Buerstenlose Motore

Elektronisches und digitales - Bitte keine Fragen zum MZS

Moderator: fido

dampflok
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Re: Buerstenlose Motore

Beitrag von dampflok »

Hallo allerseits,
Ich weiß, daß ich etwas neben dem Thema "bürstenlose Motoren" liege, aber zum Langsamfahren mit relativ einfachen Mitteln kann ich etwas beitragen.
Eine meiner derzeitigen Baustellen ist eine dreiachsige englische Rangierlok Spur 1, Maßstab 1:30,5, mit eingebautem 12V Akku 1,3 Ah, Getriebemotor, Fahrregler und Fernsteuerung. Der Raddurchmesser ist 37,5 mm.
Der Motor ist ein IGARASHI-Getriebemotor mit Untersetzung 1:50, nach meinen Berechnungen wollte ich damit eine Höchstgeschwindigkeit von ca 32 km/h (20 M.P.H.) erreichen. Das konnte ich noch nicht prüfen, aber das Langsamfahren habe ich gemessen. Der Fahrregler ist eigentlich für Ströme bis 30A ausgelegt, ich fahre aber nur mit 260 mA ohne Last, maximal 450 mA.
Ich fahre ohne Last einen Meter in 23,5 Sekunden oder 2,55 m/min.. Wenn ich mich nicht verrechnet habe, sind das 0,153 km/h oder im Original 4,66 km/h.
Natürlich wirkt das Getriebe sehr direkt, es gibt keinen langsamen Auslauf und schieben oder ziehen ist nicht möglich.
Ich kann aber sehr langsam anfahren und rangieren. Eine Lastprobefahrt mit zwei Lokomotiven (Gewicht ca. 12kg) hat gut funktioniert, obwohl die Lok noch nicht fertig ist, es fehlen noch alle Auf- und Anbauten.
Noch ein Gesundes und erfolgreiches Neues Jahr!
Michael
BR365
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Re: Buerstenlose Motore

Beitrag von BR365 »

Brushless ist ein interessantes Thema, wie viele vielleicht wissen, waren die C-Sinus- und Soft Drive Sinus-Motoren von Märklin Brushless-Motoren mit Hall-Sensoren zur Drehzahlmessung.

Die von Märklin verwendeten Brushless-Motoren sind mit 9 Spulen und 12 Magnet-Polen ausgerüstet, damit lassen sich im H0-Bereich maßstäblich umgerechnet 0,5km/h Kriechgeschwindigkeit erreichen.

Aktuell gibt es auch ein privates Projekt für einen BLDC-Treiber. Der ließe sich sicher auch für größere BLDC-Motoren adaptieren, um den Anforderungen von 1:22,5 gerecht zu werden.

Gruß,
Moritz
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KDW
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Re: Buerstenlose Motore

Beitrag von KDW »

Hallo allerseits,
bürstenlose Gleichstrommotore (ich selbst rede lieber von "elektronisch kommutierten Motoren", die klassischen Asynchronmotoren sind ja beispielsweise auch "bürstenlose Motoren" ) können durchaus für extrem kleine Drehzahlen bis herab zum Stillstand eingesetzt werden, wenn sie als Sensormaschinen aufgebaut sind und die Kommutierungselektronik entsprechend konzipiert ist. Ich habe mich mit dem Thema schon vor vielen Jahren befasst und schon mehrere Motoren samt Kommutierungselektronik gebaut, allerdings vor einem gänzlich anderen Hintergrund, nämlich als nasslaufende Antriebsmotoren für meine Modell-Uboote mit Direktantrieb auf die Propeller. Der Grund für diese Idee war, dass ich damit Dichtungen für die Propellerwelle (die ja mit der Zeit undicht werden) grundsätzlich vermeiden konnte. Dazu hatte ich auch schon mehrere Artikel in der Zeitschrift "SchiffsModell" veröffentlicht, den ersten im Dezemberheft 1995).

