Hallo, ich plane ein Lastenrad zu elektrifizieren, dazu soll ein käuflich erwerbarer bürstenloser Nabenmotor mit integriertem Planetengetriebe eingesetzt werden. Habe mich hier schon etwas eingelesen, ich staune allerdings über die generelle Empfehlung, auf die 3 Hallsensoren zu verzichten und den Motor ohne Hallsensoren zu kommutieren. Das Problem in meinem Fall ist, dass man auch mal an einer Steigung anfahren können muss, ohne die Pedale zu benutzen. Also eine Art kräftige Schiebehilfe aus dem Stand muss funktionieren. Hier kann man im Netz viele Beiträge lesen, wo User berichten, das das Anfahren unter Last auch ohne Hallsensoren problemlos gehen soll. Nach meiner Einschätzung braucht ein BL-Motor zum Anlaufen unter Last die Hallsensoren, irgendwie stehe ich aber mit meiner Ansicht bei den Bikern und Händlern alleine da ... Wie sehen das die Fachleute unter euch, Hallsensoren wegen Anlauf unter Last: ja oder nein ? Hier noch ein 1 min. Video eines solchen Nabenmotors mit Aussenläufer: https://www.youtube.com/watch?v=pH-52IgJui8 Für eure Antworten vielen Dank im Vorraus Gustav
@Gustav K. (hauwech) >Netz viele Beiträge lesen, wo User berichten, das das Anfahren unter >Last auch ohne Hallsensoren problemlos gehen soll. Hmmm. Eigentlich bestrommt man so einen Motor erstmal auf "gut" Glück und er dreht "zufällig" los, ggf. auch ein Stück zurück. Erst dann kann man per Induktionsspannung die Position messen. >Nach meiner Einschätzung braucht ein BL-Motor zum Anlaufen unter Last >die Hallsensoren, Das würde ich auch meinen. Zumal wenn man Drehmoment ohne Bewegung machen will. >Wie sehen das die Fachleute unter euch, Hallsensoren wegen Anlauf unter >Last: ja oder nein ? Ich sag mal ja, bin aber kein BLDC Experte. Es gibt Spezialsoftware/Prozessoren von TI, die mit sensorloser Ansteuerung werben. Ob das auch Anfahren/Stillstand bedeutet, weiß ich nicht. http://www.ti.com/ww/en/mcu/instaspin/index.shtml >Youtube-Video "The inside of an e-bike hub motor, with planetary gears." Dort sieht man aber nix ob das Ding mit oder ohne Hallsensoren läuft.
Falk B. schrieb: > Dort sieht man aber nix ob das Ding mit oder ohne Hallsensoren läuft. Na ja, aber man sieht über den Wicklungen die montierte Platine mit den rückwärtigen Lötpunkten der Beine der 3 Hallsensoren (0:19) Gustav
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@ Gustav K. (hauwech) >Na ja, aber man sieht über den Wicklungen die montierte Platine mit den >rückwärtigen Lötpunkten der Beine der 3 Hallsensoren (0:19) Könnte sein. Hat mich aber ein bisschen irritiert, weil ich kenn die nur 120° versetzt. Aber wahrscheinlich hat der BLDC mehr als 3 Phasen und deshalb kann man die so nah beieinander platzieren.
Falk B. schrieb: > Aber wahrscheinlich hat der BLDC mehr als 3 Phasen ... Spricht man nicht von Polen, wenn der Stator ein Vielfaches als 3 Wicklungen hat? Ich zähle in dem Video 18 Wicklungen, bei 3 Phasen hätte der Stator also 6 Pole. Sehe ich das richtig?
@ Gustav K. (hauwech) >> Aber wahrscheinlich hat der BLDC mehr als 3 Phasen ... >Spricht man nicht von Polen, wenn der Stator ein Vielfaches als 3 >Wicklungen hat? > Ich zähle in dem Video 18 Wicklungen, bei 3 Phasen hätte >der Stator also 6 Pole. Sehe ich das richtig? Keine Ahnung.
