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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Brushless DC Motor als Generator verwenden


Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Hallo,

ich möchte für ein kleines Projekt einen Brushless DC Motor aus dem 
Modellbau bereich als Generator verwenden.

Damit das Getriebe möglichst wenig umsetzen muss, hab ich einen 
Außenläufer gewählt mit 580rpm/V.

Damit soll dann eine Autobatterie mit 12V geladen werden.
Was ich jetzt noch nicht recht rausgefunden habe, ist, woher ich weiß, 
wieviel Leistung der Generator bei einer bestimmten Drehzahl birngen 
kann.

Sagen wir mal, dass ich für die Ladung 14Veff DC brauche. Ich rechne mit 
1,2V für den 3-Phasen Vollbrückengleichrichter.
Diese Gleichrichtung erzielt einen Effektivwert von Us*0.956.
Daraus ergibt sich eine Spannung von Us=1,2+14/0,956=15,84V.

Mit einem KV von 580rpm/V ergibt sich daraus eine Drehzahl von 9189rpm = 
153Hz.

Aber das KV gibt doch die Leerlaufdrehzahl an. Folglich erreiche ich 
eine Leerlaufspannung, bei der berechneten Drehzahl.
Wie kann ich auf den Innenwiderstand der Maschine schließen? Der ergibt 
sich ja nicht nur aus dem Wicklungswiderstand, welcher ja spezifiziert 
ist (31mOhm).

Es geht um einen Motor von EMP mit 1,3kW Leistung (Typ C5055).
http://www.electricmodelpower.com/down/c/c5055.pdf

An diesen Motor/Generator werden ca. 800W mechanische Leistung 
geliefert. Bei einem Wirkungsgrad von 80% wird die Batterie folglich mit 
40A geladen.
Aber bei welcher Drehzahl? Leistungskurven fehlen für solche Motoren ja 
komplett...

Ich hoffe, mir kann da jemand weiter helfen.

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Is hier wirklich keiner, der etwas dazu sagen kann??

Autor: Anonymous (Gast)
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Why not use an alternator of a car to charge your 12V battery?
(The rectifier diodes and the voltage regulator are built-in
in the alternator).

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Deutsch lesen können, und dann auf Englisch schreiben... Aber von mir 
aus:

An alternator of a car has no permanent magnets. So it needs current to 
work and has a worse efficiency.

I find the idea nice to use such a small motor and produce up to 800W 
with it.

Autor: 3355 (Gast)
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Vielleicht muss man mal ein paar Messungen machen...

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Das wird anscheinend nicht ausbleiben. Es theoretisch zu klären, würde 
mir besser gefallen. Ist nicht so viel Aufwand.

Autor: C. H. (_ch_)
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Mit diesen mageren Angaben aus dem gelinktem "Datenblatt" wirst du IMHO 
Probleme haben alles theoretisch herzuleiten.

Die induzierte Spannung bei einer gewissen Drehzahl hast du ja schon 
ausgerechnet. Diese bleibt bei Belastung ja auch gleich, nur dass dir 
die Verluste von den Wicklungen "weggehen" (+ Eisenverluste).
Wenn du also keine genaueren Angaben hast wird dir nichts anderes übrig 
bleiben als mal zu Messen.

Gruß
Christian

Autor: Mensch Z (Gast)
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heisser Optimismus im Minimotor

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Das Problem ist, dass man zu keinem Motor in diesem Bereich 
detailiertere Infos bekommt. Zumindest sind mir solche noch nicht zu 
Augen gekommen.
Vielleicht weiß hier jemand, wo man mehr Infos bekommt, die man dann 
vielleicht auf diesen Moter umsetzen kann.

