Scheibenmotor für Kart

Ca. 8kW Leistung
 
danile
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Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 14.11.2012 - 20:09 Uhr  ·  #1
Hallo,

meine Kumpels und ich wollten schon lang ein Kart bauen. Nun kam mir die Idee, einen Scheibengenerator so auszulegen, dass er als Motor verwendet werden kann. Dies ist mit einem Brushless-Motor Regler aus dem Modellbau möglich, indem der "Generator" nun eben angesteuert wird. Um den Motor dann zu berechnen, würde ich das Scheibengenerator-Tool verwenden. Die obersten Daten wie Windgeschwindigkeit dann so auslegen, dass die Drehzahl der Räder rechts berechnet ist. Dann würde ich die Batteriespannung, die zur Ansteuerung verwendet wird, als Spannung setzen, die erreicht werden soll. Bei einem Motor steigt die Drehzahl im Leerlauf proportional zur Spannung.
Bei einem Raddurchmesser von 26cm würde das Kart dann mit einer Drehzahl von 1530 Umdrehungen drehen, wenn es 75km/h schnell fahren soll. Bei 8kW, also 10,9PS ist dies auch möglich und man hat noch eine sehr schnelle Beschleunigung, was natürlich gewünscht ist. Eventuell werde ich diese Geschwindigkeit auch auf 70km/h legen, um noch schneller zu beschleunigen und auch den Berg hoch fahren zu können.

Rechnung:
Drehzahl:
75km/h*60 Umdrehungen pro Minute / (3,6 * PI * 0,26m) = 1530 Umdrehungen pro Minute im Leerlauf
Dies wird dann ins Tool eingesetzt und man kann die Parameter berechnen.
Als Batteriespannung habe ich 72V eingegeben. Daraus ergibt sich 1530 Umdrehungen pro Minute /72V= 21U/V/min im Leerlauf. Dies ist eine gängige Angabe bei Brushless-Motoren.
Beim Scheibengenerator ist die erzeugte Spannung umso höher, je höher die Flussdichte bzw. die Wicklungen. Genauso ist es dann beim Motor nur umgekehrt. Der Motor dreht umso langsamer, je stärker die Magnete und je mehr Wicklungen es gibt. Da der Strom bei solchen Motoren seehr hoch ist, muss auch der Innenwiderstand sehr klein sein. Mein Beispiel im Anhang.

Stimmt das, was ich da denke?

Der Motor würde dann etwa so aussehen:
http://www.youtube.com/watch?v=dUGi50F_bwc&feature=plcp

Gruß
Dani
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 15.11.2012 - 20:07 Uhr  ·  #2
Moin Dani,

Cooles Projekt. Ich habe mir das tool noch nicht weiter angesehen aber sehe da einige Unterschiede zwischen Motorbetrieb und Generatorantrieb, vor allem auch was die mögliche Leist7ng angeht die bei einer bestimmten Drehzahl erreicht werden kann. diese ( und das bewrücksichtigt das tool nicht) kann nicht größer sein als quasi maximal ein Viertel des Kurzschlussstromes bezogen auf die Betriebsspannung...also zumindest im Generatorbetrieb. Als Motor weirds wohlnso sein dass der Strom vom Geber vorgegeben wird...?

Letztlich hatte ich mal experimente mit einem Stator gemacht in welchem in den Spulenmitten Eisenpulverkerne eingegossen wurden. Das Ergebnis war ein furvhtbares Geruckel- als Generator kaum zu gebrauchen. Im Motorbetrieb sopllte das abewr keine Rolle spielen. Damit kannst du das Teil bei gleicher Baugröße kräftig pimpen. Ich habe eine fast doppelte Spannung bei sonst gleicher Anordnung und Windungszahl feststellen können. Anders ausgedrückt: Man könnte auch die SPannung belassen und dafür mit 4-fach kleinerem Innenwiderstand bauen.

Wichtig bei so hohen Drehzahlen ist natürlich, dass das ganze Teil super gewuchtet ist und die Magnete gut angeklebt und gesichert sind.

Nun habhe ich diesen Eisenstator noch hier liegen. Da ist auch nichts gewuchtet- war nur ein Test- aber es interessiert mmich wirklich sehr. Wenn du magst: schick mir so einen Brushlessgeber zu und ich mache hier mal ein Experiment damit und gucke wie sich das verhält.

