Nochmal "verteilte Wicklung"

Michael Schöttner

Vereinsmitglied
Hallo Motorenbauer,

ich will hier noch mal versuchen die „Verteilte Wicklung“ zu diskutieren, da ich der Meinung bin, nicht alle (und da nehme ich mich nicht aus), haben verstanden, warum die besser ist.
Anlass dazu gab mir folgendes Bild (link):

Außenläufer

In der Industrie gibt es diese Motoren bereits seit Anfang der 90er. Alle Konstruktionsmerkmale, die wir heute „entdecken“ sind also bereits längere Zeit schon vorhanden. Verteilte Wicklung, genutete Rückschlussringe, Einklebehilfen und mechanische Spielarten jeder erdenklicher Form.
Ich habe mich auf einigen vergangenen Industrie Messen mit einigen der Hersteller solcher Motoren unterhalten.
Ganz speziell habe ich nach dem Grund gefragt, wieso man manchmal so (verteilt) und manchmal so (SPS) wickelt. Zweimal bekam ich eine Antwort, die jeder verstehen sollte: „SPS ist billiger, verteilt ist besser“ Das ist auch schön auf dem Bild zu erkennen, deshalb dieser Link. Der eine Motor ist für die KFZ Industrie, der darf nix kosten, der andere ist für den Maschinenbau, die mit dem Antrieb vielleicht die billigen Motoren fertigen.
Die Aussagen der Techniker waren dann doch etwas fundierter, kommen aber zum gleichen Ergebnis. Grundsätzlich war die bessere Verteilung des Flusses ein Hauptargument, das auch einleuchtet. Zwar verteilt sich der Fluss auf die unbewickelten Zähne aber es macht dennoch einen Unterschied, wie die Summe der Flüsse (Raumintegral) entsteht. Heben sich die Felder nämlich erst auf, wenn der magnetische Fluss bereits über einen magnetischen Kreis fließt, dann ist das verlustbehafteter, als wenn sich die Flüsse bereits bei der Entstehung gegenseitig aufheben oder besser gesagt geometrisch addieren, um dem Raumintegral einigermaßen gerecht zu werden. Oder verglichen mit einem Elektrischen Kreis ist es wohl egal, wo ein Widerstand angebracht ist, wenn man nur die Leitungsenden betrachtet. Will man jedoch, dass an einer bestimmten Stelle eine Leistung abfällt, dann ist es wohl wichtig, wie man den Widerstand auf der Leitung verteilt.
Klingt für mich halbwegs verständlich aber glauben muss man es trotzdem.

So, ich hoffe mir konnte jeder folgen und es entsteht eine Diskussion, die dem Phänomen noch mehr auf den Grund geht.

Schöne Grüße,
Michael Schöttner

Das nächste Mal beschäftigen wir uns mit dem Phänomen Litze!
 
Die Frage die mich dabei beschäftigt
Ist die verteilte Wicklung wirklich für jeden Anwendungsfall besser ?
Habe im Heli, bei sehr hohen Lastdrehzahlen, Spannung und Stromstärken keinen Vorteil erkennen können.
Drehzahlen je nach Heli 14 000 - 17 000 U/min
Gruß Frank
 
Hi Michael+Frank,
die erklärung ist doch sehr gut und trifft auch die Aussage der Motorenberechner bei uns die mir auch einfach sagten das mehr Fluß zustande kommt.
Es gibt noch etwas,schon mal darüber nachgedacht was passiert wenn das Eisen in die Sättigung gefahren wird?Dann wird der Motor zur Luftspulen Maschiene und dann sind sogar schmalere Eisenstege günstiger um den Ri der Spule niedrig zu halten,natürlich ist dann auch ein Magnetsystem vonnöten das auch noch für den Fall genügend Induction bereitstellt,sprich große Luftspalte überbrückt.
Frank eigentlich sollte sich es in jedem Fall als besser erweisen da ja das Ri der Spule kleiner ist und das muss sich irgendwie zeigen,wenn Du es nicht merkst müüstest Du mal einen Datenübertragung od.Aufzeichnung einbauen und dann echte Vergleichsmessflüge machen.
 