Eisenverluste kommen bei der Belastung nicht mehr hinzu. Die sind schon 
bei der Leerlaufspannung eingebettet.
Sehr wohl aber die Kupferverluste in den Windungen. Die lassen sich ja 
berechnen.
Hinzu kommt aber noch, dass der Strom in den Windungen dem 
Permanentmagnetfeld entgegenwirkt, und dadurch weniger Spannung 
induziert wird. Genau dieser Effekt lässt sich schwer abschätzen.

lg, Karl

Autor: C. H. (_ch_)
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Wenn du wirklich mehr und genauere Informationen zur Maschine haben 
willst, dann wirst du um einen "Qualitäts-Motor" wohl nicht herumkommen.
Mit maxonmotor habe ich bis jetzt gute Erfahrungen gemacht. Da bekommt 
man auf Nachfrage auch mal einen Parameter, der nicht im Datenblatt 
aufgeführt ist.
Allerdings wird der Preis in keinem realistischen Verhältnis zu deiner 
Maschine stehen...

Und sooo viel Aufwand ist es nun auch wieder nicht deine gewünschte 
Messung zu machen. Maschine antreiben + belasten ... solange an der 
Drehzahl schrauben bis du die Leistung rausbringst die du haben willst.

Was ich mir nur schwer vorstellen kann ist, dass der Motor 800W 
Dauerhaft kann. Wäre nett, wenn du deine Ergebnisse später hier 
vorstellen würdest.

Gruß
Christian

Autor: 3355 (Gast)
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Zu jedem Motor gibt es eine Drehzahl zu Spannungs kennziffer zB 
900rpm/Volt, plus eine Strom zu Drehmoment Ziffer zB 10A/Nm. Diese 
Ziffern sind auch in Graphen versteckt. Diese fehlen beim EMP. Der EMP 
C5055 ist uebrigens etwas ungewoehnlich beschriftet. Die Laenge, 55mm, 
bezieht sich ueblicherweise nur auf das Wicklungspacket. Dieser Motor 
bringt moeglicherweise um die 100W dauerleistung, kaum mehr.
Schau dich mal bei (lokalen) Herstellern um. zB Roxxy, Esky, kommt alles 
aus unserem Osten.

Autor: FanDjango (Gast)
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Ich erinnere mich an meine Modellbauphase...

Brushless Motor von Lehner, 10 Zellen (=ca. 12V), 80A, ergab ca. 12000 
Upm wenn mit dem passenden Propeller belastet und Getriebe 1:2. Oder so 
in der Art, bitte nicht gleich schimpfen. Ich denke, das kommt halbwegs 
hin.

Den Motor konnte man bei 1700mAh NiCd Akkus 3 Mal ca. 45 sek. betreiben, 
das reichte beim dem Modell für 3 Mal senkrecht steigen bis an die 
Sichtgrenze. Bis 40m/s senkrecht rauf beschleunigend.

Unten am Boden angekommen war der Motor sehr heiss, die Akkus ebenfalls.

Also, als Dauerleistung als Generator wäre sehr weit geringer als die 
12V x 80A anzusetzen - das Teil zerschmilzt Dir nur. Die Schätzung 100W 
halte ich ohne Kühlungsmaßnahmen sogar noch für optimistisch.

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Das sind recht ernüchternde Aussagen.

Wenn ich mal nachrechnen darf:
Bei meinen angenommenen 40A ergibt dies bei drei Wicklungen zu je 31mOhm 
insgesammt 40^2*(0.031/3)=16,5W Verlustleistung im Kupfer.
Mit 16,5W bei dieser Baugröße passiert meiner Meinung nach noch nichts 
Dramatisches. Zur Not könnte man noch einen kleinen Propeller montieren, 
der für Kühlung sorgt.

Hab ich hier etwas Ausschlaggebendes außer Acht gelassen?
In diesem Datenblatt findet man ja nicht einmal die Anzahl der Polpaare. 
Aber selbst bei z.B. 10 Polpaaren ergibt sich nur eine Frequenz von 2kHz 
(bei angenommenen 12.000rpm = 200Hz), bei denen der Skineffekt noch 
nicht recht ausgeprägt in Erscheinung treten dürfte.

Die benötigte Drehzahl werd ich wohl wirklich erst in Versuchen 
ermitteln können.

lg, Karl

PS: heiß ist ja auch relativ: 60°C kann man kaum noch angreifen, aber 
für den Motor ist das grad warm. Kommt dann auf die Curie-Temperatur an, 
was er verträgt, aber 120°C dürften kein Problem sein.