Gruß
Max
danile
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 16.11.2012 - 14:36 Uhr  ·  #3
Hallo Max,

Cooles Projekt- es droht aber vielleicht zu platzen, weil meine Kumpels nicht so viel Geld ausgeben wollen. Wir verdienen eben noch nichts und das ist dann schon ziemlich teuer.
Ja, der Strom wird durch den Regler begrenzt. Eisenpulverkerne wären natürlich schon gut, dann könnte ich den Motor etwas kleiner bauen. Aber dafür wird auch nicht die Flussdichte von den Magneten wie im Tool erreicht, da ich ja keine Rückschlusscheiben habe. Weißt du den Wert genau, wieviel das ausmacht?

Danke für deinen Vorschlag, aber ich werde erstmal einen kleinen Versuchsmotor bauen mit vielleicht 200W und dem restlichen Draht. Diesen könnte ich dann eventuell für eine Wickelmaschine verwenden ;-) Da werde ich dann mal schauen, wie sich das Ganze so verhält und wie es mit der Drehzahl und Leistung so hinkommt.

Gruß
Dani
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 16.11.2012 - 17:42 Uhr  ·  #4
Nun, ohne Rückschlussscheibe wird das nichts. Man bracuht den Rückschluss mit Eisenkernen auf jeden fall da sonst der Stator zu sehr von den Magneten angezogen wird und kaput geht. Ich habe die Rückschlussscheibe auch nicht mit Magneten bestückt und sonst quasi den Shopgenerator gebaut- eben nur mit der Hälfte der Magneten und kam letztlich wieder auf die gleiche Spannung wie eisenlos und mit Magneten auf beiden Scheiben. Mit zwei Magnetscheiben würde der Effekt auch verbessernd wirken, allerdings nicht mehr so stark...

Gruß
Max
danile
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 16.11.2012 - 20:26 Uhr  ·  #5
Ich plante auf jeden Fall zwei Scheiben mit Magneten. Ich weiß nicht, ob das klar wurde.
Und um wie viel ist die Spannung nun erhöht?
Wie wird das Eisenpulver eingegossen- auf mehrere Male?

Gruß
Dani
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 17.11.2012 - 00:35 Uhr  ·  #6
Also letztlich kann man sagen dass die Spannung Doppelt so hoch war...mit einer zweiten mit MAgneten bestückten Scheibe wirds dann aber nicht wieder nochmal doppelt so viel werden..sondern vielelicht nochmal das 1,5-fache. Ich würde es daher aus Kostengründen mit nur einer Magnetscheibe bauen und somit quasi die Ergebnisse eines Genis mit doppelt so vielen Magneten erzielen.

Ich gieße den Stator normalerweise in 2 Schritten...Erst mache ich nur etwa einen mm Harz in dei Form und lege die Glasfasermatte ein und drücke die Spulen drauf fest. Im zweiten schritt wenn alles getrocknet und verkabelt ist gieße ich den Rest. Hier habe ichd as Eisenpulver dann vor dem zweiten Guss in die Spulenlöcher eingespachtelt. Zu beachten ist hier dass Eisenpulver nicht gleich Eisenpulver ist. vergiss den Kram den du bei Ebay bekommst. Das ist in der Regel gemalenes Gusseisen bzw. Gusseisenstaub. Das Zeug hat aber kine gute magnetische Leitfähigkeit bzw. Permiabilität um genauer zu sein. Du brauchst Pulver aus Reibeisen! Das kostet etwas das doppelte...ist aber nicht wieter teuer, brauchst nicht viel. Das ganze mit Harz mischen bis du eine gerade noch streichfähige Masse hast...der Maurer würde sagen " erdfeucht " ;-)

Ich empfehle dir aber UNBEDINGT, dabei dann Glasfasermatte zu verwenden. Die Biegekräfte auf den Stator sind aufgrund der Eisenkerne recht hoch. Auch sollte man möglichst dicke Bolzen zum alten des Stators verwenden da das Drehmoment sehr viel höher sein wird als im Generatporbetrieb. Letztlich kommt bei Direktantrieb für sich nur eine Stromregelung in Frage- eien Spannungsregelung wäre zu aufwendig, wenn auch deutlich effektiver. Beim Beschleunigen brauchst du eh das Drehmoment, nur im Dauerbetrieb auf gerader Strecke wäre es natürlich gut, lieber die Spannung hoch und dafür den Strom gering zu halten um den Wirkungsgrad groß zu halten aber letztlich braucht man da ja auch nicht mehr so die große Leistung. Wenn du 7 KW Leistung erhalten willst, brauchst du etwa 300 A auf 24 Volt. Dafür kommen wohl nur Starterbatterieen in Frage die diesen hohen Strom liefern können. Einen günstigen Regler für solche leistungen habe ich noch nicht gefunden...

