Umbau eines 9S6P auf 9S12P und unveränderte KV

[NorbertHeli]

Hallo,

ich habe ein Verständnisproblem: Warum ändert sich die KV eines Motor von 9S6P auf 9S12P nicht?

Im Detail:

Ich brauche für einen Segler mehr Leistung, als ein 28mm Aussendurchmesser 36 mm Länge 12S14P 1000kV bringen kann.

Den 12S14P habe ich schon mit singleDraht max Durchmesser neu bewickelt, aber ich will mehr. Klar kann ich ein Getriebe und einen highKV motor nehmen und genug Leistung haben. Ich wollte es aber direkt.

Ich stolperte über einen 28mm OD 47mm Länge 3000KV motor. Den bestellte ich und es ist erwartungsgemäß ein 9S6P motor.

Ich wickelte ihn auf 1000KV, aber die Leistung liegt unter dem 12S14P Motor bei deutlich mehr Gewicht, über 20 Ampere bricht er voll ein, während der 12S14P bei gleichem KV bis 30 Amp zieht. AUch der Schub des 12S14P lag brim ca 1,5 fachen.

So bestellte ich noch einen 9S6P Motor und entfernte aus beiden Motoren die Magneten und verklebte sie neu in N-S-N-S---- uws Ausrichtung. Ich erwartete eine annähernd halbe KV bei erhöhtem Drehmoment. Aber Essig.

Die KV und das Drehmoment sind indentisch zwischen 9S6P und 9S12P. Er läuft sauber und weich, bleibt kühl - aber keine Leistungssteigerung - kein niedrigeres KV - gleiches Drehmoment. Die Wicklung ist unverändert zum 6P.

Wo liegt mein GedankenFehler? Ich glaubte, dass bei doppelter Magnetzahl die Feldänderungen doppelt sind und die Drehzahl auf die Hälfte sinkt??? der 12P rastet jetzt sehr fein, viel häufiger als der 6P.

Hat jemand eine Erklärung - oder hilft Umbau auf 10P bei logischerweise geänderter Wicklung?

Norbert

 

[FamZim]

Hallo Norbert

Das einfachste für höhere Drehzahl ist weniger Windungen mit dickerem Draht.
Das eine höhere Pohlzahl wie ein Getriebe wirken soll, war mir immer schon ein Dorn im Auge.
Deine Erfahrung bestätigt das nun sehr eindrücklich.
Aber das es 1 zu 1 ausgeht hätte ich nicht gedacht
Zu dem Drehmoment eines Motors kann die " Fläche " im Luftspallt herann gezogen werden.
Diese vergrössert sich aber nicht duch eine höhere Polzahl, sondern bleibt gleich.
Da wird so ein Mittelwert von 2 N pro 1 cm² genommen.
Also egal wie viele Pole,das Drehmoment wird nicht grösser.
Nur mehr Strom durch die Wicklung, Richtung Überlasst, bringt eine Steigerung.
Die Erklärung ist, das 6 Magnete wesendlich breiter (doppelt so breit) sind wie die vielen schmalen Magnete.
Die erhöhen zwar die Frequenz, aber das Feld in den Stegen ist dafür schwächer, und die Sättigung wird nicht mal näherungsweise erreicht.
Mehr Leistung also durch höhere Drehzahl mit weniger Windungen und dickerem Draht .

Gruß Aloys.

 

[Außenlandung]

Hallo Norbert,


man muß sich gedanklich wohl überlegen, wie die Magnetpole dem sich drehenden Magnetfeld folgen, wie es z.B. die Animation zum LRK zeigt:

http://www.aerodesign.de/peter/2001/LRK350/Warum_dreht_er_so.html#Anker118978

Insgesamt kannst Du aber bei gleicher Baugröße (ok 36 auf 47 mm würde 1/4 mehr bringen) und gleicher Drehzahl da nicht viel rausholen -
der 12N14P LRK hat die höheren Eisenverluste, aufgrund der vielen Feldwechsel,
der auf niedrig gewickelte 9N6P Motor hat aber die höheren Kupferverluste aufgrund
der notwendigen höheren Windungszahl -> Innenwiderstand.

Während die Eisenverluste bereits im Leerlauf anfallen und bei höherer Last abnehmen, nehmen die Kupferverluste mit steigender Leistung aber zu,
d.h. gerade bei Spitzenlast wirkt sich das besonders negativ aus.