Hallo Christian
wenn ich bei Flugzeit, Drehzahl (eff am Kopf) und Temperatur keinen Unterschied merke, wo dann ?
Das sind für mich die drei Faktoren , wo bei besserem Eta doch in min. einem Faktor eine Steigerung/veränderung spürbar sein müsste.

Bei meinem 32 Zellen LRK macht sich z.B. bei drei versiedenen Glocken mit unterschiedlichem Magnetaufbau, sich diese deutlich bemerkbar.

Im 24 Zellen Heli, mit zwei identischen Motoren gleicher Windung, und eine um wenige Prozente angepasste Regelung für die aktive Drehzahlregelung, war zwischen den Windungsvarianten kein wirklicher Unterschied zu messen.
Alles bezogen auf die hohen Lastdrehzahlen von
14 000 bis 17 000 U/min.
Gruß Frank
 
Hallo,

@Michael:
Ist ein wenig OT, ich versuchs´s aber trotzdem mal:
Der Motor auf dem rechten Bild, ist der schräg genutet, oder täuscht das ?
Falls ja, warum machen die das (kleineres "cogging" )?

Gruß,
Helmut
 

Michael Schöttner

Vereinsmitglied
Hallo zusammen,
schön, dass wir wieder über unsere X-Akten diskutieren.

@ Helmut:
Die schräge Nutung dient einzig und allein dem "rippelfreien" Lauf des Motor und macht definitiv seinen Wirkungsgrad schlechter. Das gilt auch für die guten alten bürstenbehafteten Motoren. Bei dem rechten Motor handelt es sich vermutlich um eine Lichtmaschine neuester Generation für das 42V Bordnetz der Automobiler. Nehm ich nur an, sagen wollte man mir das nicht. Da die neuen Lichtmaschinen Generator und Anlasser zu gliech sein können, muß man hier das Moment gleichmäßiger auf den Umfang verteilen, ohne mit aufwändiger Sinuskomutierung anzusteuern.

@Frank:
Die Temperaturänderung wird schwieriger zu messen sein, als die Stromaufnahme.
Bei Deinen Drehzalen werden andere Verluste eine größere Rolle spielen, desshalb wird der Unterschied nicht so gravierend auffallen. Zudem fliegst Du bestimmt durchweg Motoren mit einem längeren Stator.
Wie mißt Du die Temperatur?
An der Drehzahl sollte sich schon was ändern, es sei denn, Du hast versucht, durch mehr Windungen, die spezifische Drehzahl gegenüber dem Motor mit SPS Wicklung, konstant zu halten.
Flugzeit ist subjektiv, es sei denn, Du schwebst regelmäßig den gleichen Akku leer.
Sei mir nicht böse, aber ich kenn Deinen Flugstil und ich glaube, das wäre eine Qual für Dich ;) Hab ich recht?

Gruß,
Michael

[ 05. Juni 2003, 08:06: Beitrag editiert von: Michael Schöttner ]
 
Hallo Frank,

ich finde es wirklich gut, wenn jemand wie Du (der bekanntermaßen fliegen kann) die Sache mehr von der praktischen Seite aufrollt. Allerdings ist die Crux bei Flugvergleichen, dass man nie alle Parameter im Griff hat, und deshalb Vergleiche (zumal wenn sie sich im Prozentbereich bewegen) doch sehr schwierig sind.

Ich habe in der DMFV- Motorfibel versucht, darzustellen, wo und warum die Einzelzahnbewicklung die Bessere ist. Der begrenzte Umfang dieses Büchleins lies allerdings nur eine sehr knappe Darstellung zu. Hier noch mal einige zusätzliche Erläuterungen und Beispiele:

Der Vorteil der Einzelzahnbewicklungen zeigt sich aus zweierlei Gründen vorwiegend bei hoher Motorbelastung (wie steht es beim Hubi damit?).