genauer gesagt Poolpaaren wobei die bei dreiphasen system wieder verkettet sein können, bei 18 Wicklungen ist aber von der Polpaarzahl 3 auszugehen,da mutmaßlich die gegenüber liegenden Wicklungen so geschaltet sind das jedem Pol sein Gegenpol gegenüberliegt. Das macht die Schaltung einfacher. allerdings ließe sich mit einzeln herausgeführten Wicklungsenden auch eine andere Polpaarzahl einstellen und so. z.B. eine Leistungsanpassung vornehmen. Durch parallel schalten von Wicklungen ließe sich eine Höhere Durchflutung erreichen bei gleicher Spannung. Da kann man sich schon austoben. https://de.wikipedia.org/wiki/Polpaarzahl Namaste
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Winfried J. schrieb: > Da kann man sich schon austoben. Das stimmt allerdings, je mehr man sich einliest, umso unklarer wird das Ganze. Wobei bei einem Aussenläufer mit den Polen wohl die Anzahl der Magneten gemeint ist. Beim Stator spricht man dann von Nuten (da sitzen die Wicklungen drin), wobei Pole und Nuten nicht die gleiche Anzahl haben dürfen. Ferner müssen die Nuten durch 3 teilbar sein (wegen der 3 Phasen) und die Pole müssen durch 2 teilbar sein (wegen den Polpaaren). Pole und Nuten bilden nun einen fortlaufenden Versatz (wie beim Nonius eines Messchiebers). Der Aussenläufer im Video von Beitrag 1 müsste somit 18 Nuten und 20 Pole haben. Wenn ich nun im Bewicklungsrechner 18 Nuten und 20 Pole eingebe, dann sind dort immer 3 Spulen nebeneinander mit dem gleichen Draht bewickelt. Damit ist die Verwirrung komplett. Kann man die 3 Hallsensoren deshalb über 3 nebeneinander liegenden Spulen positionieren? Bewicklungsrechner: http://www.slope-combat.de/?bewicklungsrechner-fur-wicklungsschema-version-2,67
Gustav K. schrieb: > Nach meiner Einschätzung braucht ein BL-Motor zum Anlaufen unter Last > die Hallsensoren, Richtig. Es gibt auch komplizierte elektronische Methoden durch aufmodulierte Testsignale auf den Spulen die Stellung im Stand zu ermitteln, aber Hallsensoren sind dramatisch einfacher. Beim Pedelec e-Bike bist DU derjenige, der anfährt. Bei Propellern gibt es kein relevantes Anlaufdrehmoment, da kann man es mit einem Impuls anschubsen und sehen, in welche Richtung es dreht.
Der im Video gezeigte Motor hat 20 Pole, und 18 Nuten, eine noch eher übersichtliche Anordnung. Auch Anordnungen bei denen die Anzahl der Nuten höher ist, als die Anzahl der Pole, sind möglich. Es gibt auch Anordnungen, bei denen die Anzahl der Spulen deutlich kleiner ist, als die Anzahl der Pole. Es liegt dann eventuell auch nicht in jeder Nut eine Wicklung. Schau mal nach Hybridschrittmotor, z.B. hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Schrittmotor Was die Position der Hallsensoren anbelangt, hat man bei einem hochpoligen Motor Auswahl: Bei dem 20 Poler hat man, bei einer mechanischen Umdrehung, 10 'elektrische' Umdrehungen. So gibt es, für jeden der drei Hallsensoren, 10 mögliche Positionen, bei denen der Phasenwinkel stimmt. Was den sensorlosen Anlauf unter Last anbelangt, da gibt es zwar Möglichkeiten, aber das ist eher problematisch. Es gibt ein Verfahren, das nutzt geringe Änderungen der Induktivität der Statorwicklungen, in Abhängigkeit von der Rotorposition. Die Größe der Änderung ist vom Motoraufbau abhängig, und bei manchen Motoren quasi nicht vorhanden. Was soll eigentlich schlecht sein, an der Verwendung der Hallsensoren. Ein Problem können natürlich schlecht ausgerichtete Sensoren sein. Wenn Du den Controller selbst baust, könntest Du ja den Anlauf mit Hallsensoren machen, und bei ausreichender Drehzahl auf sensorlosen Betrieb umschalten. Mit freundlichen Grüßen - Martin
Das Anlaufen ohne Hallelemente ist machbar. Durch Bestromen jeweils einer Wicklung und messen der induzierten Spannung in den anderen zwei Wicklungen kann man die Position errechnen. Etwas ueberlegen..