Die Eisenverluste lassen sich übrigens durch die Wahl von dünneren Blechen (0,2 statt 0,3 mm) noch etwas reduzieren.
Zwischen einem guten und einem nicht so guten LRK gibt es im wesentlichen drei Unterschiede:
- Kleinerer Luftspalt und sorgfältig dimensionierte Magnete -> höhere Magnetkraft
- Dünnere Bleche -> geringere Eisenverluste
- Optimierte Wicklung -> geringere Kupferverluste

Letzen Endes ist der einzige Weg aus Deinem Dilemma eine Erhöhung der Drehzahl und infolgedessen ein Getriebe.

Die beiden folgenden Motoren sind beide 6poler - mal als Innen- und mal als Außenläufer, werden aber bei der Designdrehzahl betrieben



Mega 16/15/2 mit Maxon 4,4:1 Getriebe, Gewicht ca. 133g, KV mit Getriebe ca. 1000, kurzzeitig bis 50A belastbar



9N6P Heli-Motor mit Reisenauer 3,5:1 Getriebe, Gewicht ca. 100g, KV mit Getriebe ca. 800, kurzzeitig bis ca. 35A belastbar

 

[Außenlandung]

Wikipedia listet auch 9N8P und 9N10P als "magnetically imbalanced":

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Outrunner

Viele Grüße,

Georg

 

[Paride]

Wenn ich mich nicht irre, hat sich "Altmeister" Dipl-Ing LR auch dazu geäußert, weiß leider nicht mehr genau, mit welcher Begründung, nur, daß er mehr Polen (zB 12/14 statt 12/10er BL) den Vorzug zu geben schien. Und wenn er nicht weiß, wie(so), wer dann?

Eine Argumentation kam ja hier schon in Post #3.

 

[Reisenauer Antriebe]

Hallo Norbert,

schreib doch mal für welchen Segler (Spannweite und Gewicht)
und welche Zellenzahl.

Vielleicht paßt ja auch ein geringfügig größerer Motor rein?

Lieber Gruß
Andy Reisenauer

 

[NorbertHeli]

Hallo Norbert,

schreib doch mal für welchen Segler (Spannweite und Gewicht)
und welche Zellenzahl.

Vielleicht paßt ja auch ein geringfügig größerer Motor rein?

Lieber Gruß
Andy Reisenauer

Lieber Andy Reisenauer,

vielen Dank für dein Interesse. Endlich einer der was von der Materie versteht.

Es geht um den Aladin von Reichard. Da geht nur ein 28er OD rein. Das ist aber eigentlich nicht das Thema. Habe sowieso vor von dir das 5:1 Getriebe mit dem Typhoon zu holen.

Mir geht es aber nicht um eine einfache Lösung, sondern um das grundsätzliche Verständnis der Problematik.

Nach meinem Verständnis müsste sich die Drehzahl bei verdoppelung der Pole halbieren - bzw bei halber Windungszahl unverändert bleiben bei mehr Leistung - was mein Ziel war.

Dafür spricht auch der Link zu http://www.aerodesign.de/peter/2001/LRK350/Warum_dreht_er_so.html#Anker118978, den ich bisher nicht kannt. Zwar aerodesign.de für Profile - aber nicht für Motoren.



Auszüge aus obigem Link: "Fazit: Durch die 7 zu 6 Anzahl der anziehenden Pole, rotiert die Magnetenglocke 7 mal langsammer als das magnetische Feld. "

Hier geht es zwar um einen 12N14P motor, aber die "Übersetzung" entspricht der Anzahl der Polpaare zu den Statoren.


Ist da irgendwo ein Gedankenfehler, wenn ich die Doppelte Anzahl Magnete habe, (wohlgemerkt bei unveränderter Magnetbreite jetzt nahezu 100% Fläche belegt -also kaum Spalte zwischen den Magneten ) müsste der Motor halb so schnell drehen - was er nicht tut?????????????????? Ich habe alle Magnete raus und neu N-S-N-S------------ angeordnet.


Ich hoffe jemand kann mich aufklären, da ich allen bisherigen Antworten nicht vollständig zustimmen kann.