Autor: C. H. (_ch_)
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ohmsche Verlustleistung pro Wicklung:
P = I^2 * R = 40^2 * 31mOhm ~50W

bei drei Wicklungen macht das dann *3, also gut 150W oder nicht?
Das dürfte dann schon etwas mehr als "gut warm" sein...

Gruß
Christian

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Die 40A teilen sich aber auf die drei Wicklungen auf!
Ergo 16,5W.

Entweder man rechnet so, als ob die drei Wicklungen parallel geschaltet 
sind:
40^2*(0.031/3)
oder man teilt den Strom gleichmäßig auf die drei Wicklungen auf:
3*(40/3)^2*0.031,
was zu den gleichen Ergebnissen führt.

Autor: C. H. (_ch_)
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Ok, da hab ich wohl zu schnell geschossen - srry.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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> Die 40A teilen sich aber auf die drei Wicklungen auf!
> Entweder man rechnet so, als ob die drei Wicklungen parallel geschaltet
> sind. [...]

Es wird doch immer nur eine Wicklung gleichzeitig bestromt.

> Hab ich hier etwas Ausschlaggebendes außer Acht gelassen?

Ummagnetisierungsverluste, mechanische Verluste im Lager.
Zusammen bestimmt nochmal 100W.

> PS: heiß ist ja auch relativ: 60°C kann man kaum noch angreifen, aber
> für den Motor ist das grad warm. Kommt dann auf die Curie-Temperatur an,
> was er verträgt, aber 120°C dürften kein Problem sein.

Bei diesen kleinen Modellflugzeugmotoren werden meist Neodym-Magnete 
eingesetzt. Deren Curie-Temperatur liegt bei 80°C.


Das ein nichtmal 5x5cm großer Motor keine 1,5kW umsetzten kann war doch 
von vornherein klar.

Autor: Dirk J. (dirk-cebu)
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Der Motor wiegt lt. obiger Herstellerbeschreibung 310 g und soll 1300 W 
aushalten? Vielleicht für eine halbe Sekunde, dann ist es ein glühender 
Metallklumpen. Da ist bestimmt ein Druckfehler drin, sind wohl 1300 mW 
gemeint.

Autor: Jojo S. (Gast)
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@Dirk: diese Dinger haben wirklich soviel Power, das ist kein 
Druckfehler. Schau dir mal die Motoren und Praxisbeispiele auf 
www.torcman.de an, da treiben so 'Motörchen' sogar ein Radlader Modell 
von 420kg Gewicht an.

Aber das man umgekehrt damit als Generator genauso viel Leistung 
rauskriegt glaube ich auch nicht. Für die Leistungsklasse wäre eine PKW 
LiMa wohl geeigneter.
Und wie gross ist die Autobatterie? Der Ladestrom sollte ja bei C/10 
liegen, welches Auto hat denn eine 400Ah Batterie?

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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@esko: achja, stimmt. Also kommt man auf 66W Verlustleistung im Kupfer. 
Da wirds schon ganz schön warm!
Die Curie-Temperatur von modernen Neodyms liegt schon bei 200°C. Und wie 
gesagt, zur Not muss halt noch ein Lüfter oder Propeller her.

@jojos: danke für den guten Link zu torcman! Echt interessant.

Wegen dem Ladestrom hab ich mir auch schon Gedanken gemacht. Eigentlich 
liegt der bei 1/10 C, aber eine Lichtmaschiene bringt bei Dieselmotoren 
70A (und mehr??). Also dürften meine 40A Spitzenstrom kein Problem für 
die Batterie darstellen.

Ich will ja nicht die komplette Leistung von dem Motor. Er ist für 1300W 
spezifiziert und ich möchte ihm ja "nur" 800W entlocken.