Michael B. schrieb: > Beim Pedelec e-Bike bist DU derjenige, der anfährt. Gut, dann baue ich eben ein Nicht-Pedelec, das auf Knopfdruck auch an einer Steigung anfahren können muss. Martin S. schrieb: > Bei dem 20 Poler hat man, bei einer > mechanischen Umdrehung, 10 'elektrische' Umdrehungen. Hmm, da muss ich nun erst mal lange überlegen, wie man von 20 Polen auf 10 'elektrische' Umdrehungen kommt ... Martin S. schrieb: > Was soll eigentlich schlecht sein, an der Verwendung der Hallsensoren. Gar nichts, ausser dass eine Menge Nabenmotoren keine Hallsensoren haben und Händler und Kunden geschlossen der Ansicht sind, dass man die auch nicht braucht. Martin S. schrieb: > Ein Problem können natürlich schlecht ausgerichtete Sensoren sein. Gut, dass das angesprochen wird: Wie genau müssen die Hallsensoren eigentlich verbaut sein? Um bei dem Nabenmotor im Video aus Beitrag 1 zu bleiben: Bei angenommenen 80mm Durchmesser der Aussenläufer-Glocke, wie genau müssen die Hallsensoren positioniert werden: reichen +/- 1mm oder weniger? Oder D. schrieb: > Das Anlaufen ohne Hallelemente ist machbar. Durch Bestromen jeweils > einer Wicklung und messen der induzierten Spannung in den anderen zwei > Wicklungen kann man die Position errechnen. Etwas ueberlegen.. M.W. funktioniert das zuverlässig erst ab einer bestimmten Drehzahl. Selbige wäre beim Anlaufen leider Null ...
Gustav K. schrieb: > Gut, dass das angesprochen wird: Wie genau müssen die Hallsensoren > eigentlich verbaut sein? Um bei dem Nabenmotor im Video aus Beitrag 1 zu > bleiben: Bei angenommenen 80mm Durchmesser der Aussenläufer-Glocke, wie > genau müssen die Hallsensoren positioniert werden: reichen +/- 1mm oder > weniger? Ich denke, so genau muss das nicht sein, jeder Hall Sensor für sich sieht ja für 180° an und 180° aus. Durch die Phasenverschiebung resultiert daraus bei 3 Phasen eine mögliche Auflösung von ca. 60°. Ich denke, ob das nun 55° oder 65° sind spielt hier keine große Rolle. Vor allem, da die eh nur im Langsamen Anfahrbetrieb unter Last und mit unzulässigem Zucken benötigt werden. Weggelassen werden Sie zumeisst, weil man a 5 Kabel weniger hat und mit den 3 Motorphasen auskommt und B sie bei sich sowieso bewegendem Motor eben nicht gebraucht werden. Außerdem ist das Problem ja auch nur beim ersten Anfahren. Alle weiteren Starts während einer zusammenhängenden Fahrt ist der Controller ja an und weiß daher die Position des Motors. Somit ist der Aufwand vermutlich einfach zu hoch im Verhältnis zum Nutzen.
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Vieles richtige (einiges weniger richtiges auch) wurde ja schon geschrieben. Aus der Praxis ist zu sagen, Anfahren aus dem Stand unter Last, noch dazu beim Lastfahrrad, ist nur mit mir sensorgesteuerten Motoren möglich. Eine irgendwie gestaltete Positionsmessung zur Feldsteuerung ist immer nötig beim BLDC-Motor, gleichgültig ob mit Hallsensoren, Emk oder anderen Mitteln. Es ist bei der ´"Zwangsfeld"-Ansteuerung einfach keine Kraftentfaltung möglich, der Motor zieht seinem maximalen Strom aber man kann ihn fast mit dem Fingern festhalten. Da bis 6 km/h das Fahren auch ohne eigene Kraftzuführung durch Treten erlaubt ist läst sich das Anfahren (manchmal auch Schiebehilfe genannt)auch einfach per "Starttaster" oder einem Drehgriff ermöglichen. Die Steuerung muß dann nur so gebaut sein das ab den 6km/h der Motor nur läuft wenn auch mitgetreten wird.
>>Oder D. schrieb: >> Das Anlaufen ohne Hallelemente ist machbar. Durch Bestromen jeweils >> einer Wicklung und messen der induzierten Spannung in den anderen zwei >> Wicklungen kann man die Position errechnen. Etwas ueberlegen.. >M.W. funktioniert das zuverlässig erst ab einer bestimmten Drehzahl. >Selbige wäre beim Anlaufen leider Null ... Ah, nee ... unter Bestromen einer Wicklung zur Winkelbestimmung dachte ich eher an AC, ich kann da ja zB 50Hz anlegen mit sehr kleiner Amplitude und die Phasen und Amplituden der induzierten Spannungen messen. Eigentlich sollte ein einzelner Puls auf einer (oder zwei) Wicklung zur Winkelbestimmung genuegen. Der Einfachheit halber. Klemmt die Achse fest und last mal ein Feld umlaufen, dieses messt dann zurueck per Strom und spannung.