Meine Motoren sind als Axialflussmaschinen aufgebaute Motoren mit Permanentmagneten im Rotor mit dreiphasigem Stator; es gibt sie als 6-, 8- und 14-polige Maschinen, die mechanischen Ausgangsleistungen an der Welle bewegen sich zwischen 30 und 100W. Die Kommutierungselektronik ist im bzw. am Motorgehäuse integriert und wird von dem RC-üblichen Servosignal (PWM) angesteuert. Die Motoren können selbstverständlich in beiden Richtungen drehen und die Drehzahl ist stufenlos steuerbar. Die Elektronik besitzt eine Strombegrenzung (Konstantstromverhalten), so dass der Motor beim Blockieren nicht durchbrennen kann, sowie eine Unterspannungsabschaltung.
Dank der Sensorsteuerung verhalten sich die Motoren praktisch wie Bürstenmotoren, haben aus dem Stillstand heraus ein eindeutiges Anlaufverhalten, entwickeln auch unter Last im Stillstand ein eindeutiges Drehmoment in die gewünschte Richtung und können mit sehr kleinen Drehzahlen betrieben werden (man kann sie so langsam drehen lassen, dass man die Propellerblätter einzeln zählen kann). Seit 1994 (bei meinem ersten Uboot) hat sich das Prinzip bewährt.

Wenngleich es sich hier um Motoren für Modell-Uboote handelt, lassen sich solche Motoren auch bei geeigneter Bauart auch für Modelllokomotiven bauen. Ich hatte ursprünglich sogar daran gedacht, einen vielpoligen, großen Motor (wie bei den alten Eloks mit Stangenantrieb) für meine ELOISE zu bauen, habe dann aber doch (aus Nostalgiegründen) den alten Scheibenwischermotor weiterverwendet.

Vielleicht hat von euch ja jemand Zeit und Lust, sich an das Thema heranzuwagen?

Viele Grüße
Klaus-Dieter
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KDW
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Re: Buerstenlose Motore

Beitrag von KDW »

Noch ein kleiner Nachtrag:
Man kann allerdings fragen, ob der Einsatz von Elektronisch kommutierten ("brushless") Motoren im Modellbahnbereich überhaupt notwendig oder wenigstens sinnvoll ist, oder wir mit den herkömmlichen Bürstenmotoren nicht ebensogut bedient sind.
Ich denke, dass hier die unbestreitbaren Vorteile in den anderen Modellbausparten (Flugmodelle, Automodelle, Schiffsmodelle, insbesondere Uboote) in Bezug auf Leistung (bzw. Nasslauffähigkeit bei Ubooten) hier kaum von Bedeutung sind. Der Einsatz solcher Motoren ist vielmehr in der Herausforderung begründet, etwas Neues und Unkonventionelles machen zu wollen. Ein sinnvolles Anwendungsbeispiel sehe ich allenfalls darin, für eine Elok alter Bauart (großer, hochpoliger Einzelmotor mit direktem Stangenantrieb per Blindwelle auf die Achsen), wo sich ein solcher Motor in Eigenentwicklung samt Elektronik anbieten würde.

In Ergänzung zu meinem vorangegangenen Posting möchte ich, obwohl es hier "off topic" ist, mal Bilder von einem meiner Uboot-Motoren anfügen, samt einem Video, dass ein Modellbaukollege mal von meinem Boot vor ein paar Jahren aufgenommen hat.

elekktronisch kommutierter Modell-Uboot-Motor (KDW)
Bild

Blick auf die Rückseite des Motors mit der im Motorgehäuse integrierten Motorelektronik

nasslaufender "brushless"-Motor für Modell-Uboot (KDW)
Bild

selbstentwickelter, in der freigefluteten Hecksektion meines Modell-Uboots angeordneter elektronisch kommutierter ("brushless") Gleichstrommotor (Baujahr 1996)

nasslaufender Ubootmotor, schematische Darstellung (KDW)
Bild

schematische Darstellung eines elektronisch kommutierten Gleichstommotors mit hermetisch getrenntem Abtrieb, der bei einem Modell-Uboot eine Abdichtung der Propellerwelle mit Gleitdichtungen (potenzielle Leckstelle!) überflüssig macht.