Sorgen bereitet mir noch das Getriebe, um von ca. 3,5Hz auf ca. 220Hz zu 
kommen (hab mit Mechanik noch nie wirklich was am Hut gehabt).
Das ist zwar nun das falsche Forum, aber da wir nun schon hier sind:
Ich hab schon Berechnungen angestellt:
Das Getriebe sollte eine Übersetzung von 1:64 haben, was ich mit einem 
dreistufigen Getriebe mit je 1:4 realisieren möchte.
Erst zwei Kettentriebe mit 40/10 Zähnen (Kette: 4mm Rollendurchmesser, 
6mm-Teilung) und anschließend noch ein Zahnradgetriebe ebenfalls mit 
40/10 Zähnen (aus Stahl, 5mm breit, Modul 1). Alle Wellen doppelt 
kugelgelagert.
Eingangsmoment ist 37Nm was eine 10mm Stahlwelle verkraften sollte.
Die Teile dafür bekommt man alle beim Conrad, was ich praktisch finde.

Was sagen die Mechaniker unter euch dazu??

lg, Karl

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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> @esko: Die Curie-Temperatur von modernen Neodyms liegt schon bei 200°C.
Aus Wikipedia:
"But the most powerful grades lose their magnetism at a relatively low 
temperature: 80 degrees Celsius. High-temperature grades will operate at 
up to 200 and even 230°C but their strength is only marginally greater 
than that of a samarium-cobalt magnet."

> Wegen dem Ladestrom hab ich mir auch schon Gedanken gemacht. Eigentlich
> liegt der bei 1/10 C, aber eine Lichtmaschiene bringt bei Dieselmotoren
> 70A (und mehr??). Also dürften meine 40A Spitzenstrom kein Problem für
> die Batterie darstellen.

Eine Lichtmaschine muss ja noch das restliche Auto versorgen. Da kommen 
für die diversen Helferchen schon einige Dutzend Ampere zusammen, wenn 
alles an ist. (Licht, Klima, div. Stellmotoren, Radio)
Ob es der Batterie schadet kommt natürlich auf den Typ und die Größe an.

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Ich rechne mit einer 100Ah Batterie.

Die Batterie beim Auto darf aber auch nicht kaputt gehen, nur weil keine 
Verbraucher eingeschaltet sind.

Autor: 3355 (Gast)
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Eine 64:1 Uebersetzung vornedran ist Schrott. Wenn du die Drehzahl nicht 
hast, solltest du nach etwas passenderem schauen. zB ein BLDC mit vielen 
Polen. Falls es sowas nicht am Markt gibt, kann man es gut selbst 
machen. Bei 30cm Durchmesser passen sicher 100 polpaare rein, und die 
tiefe Drehzal passt.

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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3355, da hast du wohl recht.
Aber bei einem 100-Poligem Motor sind wir dann aber schon beim 
Schrittmotor, der ja auch als Generator funktionieren würde. Aber bei 
diesen sind halt keine Leistungen in dem Sinn angegeben. Daher weiß ich 
nicht, welchen ich für 800W nehmen soll. Außerdem sind die Wicklungen 
bei Weitem nicht so niederohmig was zu großen Verlusten führt.

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Hallo,

ich hab den Motor nun erhalten. Er hat 14 Magnete und 12 Pole, mit je 6
Windungen und einen Widerstand von 20mOhm pro Wicklung (statt 31mOhm;
ich hatte zuvor den falschen Motor im Datenblatt betrachtet).

Nun hab ich den Motor an eine Bohrmaschine angeschlossen, Spannung im
Leerlauf und unter Belastung (1 Ohm Lastwiderstand) gemessen. Natülich
immer die zugehörige Frequenz mit gemessen (mit dem Multimeter).

Daraus ergeben sich sehr erfreuliche Werte:
143,2mVeff/rps (rounds per second) und nur 26,68mOhm effektivem
Innenwiderstand.

Rechne ich mit 40A Laststrom, so muss ich die gewünschte Spannung um
40A*26,62mOhm erhöhen -> 15,84+1,07 = 16,91Veff.
Daraus ergibt sich die benötigte Drehzahl von 16,91/(0,1432*sqrt(2)) = 
"nur" 83,5rps (~5000rpm)!!
Das Übersetzungsverhältnis ergibt sich nun zu ca. (1,5Hz*3)/83,5Hz =
1:18,5!! Dieses Verhältnis lässt sich mit einem zweistufigen Kettentrieb 
mit je 1:4,3 realisieren, wobei das Eingangsdrehmoment bei 28,3Nm liegt.