1. Weitgehend bekannt und offen sichtbar ist die Reduzierung der Wickelköpfe. Daraus folgt: Kürzer Draht, weniger Ri (vor allem bei kurzen Motoren). Bei kleineren Strömen hingegen überwiegen beim LRK die Eisenverluste.
2. Kaum diskutiert wurde bisher noch die magnetische Komponente. Zeichnet man sich nämlich mal die Strombeläge (Strom x Windungszahl = Amperewindungen AW) in den einzelnen Nuten auf und schaut sich die daraus resultierenden magn. Durchflutungen der einzelnen Zähne an, so stellt man unschwer fest, dass herkömmlicher Bewicklung (nur jeder 2. Zahn bew.) in Zahn 1 und Zahn 2 beispielsweise sehr unterschiedliche Durchflutungen herrschen. Da bekommt Zahn 1 z.B. 800 AW ab, während Zahn 2 zur gleichen Zeit nur 600 AW erhält. Damit läuft 1 Gefahr, früher in die Eisensättigung zu geraten (was den Motor schlechter macht). Verteilt man die Wicklung hingegen auf beide (Zähne 1 und 2 mit je der halben Windungszahl bewickelt), so erkennt man, dass nun im o. g. Fall beide mit 700 AW durchflutet sind. Die Summe bleibt gleich, die Sättigungsgefahr bei 1 ist aber gemindert bzw. zu höheren Strömen hin verschoben. (Vorsichtshalber möchte ich hinzufügen, dass diese Aussagen auf statischen Betrachtungen beruhen. Das dynamische Verhalten kann quantitativ abweichende Ergebnisse bringen, führt aber nicht zu wesentlichen Verschiebungen der aufgezeigten Relationen)
3. Allerdings muss man auch einräumen, dass die Induktionsspannungen von Zahn 1 und 2 bei Einzelzahnbewicklung nicht mehr ganz phasengleich sind. Deshalb braucht der einzelzahnbewickelte Motor für die gleiche spez. Drehzahl knapp 5 % mehr Windungen (also z.B. 10,5 statt 10), um dies wieder auszugleichen
4. Noch eine ganz persönliche Erfahrung: Weit besser als nach der einen oder der anderen Art wickeln ist … wickeln lassen.

Mit freundlichen Grüßen

Ludwig
 
Hi Allerseits,
das ist auch der Grund weshalb die Motoren an zwei Stellern mit zwei jeweils versetzten SPS wicklungen mehr Leistung können.Auch laufen die Motoren dann richtig als 6 Phasenmaschienen.Es geht sogar bei Innenläufern wie wir jetzt bei Lehnermotoren für extremanwendungen mit 150-200 Ampere an einem 1920 gesehen haben.
 
@ Michael
Temperaturmessung mit Infrarot auf der Wicklung
Flugstil :D Stimmt, Zeit abschweben ist wirklich eine Qual, wurde aber spez. bei Beispiel 2 gemacht. Die Wicklung war bei beiden Motoren gleich (16 winder- 8/8 ) daher die Anpassung am Regler für gleiche Kopfdrehzahl.
@ Ludwig Belastung im Heli: z.Z. sehr sehr heftig , da ich für den Speed Cup mit Helis übe. Letztes Jahr reichte es doch nur zum dritten Platz mit LRK bei 1650 Kopfdrehzahl. Dieses Jahr schafft der Motor über 2000 zu halten.
Schwebestrom 16 A Strom max bis knapp 70 bei 32 Zellen. Letztes Jahr in Aspach waren es z.B. nur 55 A im Joker.
http://www.logo-club.de/Ubersicht/Treffen/Treffen2003/3LT084g.jpg
Hier noch ein aktuelles Bild vom Joker.

Werde mir aber nochmal einen Stator dafür machen.