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Christian B. schrieb: > Außerdem ist das Problem ja auch nur beim > ersten Anfahren. Alle weiteren Starts während einer zusammenhängenden > Fahrt ist der Controller ja an und weiß daher die Position des Motors. Interessant, das würde aber vorraussetzen, dass der Regler den Motor mittels Rampe stoppt. Der Motor müsste dann immer zumindest leicht bestromt bleiben, was beim längerem Fahren ohne Unterstützung (Gefälle) nur die Batterie leeren würde. Zur sog. Schiebhilfe: Wäre interessant zu wissen, ob das bei den Bikes mit Nabenmotoren ohne Hallsensoren überhaupt funktioniert. Leider habe ich hier niemand, der ein Bike mit Nabenmotor besitzt. Ein Gedanke noch: Ein Nachbar hat eine Drehe mit Drehstrommotor und Frequenzumrichter (FU). Wenn man das Backenfutter mit Handschuh festhält und am FU langsam von Null mittels Poti hochdreht, dann merkt man, wie der Motor immer stärker loslaufen will. Wäre das nicht der ideale Antrieb (keine Hallsensoren) für ein Lastenrad? Ein Poti als Gaspedal wäre doch die Lösung schlechthin. Warum eigentlich einen bürstenlosen Motor mit seiner aufwändigen Kommutierung?
Gustav K. schrieb: > Interessant, das würde aber vorraussetzen, dass der Regler den Motor > mittels Rampe stoppt. Der Motor müsste dann immer zumindest leicht > bestromt bleiben, was beim längerem Fahren ohne Unterstützung (Gefälle) > nur die Batterie leeren würde. Bist du dir da Sicher? Meines Wissens erzeugt ein Draht, wenn er durch ein Magnetfeld bewegt wird einen Stromfluss. Da bei einem bestromten Motor auch nur der induzierte Strom der gerade nicht durchströmten Spule gemessen wird frage ich mich, wieso der Controller Nicht einfach die Rotordrehung und die damit verbundene Induzierte Spannung verwenden sollte. Etwas weiter gedacht: Der Controller könnte vielleicht sogar durch solch einen Stromimpuls geweckt werden und sich somit schon auf dem Weg vom Ständer zur Startposition die aktuelle Rotorposition detektieren. > Warum eigentlich einen bürstenlosen Motor mit seiner aufwändigen > Kommutierung? Weil diese Motoren mehr Drehmoment haben als vergleichbare Bürstenmotoren, weniger Verschleiß und Energieefizienter sind. Der einzige Nachteil ist: Sie sind teurer.
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>Zur sog. Schiebhilfe: Wäre interessant zu wissen, ob das bei den Bikes >mit Nabenmotoren ohne Hallsensoren überhaupt funktioniert. Das geht nur mit sensorgesteuerten Motoren. Zumindestens wenn man den Motor nicht 'anschubst'. Da aber beim landläufigen Sensorlosen eine Mindestdrehzahl erreicht werden muß um die gegen EMK auswerten zu können würde der dann ohnehin wegen des 'Zwangsdrehfeldes' das bis dahin erzeugt wird in einem grottenschlechten Wirkungsgrad laufen. Kenne kein Rad mit wirklicher 'Schiebehilfe' das Sensorlose Motoren hat. Kurz gesagt, der geringe elektronische Mehraufwand für die Sensorauswertung (eigentlich ja nur die Hallsensoren, da ja die EMK auch aufbereitet werden muß um daraus verwertbare Positionssignale zu generieren) der eingespart wird ergibt einen erheblichen Mehraufwand in der Software damit die Sache rund läuft. >Ein Poti als Gaspedal wäre doch die Lösung schlechthin. Gibt ja eine Menge Räder die mit einen Gas-Drehgriff arbeiten. NUr ein normales Poti einzusetzen macht schon lange keiner mehr, die diversen angebotenen Drehgriffe und Daumenhebel machen das alle mit einem analogen Hallsensor. Daher sind die Controller die eine solchen Anschluß haben auch dafür ausgelegt, also auf eine Steuerspannung von 0,8 -4V ausgelegt.