Autor: 3357 (Gast)
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5000rpm ist fuer einen Kettenantrieb relativ viel. Das wird laut. Immer 
schoen oelen...

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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ich bin kein Mechaniker, aber:
ich stimme 3357 zu. 5000 U/min ist da eher etwas viel.
Warum nicht zwei, drei Zahnräder? Das passt doch viel besser.

Autor: 3357 (Gast)
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Und eins der Zahnraeder sollte aus Kunststoff (Nylon) sein. Als 
Sollbruchstelle quasi. Ist auch leiser als ein Metallenes.

Autor: Max (Gast)
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Hallo!

Ich hoffe ich habe nichts überlesen, aber wie willst du den Generator 
antreiben?
Bei schwankender Eingangsdrehzahl würde ich eher nicht zu einem 
permanenterregten Motor greifen. Eine gewöhnliche LiMa ist da sicher 
effektiver, da sich über den Erregerstrom der Arbeitspunkt an die 
Drehzahl anpassen lässt.
Ich komme aus dem Modellbausektor, und da haben schon einige Bürstenlose 
Motoren als Generator benutzt, wobei ich mich erinnern kann, dass der 
Wirkungsgrad der Systeme generell eher bescheiden war.
Wie schon weiter oben erwähnt wurde, sind die Leistungsangaben bei den 
Modellbau Brushless immer nur Angaben auf einen bestimmten Zeitraum. 
Auch bei der Dauerbelastbarkeit wird meistens davon ausgegangen, dass 
nach ein paar Minuten der Antriebsakku leer ist, und der Motor eine 
Abkühlphase bekommt. Daher würde ich auf jeden Fall ausreichend 
überdimensionieren.

Viele Grüße

Max

Autor: Tim (Gast)
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ich kann noch was zum Thema "Strom einer Lichtmaschiene" einbringen:

Die SerienLiMa eines VW Passat (Kombi), 2006er Modell bringt mindesten 
150A, 180A wenn ich mich recht erinnere. Prototyten LiMas gibt es bis 
220A.

Autor: olktra (Gast)
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liegt daran dass ein modernes auto im betrieb so sauviel strom 
benötigt...klima...scheiben-, sitz- lenkrad- etc wärmer, ...

Autor: Matze Niemand (hupe123)
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Hi,
ich habe auch grad vor, einen Brushless Motor als Generator zu 
ge/missbrauchen. Ich habe ihn eben an mein Messgerät angeklemmt und die 
Abtriebswelle gedreht, aber es kommt bei keiner Paarung der drei 
Anschlussleitungen eine Spannung an.
Ist übrigens dieser Motor: 
http://www1.conrad.de/scripts/wgate/zcop_b2c/~flNl...

Kann mir da jemand weiterhelfen?

Gruß,
Matze

Autor: Anon Ymous (avion23)
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Nein.

Autor: Matze Niemand (hupe123)
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Hat sich erledigt! Wer zu blöd ist sein Messgerät zu bedienen - is ja 
Wechselspannung, die da raus kommt... ahhhrrr ich könnte mich so 
ärgern! 2 Stunden meiner Lebenszeit vergeudet!

Autor: singlefreiheit (Gast)
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Schau mal bei www.wohnmobilforum.de nach.
Dort habe ich einen 14V-Generator mit einem Honda GX25-Motor 
beschrieben.
Als Generator wird ein Torcman 350 verwendet.
Beste Grüsse
Thomas

Autor: Helmut Grass (Gast)
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Hallo,

ich hätte gerne gewußt was aus dem Generatorprojekt geworden ist.
Für einen Versuch mit einem Windrad bräuchte ich etwas ähnliches.
Die in der Industrie erhältlichen Asynchronmotoren sind doch relativ 
teuer, so dass für einen Versuch so ein Modellbaumotor sehr viel 
günstiger scheint.

Autor: gaast (Gast)
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Helmut Grass schrieb:
> Die in der Industrie erhältlichen Asynchronmotoren sind doch relativ
> teuer

Vergoldete vielleicht.

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