Gruß Frank
 

Michael Schöttner

Vereinsmitglied
Hallo Frank,
die Infrarotmessung auf der Wicklung ist sehr ungenau. Das Teil hab ich auch. Beachte das die Genauigkeit nur für Oberflächen mit einem Reflexionsgrad von 0,95 gelten, also schwarz! Alles andere ist beliebig ungenau.
Bei gleicher Kopfdrehzahl dürfte Dein Regler beim Motor mit verteilter Wicklung nicht so sehr aufgedreht gewesen sein, als beim SPS Motor. Hier bringt Dir nur die Strommessung Klarheit.
Wenn Du jetzt für Deine hochdrehenden Motoren noch Litze verwendest, dann hast Du auch noch Wirbelstromverluste im Kupfer reduziert. Ri wird zwar schlechter aber die geringeren Wirbelstromverluste gleichen es wieder aus und Du wickelst den Motor in 10 Minuten!

Gruß,
Michael
 
Hallo zusammen,
erstmal danke für die Antwort, Michael.

Vor einiger Zeit habe ich einen kleinen 280-04er-Motor in 3 Varianten versucht. Für alle 3 Varianten diente immer dieselbe Glocke, die Statoren waren bis auf unterschiedliche Bewickelung identisch.

Die Bewickelungsvarianten waren:
a) Normale SPS-Bewickelung

b) Verteilte Wicklung gemäß dem Topic, unten als "verteilt unsymmetrisch" bezeichnet

c) Verteilte Wicklung, aber diesmal "verteilt symmetrisch".
Dahinter steckt die wahrscheinlich etwas naive Überlegung, das "W" der Flußverteilung beim SPS zu erhalten (wenn es denn so ist). Von der Windungszahl der SPS-Version liegen jetzt 25% auf dem Zahn vor dem "Hauptzahn", 50% auf diesem, und 25% auf dem Zahn danach (im Beispiel fehlen bei den 25% je 1/2 Windung, es müssten je 8 1/2 sein).

Laufen tut das Motörchen mit dieser Bewickelung; es ist gegenüber der unsymmetrischen Verteilung nochmals etwas schneller, Eta bleibt gleich, Leistung steigt geringfügig an. Kann aber sein, daß dies nur Extra-Arbeit beim Wickeln bedeutet.

Das Ergebnis der Messungen an der Motörchen ist unten in "konzentrierter" Form gezeigt, bewußt nicht weiter kommentiert.


Grüße,
Helmut
 

Gerd Giese

Moderator
Teammitglied
Hi Helmut,
... "konzentrierter" Form gezeigt, bewußt nicht weiter kommentiert.
Ich kann die >300mOhm Ri und den Leerlaufstrom des Motors von ~220mA nicht nachvollziehen. Der Ri scheint mir zu hoch und der I(leer) zu niedrig, kann das sein? :confused:

[ 06. Juni 2003, 06:46: Beitrag editiert von: gegie ]
 

Michael Schöttner

Vereinsmitglied
Hallo Gerd,
Sternschaltung bei ca. 90cm Leitungslänge könnte schon hin haun!

Hallo Helmut,
sehr schöner Vergleich. Etwas ähnliches hatte ich ja schon vor ein paar Monaten angestellt. Von der 25%50%25% hatte ich abgesehen, weil die wirklich schwieriger zu wickeln ist. Man muß dann außerdem drauf achten, dass sich keine Unsymetrien mit Außenlage und Innenlage ergeben.
Aber jetzt zu Deinen Messungen:
Einen Wert kann ich nicht bestätigen. Der Bereich des Eta max. müßte eigentlich bei verteilter Wicklung größer werden. Ist bei meinem Motor so. Das könnte aber auch an der Überdeckung liegen. Du arbeitest mit 5mm Magnetbreite im 280er, ich benutze gleich breite im 290er.
Dass die Drehzahl bei Eta max. ebenfalls steigt, kann ich bestätigen.
Da Du hier einen Motor für kleine Leistungen gebaut hast, ich würde ihn mal als "Solarmotor" bezeichnen, und dadurch wenig Strom fließt, dürften die Auswirkungen kleiner ausfallen.
Bei meinem 290er hab ich ein Eta von 77% bei 100W! (Füllfaktor 50%)Der ist aber heftig schwierig zu wickeln.