Gustav K. schrieb: > Ein Gedanke noch: Ein Nachbar hat eine Drehe mit Drehstrommotor und > Frequenzumrichter (FU). ... Solche Asynchronmotoren sind sehr gut als Fahrzeugantrieb geeignet, und sind bei größeren Leistungen (Straßenbahn, ICE, ...) üblich. Diese Motoren sind auch bürstenlos. Bei kleineren Fahrzeugen findet man sie eher selten, das Twike http://www.twike.com/de_DE/fahrzeuge/twike-3/ausstattung/ fährt mit einem Asynchronmotor. Ein Vorteil der Synchronmotoren ist das geringere Gewicht bei gleicher Leistung. Asynchronmotoren sind billiger herzustellen, und man benötigt keine Magnete (Neodym könnte mal knapp werden). Vielleicht kommt die Zeit der Asynchronmotoren in Kleinfahrzeugen ja noch? Mit freundlichen Grüßen - Martin
Martin S. schrieb: > Vielleicht kommt die Zeit der Asynchronmotoren in > Kleinfahrzeugen ja noch? eher nicht, da sie keine Rekupierung ermöglichen.
Du meinst wahrscheinlich "Rekuperation". Die Entwickler des von Martin verlinkten Twike haben das Unmögliche möglich gemacht und einen Asynchronmotor mit Rekuperation in ein Fahrzeug eingebaut ;-) Warum soll das nicht gehen? Man nennt die Dinger ja nicht umsonst auch Asynchron"maschine", weil man sie eben auch andersherum, also zur Stromerzeugung einsetzen kann.
@ Yalu Das Unmögliche weckt mein Interesse, der Einbau dürfte dann banal sein. O.k. das würde ich gern mal genauer betrachten wo nehmen die das Erregerfeld her, ok. Da fällt mir ein, man könnte eine Wicklung bestromen und die anderen beiden als Generator nutzen oder eine zusätzliche Erregerwicklung einbringen. Sie werden ja wohl nicht auf Schleifringe setzen. Aber sind das noch die preiswerten Kurzschlußßläufer? Mist da hab ich wohl eine Entwicklung verpasst. Obwohl ich Twike kenne und schon vor über zehn Jahren in meiner Münchener Zeit habe ich bei denen in der Lindwurmstraße im Nachbarhaus Lifte gewartet. Namaste
Winfried J. schrieb: > Das Unmögliche weckt mein Interesse Hier ist das "Zauberbuch", aber bitte keinem weitererzählen ;-) https://de.wikipedia.org/wiki/Asynchrongenerator#Magnetische_Erregung
Martin S. schrieb: >> Ein Gedanke noch: Ein Nachbar hat eine Drehe mit Drehstrommotor und >> Frequenzumrichter (FU). ... > > Solche Asynchronmotoren sind sehr gut als Fahrzeugantrieb geeignet, und > sind bei größeren Leistungen (Straßenbahn, ICE, ...) üblich. Diese > Motoren sind auch bürstenlos. Bei kleineren Fahrzeugen findet man sie > eher selten ... Ok, dann wäre das der optimale Motor, nur die Dinger wären zu gross und zu schwer. Mittlerweile habe ich zwei kleinere Anbieter von E-Bike Komponenten gefunden, die ebenfalls der Ansicht sind, dass es Hallsensoren braucht, wenn man unter Last anfahren will. Habe mich wohl von den grossen und bunten E-Bike Shops blenden lassen, die Leut dort ham wohl eher keine Ahnung. Steffen W. schrieb: > Zumindestens wenn man den Motor nicht 'anschubst'. Wobei man den Motor nicht mal anschubst, wenn man antreten würde. Denn solch ein Getriebe-Nabenmotor hat einen Freilauf bei Vorwärtsfahrt. Der Motor wird nur angetrieben, wenn man das Bike rückwärts schiebt. Steffen W. schrieb: > Kenne kein Rad mit wirklicher 'Schiebehilfe' das Sensorlose Motoren hat. Gut, das ist eine klare Aussage. Dank der fachkundigen Aussagen hier im Forum weiss ich nun, auf was ich bei der Auswahl meiner Komponenten achten muss. Vielen Dank an euch alle für eure Mühe Gustav
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