Norbert

 

[FamZim]

Hallo Norbert

Lass mal die Milchmätchenlogik beiseite die sagt : doppelte Frequenz = doppelte Spannung und halbe Drehzahl!
Das ist nur so wenn das Magnetfelt gleich bleibt .
Das ist aber nicht so, denn die Magnete sind dann nur halb so breit, und bringen auch nur halb so viele Feldlinien durch die Stege.
Halb so viele Feldlinien generieren aber nur die halbe Spannung, und der Motor braucht die doppelte Frequenz zum Ausgleich.
Die Kraft eines halben Magneten ist auch nur halb so groß wie vorher.

Die Kraft wird an der Fläche vom Luftspallt übertragen, und dieser hat hinterher die gleiche Fläche wie vorher,da liegt der Denkfehler !

So etwas wird in den Büchern anscheinent nicht so klaar dargestellt, sondern immer von einem elektrischen Getriebe berichtet!
Der Vorteil der BL Motore liegt haubtsätzlich in den kurzen Wegen für das Magnetfeld, die durch die Verteilung auf viele parallele nur einen geringen Querschnitt brauchen.
Auch die CU Wicklung hat keine langen Leiter mehr, die bei 2 poligen fast um den ganzen Stator gehen würden.
Ausserdem ist das System extrem gut kühlbar, stärker belastbar, und wird nicht so heiß.

Gruß Aloys.

 

[NorbertHeli]

Hallo Leute,

warum kommt ihr ständig mit Allgemeinplätzen? Wie wäre es, wenn ihr auf das eingeht, was ich geschrieben und gefragt habe? Ich habe eine klare Problemstellung:

- Ich habe exakt die doppelte Menge von gleich breiten Magneten wie beim 6Pol
-

@ FamZim "Das einfachste für höhere Drehzahl ist weniger Windungen mit dickerem Draht." --- War nie mein Ziel oder Frage

"Das ist aber nicht so, denn die Magnete sind dann nur halb so breit, und bringen auch nur halb so viele Feldlinien durch die Stege" -------- die Drehzahl ist nicht (geringfügig) abhängig von der Magnetstärke sondern von der Feldfrequenz Die Magnete sind identisch

"Die Kraft wird an der Fläche vom Luftspallt übertragen, und dieser hat hinterher die gleiche Fläche wie vorher,da liegt der Denkfehler !" ----- doch nicht im Leerlauf, da sind nur die Verluste auszugleichen

"Also egal wie viele Pole,das Drehmoment wird nicht grösser. Nur mehr Strom durch die Wicklung bringt eine Steigerung." Das ist richtig. Aber durch Doppelte Maagnetzahl sollte sich die Drehzahl halbieren - dann halbe Windungszahl mit dickerem Draht = geringerer Widerstand = Mehr Drehmoment



@Außenlandung "bei gleicher Baugröße (ok 36 auf 47 mm würde 1/4 mehr bringen) und gleicher Drehzahl da nicht viel rausholen" ---------- die elektrisch/magnetisch wirksame Länge erhöht sich von 18mm Stator/Rotor auf 27mm = 50%
" Wikipedia listet 9N10P als "magnetically imbalanced": " ----------- Da gibt es unterschiedliche Aussagen im Netz


Ich bleibe auf jeden Fall an der Sache dran und werde berichten, wie der theoretische Sachverhalt ist.

Nicht für ungut, ich danke jedem, der geantwortet hat, aber ich gebe für mich selbst erst dann Ruhe, wenn eine Frage vollständig logisch geklärt ist.

Norbert

 

[FamZim]

Hallo

Allmählich wird einiges klarer, so ist fast eine 100 %tige Magnetabdekung mit gleich breiten Magneten erreicht.
Der Unterschied ist : beim 6 poligen geht fast das gesammte Feld durch die Stege und die Spulen.
Beim 12 poligen, ist der Weg zum Nachbahrmagnet, der direkt anliegt, ohne über den Luftspallt und die Stege zu gehen, für einen großen Teil des Feldes möglich, und auch leichter.
So fließt nur die hälfte das Feldes den " geplanten Weg " durch die Stege !
Eine nur 80 %tige Magnetabdeckung würde das verbessern, allerdings ist der Magnet dann aber schmaler und es wird auch keine halbierung der Drehzahl geben.