Was aber vor allem interessant ist, ist die Tatsache, dass sich zwischen 50/50 und 25/50/25 logischerweise am Ri so gut wie nichts ändert, an den Motorkonstanten jedoch einiges, was beweist, dass der Einfluß von Ri ja doch nur ein Bruchteil von dem ist, was tatsächlich passiert.

Schöne Grüße,
Michael
 
Hi

wir haben im Laufe 2002 alle Groessen, dh tm280, 350 und 430 als 12 Zahn hergestellt und vermessen.

Die Ergebnisse waren, dass keine Eta Steigerung zu verzeichnen war. Somit lohnt sich der groessere Wickelaufwand fuer uns nicht. Das ist unseres Ergebniss.

Einige Freunde haben selbst die verteilte Wicklung hergestellt und ich konnte sie vermessen.

In der Tabelle befinden sich 4 tm280-xx Motoren, zwei mit 5mm Stator und zwei mit 10mm Stator. Jeweils mit SPS (6 Zahn) und verteilte Wicklung (12 Zahn).



Bei 5mm Stator ist die WL-Zahl (die WL-Zahl ist Windungsunabhaengig) um 11% fuer die verteilte Wicklung hoeher

Bei 10mm Stator ist die WL-Zahl (die WL-Zahl ist Windungsunabhaengig) um 7% fuer die verteilte Wicklung hoeher.

Das bedeutet, dass man 11% mehr Windungen unterbringen muss. Da das Ri quadratisch mit der Windugszahl ansteigt, bedeutet es 23% mehr Ri als bei derselben Windungszahl.

Hier noch ein Motor von Rainer Urbasik den ich letztes Jahr vermessen hatte. Zum Vergleich derselbe Motor tm280-05 in SPS Wicklung. An der X-Achse die Eingangsleistung und auf der Y-Achse die Ausgangsleistung als n^3/1e12.



Bei dem 10mm Stator waren die Etas, bis auf Messfehler, identisch.

Da ich keine Streitereien wuensche, wie so oft wenn ich andere Ergebnisse erzielle als der Thread Eroeffner, werde ich mich wieder zurueckziehen. Die Graphiken und Tabellen kann jeder beurteilen. Fuer Zusatzinfo (bezueglich 350 Groesse wie auch tm430-30-12Zahn bei 1200W) stehe ich jedem per email zur Vefuegung.

PS:

Das Ri1 in der Tabelle bedeutet der Widerstand zwischen Phase A und B, Ri2 zwischen Phase A und C, Ri3 zwischen Phase B und C. Diese Messung wird auf ca 0.02mOhm genau gemacht, um die Streunung (STD Spalte) der einzelnen Straenge, und so moegliche Probleme, zu beurteilen. Das mittlere Ri der 3 Anschlusswerte wird dann genommen als Ri des Motors.

PS2: magnetische 6 Phasen bei SPS gegen 3 Phasen bei der verteilten Wicklung

Zitat:

Ich bin in Feb.2002 dazu gekommen, das die klassiche SPS-Wicklung mit 6 Spulen besser ist, als die Einzelzahnbewicklung mit 12 Spulen, wo 1-2'-8-7' und etc bewickelt wird, weil bei der klas. SPS-Wicklung weiterhin eine Mischphase entsteht, also eben SPS.

Was ich mit der Mischphase meine, habe ich schon mal erklaert: Ist der Zahn 1 mit Phase A, Zahn 2 unbewickelt, Zahn 3 mit Phase B also 120 Grad beaufschlagt, dann entsteht auf dem Zahn 2 eine Summation der beiden magnetischen Fluesse von links und rechts und entsteht somit eine vektoriele Summe von 0 und 120 als 60 Grad Phase.

