastdownxxl]

Wie gesagt, da tut sich was.

very high power controllers, e.g. 60V-200A - RC Groups

Discussion very high power controllers, e.g. 60V-200A Power Systems

www.rcgroups.com

Gruss
Micha

 

[Claus Eckert]

Irgendeines der E-Autos fährt doch mit Spule-Spule-Motoren herum?

 

[lastdownxxl]

Das spart die teuren Seltene-Erden-Neodym Magnete. Man kann auch einen fremderregten Synchronmotor als Antrieb verwenden.
Die Seltene-Erden-Neodym Magnete kommen ja hauptsächlich aus China.

Gruss
Micha

 

[k_wimmer]

Irgendeines der E-Autos fährt doch mit Spule-Spule-Motoren herum?

Tesla fährt mit AC-Induction Motoren gesteuert über FOC

 

[Claus Eckert]

Danke Kai. Genau. Die haben die "Waschmaschinenmotoren" verbaut.

 

[S_a_S]

Tesla fährt mit AC-Induction Motoren gesteuert über FOC

also "ganz normaler" Käfigläufer Asynchronmotor. Braucht keine Bürsten.

Grüße Stefan

 

[k_wimmer]

Genau so ist es.
Aber dieser Motor hat speziell in einer solchen Anwendung seine Vorteile, da
1. sehr Robust
2. einfach zu beherrschendes Anlaufszenario
3. günstig in der Herstellung
4. sehr Fehlertolerant

Und nicht zuletzt macht der Gewichts- und Platzunterschied bei dieser Anwendung definitiv nicht den bahnbrechenden Unterschied.

 

[FranzD]

Bin letzte Woche zufällig mit einem Doktoranden der Nachbarabteilung auf KFZ-E-Motoren zu sprechen gekommen wo er mal was gemacht hat und da kam aus seiner Sicht als wichtiger Designunterschied zw. permanterregter Synchronmaschine ("unser" Brushless) und der Asynchronmaschine mit dem Kupferspulenrotor raus, dass man sowas wegen der im Vergleich zur Synchronmaschine hohen nötigen Rotorlänge eben nur dort verbauen kann wo in der Länge der Platz vorhanden ist. Dafür ist die Asynchronmaschine auch mal sehr überlasttolerant, was auch für Beschleunigungsphasen ausgenutzt wird und so gesehen Bauraum spart. Wirkungsgrad ist bei Überlast aber nicht top.
Ich hab mir das Gleiche wie Erwin gedacht, warum das im Modellbereich nicht auch mal einen Versuch wert sein könnte. Wer weiß vielleicht hat das eh schon wer probiert oder weiß es besser, dass es aus wichtigen Gründen keinen Sinn macht.

 

[Holger Lambertus]

Moin
Für den Modellbau weniger geeignet, weil wir dann wieder den Flaschenhals "Bürsten" hätten.....

 

[k_wimmer]

Sorry Holger, aber ein Asynchronmotor hat nicht immer Bürsten.
Aber ein Kurzschlussläufer baut immer deutlich größer und schwerer als ein BLDC.