Warum sträubst Du dich eigentlich gegen eine Wicklung für eine höhere Drehzahl ??
Alle Motorbelastungsdiagramme zeigen eine sinkende Drehzahl bei höherer Belastung.
Will man nun bei gleicher Drehzahl ein höheres Drehmoment entnehmen, muß der Motor vorher eine höhere Drehzahl haben, um punktgenau dann beim höherem Drehmoment noch die gewünschte Lastdrehzahl zu erreichen.

Gruß Aloys.

 

[Außenlandung]

Hallo Norbert,

bei der LRK Animation kann man gut sehen, wie das durch die Spulen erzeugte Magnetfeld stets einen Magneten "weiterspringt"
(der sich selbst um 8,57° bewegt hat).

Letzten Endes wolltest Du mit der Verdoppelung der Magnetzahl denselben Effekt erreichen.
Das ist aber (u.a. auch abhängig von der Geometrie - Wicklungskopfbreite, Magnetbreite) nicht automatisch der Fall.

Vielleicht hilft ein Blick auf diese Statorpläne (leider ist 9N 6P nicht dabei) und die Betrachtung der aufsummierten Magnetfelder:
http://www.kradcomtec.de/Motoren/default.html

Bei 12N8P zu 12N16P bewirkt die Verdoppelung der Magneten zwar tatsächlich eine Änderung des Verhältnisses von 1:1 nach 2:1,
aber ganz nebenbei kehrt sich auch die Drehrichtung um.

12N14P hat aber ein Verhältnis 7:1... !

Viele Grüße,

Georg

 

[NorbertHeli]

Hallo ihr zwei, vielen Dank für die Antworten.

@FamZim: Ich will langsam drehenden Motor, um grosse Latten fliegen zu können. Bei Seglern zählt die Steigleistung, dh relativ langsam ( 10m/sec) fahrt nach oben. Simple Erklärung: Einen Helicopter Rotor dreht auch keine 30.000 U/min mit 15 cm Rotor sondern 1500 U/min mit 150 cm Rotor, weil sonst der Wirkungsgrad zu schlecht ist ( hängt mit der Ansauggeschwindigkeit/Fluggeschwindigkeit und dem daraus resultierendem Anstellwinkel)

@Aussenlandung: Vielen Dank für den Link http://www.kradcomtec.de/Motoren/default.html. Hier wird erklärt, auch wenn ich es noch nicht ganz verstehe, warum bei bestimmten Nut/Magnetkombis stark unterschiedliche Drehzahlen ( elektrische Übersetzungs Verhältnisse ) herauskommen. Ist nicht linear zur Magnetanzahl, sondern stark vom Winkel der Statoren zueinander zu den Magnet abhängig. Habe es aber noch nicht verstanden. Muss ich mir morgen zu Gemüte ziehen. Die Verhälnisse sind komplexer als ich vermutete.

Norbert

 

[FamZim]

Moin

Also der Link zu Kradcomtec zeigt weder die Feldlinien noch die stärke der Feldes an.
Die Magnetabdeckung ist nicht vergleichbar mit Deinem Motor.
Aber genau da ist das Problem.
Hier noch so ein Bild vom 12 poler:



Auch darauf stimmt die "Abdeckung" nicht, und eine Beurteilung des tatsächlichen Feldverlaufes ist schlecht möglich.
Denkt man sich aber die Magnete so breit , das sie sich berühren, liegen meist 2 über einem Hammerkopf und das Feld geht Quer durch diesen hindurch ohne die Spule zu beeinflussen.
Nur der Magnet der direckt vor einem Steg steht, magnetisiert in diesem Fall, aber alleine, für die Luftspallte hin und zurück.
Darum ist das Feld viel schwächer.
Wenn Du die 12 Magnete zu einem 6 poler einsetzt, NN-SS-NN-SS-NN-SS, wird der Stator eher mit einem stärkeren Feld versehen werden und die Drehzahl wird geringer, aber auch nicht auf die hälfte !

Die so genannte Übersetzung wird auch immer zu Polparen gerechnet.
Ausgend von einem 2 Poler, der pro 1 Hz eine Umdrehung macht, wird die Drehzahl beim 6 poler 3 mal langsamer, bei einem 8 poler 4 mal langsamer, ein 10 poler dreht 5 mal langsamer, und ein 12 poler 6 mal langsamer, usw.

Der Vergleich, das der 6 poler 1:1 der 12 poler 2:1 und der 14 poler 7:1 übersetzt ist also auch Unsinn.

Gruß Aloys.