Bei dieser Methode, SPS genant,
bekommt man dann in der Tat magnetische Fluesse mit 6 Phasen, die naeher am Optimum ist als 3 Phasen.

Das erklaert auch warum die SPS langsamer dreht als bei 12 Zahn-Wicklung, weil der magnetischer Widerstand geringer ist und der Fluss ueber die Zaehne des Stators auf die Magnete des Rotors, groesser ist.


Bei 6 Phasen mit 60 Grad Teilung (SPS) stehen die Magnete des Rotors (gleichmaessig auf dem Kreis verteilt) besser den 6 Phasen gegenueber als bei 3 Phasen, Teilung 120 Grad der verteilten Wicklung. Das bewirkt, dass man mehr Drehmoment pro Ampere bekommt als bei der 12 Zahn-Wicklung (bei derselben Windungszahl). Was auch die Spalte Motorenkonstante in der Helmutstabelle sehr schoen zeigt.

[ 06. Juni 2003, 12:00: Beitrag editiert von: Peter Rother ]
 

Gerd Giese

Moderator
Teammitglied
... hochinteressant ! :)

Nur, bisher ist für mich auffällig, dass der Vorteil der SPS immer auf die Kleinstmototen bezogen wird! Bei größer werden Statoren 5mm->10mm heißt es plötzlich:
Bei dem 10mm Stator waren die Etas, bis auf Messfehler, identisch.
... denn hier, gleiche Tendenz:
Der Vorteil der Einzelzahnbewicklungen zeigt sich aus zweierlei Gründen vorwiegend bei hoher Motorbelastung.
Frage: hat jemand vergleichende Messungen (Einzelzahn-/SPS-Wicklung) mit den 350/25/28/xx oder 430/xx/xx Motoren die er hier reinstellen kann?

[ 06. Juni 2003, 15:20: Beitrag editiert von: gegie ]
 

Andreas Maier

Moderator
Teammitglied
@-frank:das war gut!

ich versuche mit guten accus + dicken kurzen
kabeln den "schlechten motorwirkungsgrad" abzufangen.
--
kann es sein daß die die jeweilige wickelmethode
mit manchen reglern besser/schlechter harmoniert?
und daher unterschiedliches verhalten/leistung.
mfg.:andreas

[ 06. Juni 2003, 22:37: Beitrag editiert von: elo-gustel ]
 
Hi Frank

auf meinem Graph gehen die 53g schweren tm280-05 mit 160W zur Sache (kurzzeitig).

Das ist richtig Leistung fuer den Kleinen.

Da muesste man die Unterschiede ganz gewaltig sehen, viel mehr als bei einem grossen Brocken.
 
Hallo Peter
Ist schon klar, auch wir quälen unsere Mini LRK´s bis zu 200 Watt, manche Kunden noch mehr.
Mir ging es eidentlich eher um die längeren Varianten, wo dann zwangsläufig mehr Leistung rauskommt.
Gruß Frank
 
Hallo,

ich frage mich manchmal nach dem Sinn, aus einem ca 60Gr. schweren Motor 200 und mehr Watt rauszuholen? Sicher für kurzzeitige Anwendungen mag das in Ordnung sein, aber für längere Zeit ist es meiner Meinung absolut Unsinnig, weil die Akkus, welche einen so hohen Strom liefern können den Gewichtsvorteil des leichten Motors bei weitem Überwiegt. Es nutzt doch wenig, wenn ich Akkus mitschleppen muß, die viel zu schwer sind. Mit einem zB. 10 Zellenpack Hecell von ca.200Gr. sind aber Ströme jenseits von 20Amp nicht machbar. Mit Akkus, die die Ströme packen liege ich aber über 140Gr. über den 200Gr. Ist es da nicht sinnvoller einen etwas größeren Motor zu nehmen und mit dem Strom in vertretbaren Größen zu bleiben?

Gruß Gerhard
 
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