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=kRDlVHH899A[/youtube]
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Henner (Henry)
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Re: Buerstenlose Motore

Beitrag von Henner (Henry) »

Hallo Klaus-Dieter,
erstmal herzlich willkommen bei den Buntbahnern. Da ich im Augenblick noch in einem gnadenlosen Papierkrieg stecke, habe ich nicht die Musse, Dir ausführlich zu antworten. Natürlich sind solche Motore interessant für Modellbahnen. Die Frage ist, ob Du die Regelung so ausführen kannst, dass die Drehzahl auch bei massiven Drehmomentschwankungen konstant bleibt. Bei Schiffs/Flugzeuganwendungen hast Du diese Schwankungen nicht und Du brauchst praktisch keine hochwertige Regelung. Mal gespannt, was Du Dir weiter ausdenkst! Kennst Du mein "Traktat" über dieses Thema
https://www.stummiforum.de/t179799f50-A ... Video.html?
Gruss
Henner (Henry)
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KDW
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Re: Buerstenlose Motore

Beitrag von KDW »

Hallo Henner,
ich hoffe, dass du dich in dem Papierkrieg tapfer behaupten kannst und am Ende die Oberhand behältst, damit du wieder Zeit für das Hobby bekommst. Ich habe übrigens hier mit Interesse deinen Beitrag über deine Zahnradlok gelesen - wirklich eine sehr durchdachte und sauber ausgeführte Arbeit und ein schönes Modell!

Was die elektronisch kommutierten Motoren nach meiner Machart angeht, so sind sie von der Drehzahlsteuerung(und sicher auch von der Drehzahlregelung) praktisch wie ein herkömmlicher Bürstenmotor zu behandeln. Es sind hier nur Rotor und Stator vertauscht (Permanentmagnet-Rotor und bewickelter Stator), die Funktion der Kollektorlamellen als drehwinkelabhängiger Schalter für die Bestromung der Wicklungen ist hier aufgesplittet in Hallsensor-Positionssensoren zur Steuerung und drei MOSFET-Halbbrücken als elektronische Schalter für die Wicklungen. Die Drehzahlsteuerung erfolgt durch Pulsweitenmodulation in der Ansteuerung der unteren Halbbrückentransistoren. Eine Drehzahlregelung habe ich ganz bewusst nicht vorgesehen, da sie für ein Modell-Uboot unnütz ist und sogar das nachlassen der Bordbatteriespannung verschleiert. Ich habe lediglich eine Konstantstromregelung für die Motorstrombegrenzung, falls mal "Kraut" den Propeller blockieren sollte.
Es dürfte aber keine Schwierigkeiten bereiten, einen Regelkreis für die Drehzahl bzw. das Drehmoment wie für eine herkömmlichen Bürstenmotor zu realisieren (im Prinzip bräuchte ich für eine Drehmomentregelung ja nur den Sollwert für den max. Motorstrom variierbar zu machen). Eine Information über die Drehzahl gibt es sogar quasi für umsonst von den Positionssensoren. Im Grunde ist das alles machbar, nur -machen muss man es noch.
Meine Motoren takte ich übrigens recht hochfrequent, mit 16kHz, um bei der relativ kleinen Motorinduktivität (u.a. wegen des relativ großen Luft- bzw. Wasserspalts) die Stromwelligkeit gering zu halten.

Viele Grüße
Klaus-Dieter

p.s.: der Zahnradbetrieb bei meiner ELOISE mit dem selbstgefrästen Zahnrad funktioniert übrigens auch. Die Drehmomentbegrenzung für das Zahnrad erfüllt auch ihren Zweck, so, wie beabsichtigt.
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