Hier wäre vielleichtw as selbstgebautes sinnvoller
danile
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 17.11.2012 - 10:15 Uhr  ·  #7
Ich werde aber nicht viele Magnete benötigen. Eigentlich will ich auch kein riesen Teil. Ich plante Glasfasermatten auch fest ein und Vinylharz, dazu vielleicht noch etwas Glasfaserschnitzel. Da werde ich mal mit meinem Kunststofftechniker reden.

Als Übersetzung werde ich eventuell 3 wählen, dass der Motor dreimal so schnell dreht wie die Achse. Aber da bin ich von Ritzeln abhängig. Ein Beispiel: 19x13x6mm N42, doppelseitig mit Magneten bestückt und je mit Stahlscheiben. Ich habe dann die Flussdichte mal 3,6 gemacht. Dann erhalte ich mit 9 Spulen, 48V, 1,7mm Draht und zwei Drähten in Hand einen Innenwiderstand von 0,0106Ohm. Bei 8kW wären dass dann bei 48V 167A, die fließen und dadurch eine Verlustleistung von etwa 300W. Dieser Motor wäre etwa 19cm im Durchmesser. Die Magnete würden dann 41€ kosten, also nicht wirklich teuer.

Was die Spannung angeht, bin ich von Akkus und Reglern abhängig. Da muss ich mal genauer nachschauen.

Gruß
Dani
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 17.11.2012 - 12:16 Uhr  ·  #8
Ich glaub das wird so nichts werden. aus einem 19cm Durchmesser Motor wirst du keine 7 KW Leistung holen... :-(
Auch solltest du den ANlaufstrom nicht unteschätzen der benötigt wird- da brauchst du eine Art Begrenzer, sonst fließen da mehrere hundert Ampere...
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 17.11.2012 - 12:36 Uhr  ·  #9
Den Vorteil eines Scheibenmotors würde ich darin sehen, dass man ihn direkt am Rad und eben ohne Getriebe montieren kann. Wenn eh eine Übersetzung geplant ist, würde ich mir einen Staplermotor besorgen...hier ist mal ein nettes Video...ganz so fett muss er ja nicht sein:

http://www.youtube.com/watch?v…re=related

Ansonsten geht auch ein dicker Anlassermotor- die bekommt man recht günstig. Allerdings ist das dann eher was für Kurzstrecke da die Teile nicht duaerlauffähig sind- dafür aber Power ohne Ende für kleines Geld:

http://www.youtube.com/watch?v=C5lp3fP1WKo
danile
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 17.11.2012 - 17:37 Uhr  ·  #10
Zitat
Ich glaub das wird so nichts werden. aus einem 19cm Durchmesser Motor wirst du keine 7 KW Leistung holen... :(


Die ganzen Brushless Motoren sind viel kleiner und haben weitaus kleinere Magnete.
Schau mal den hier an: Turnigy 9,8kW
Der hat 65mm Spulenlänge und 110mm Durchmesser. Warum denkst du, dass man aus meinem Motor keine 8kW rausholen könnte?

Ich möchte keinen gekauften Motor. Es soll etwas Selbstgebautes sein. Und die Übersetzung ist dafür da, dass ich weniger Draht brauche und einen kleineren Durchmesser habe und dass ich eventuell zwei Gänge haben kann. Einen zum Berg hochfahren und einen für Geschwindigkeit.

Und die Videos habe ich schonmal angeschaut :D ... besser gesagt schon mehrmals :D

Das wäre mal die Tabelle dazu:
19x13x6mm-N42-Doppelseitig.xlsx

Gruß
Dani
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 17.11.2012 - 20:23 Uhr  ·  #11
hm...das sind aber auch irgendwie ganz andere Drehzahlen...aber ansich...dann nimm doch einen solchen Motor, so teuer ist er ja gar nicht wenn man bedenkt was er leistet. Das Problem wird aber auch dort die Kühlung sein. 10 KW Dauerlast hat er mit Sicherheit auch nicht. bei 190 A hat man etwa 200 Watt Verlust, das ist schon nicht wenig für so ein kleines Gehäuse...denncoh schon erstaunlich was es da alles so gibt...
danile
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 17.11.2012 - 20:25 Uhr  ·  #12
Aber wie gesagt.. eigentlich will ich es selbst bauen :D
Wenn du den Größenvergleich ansiehst, denke ich, ist dies schon möglich, aus meinem Motor diese Leistung rauszuholen. Eventuell ist sogar noch mehr drin.
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 17.11.2012 - 21:33 Uhr  ·  #13
Also wenn du in der Größe vom kleinen Bausatz was amchen würdest hättest du den Vorteil, dass du direkt mit dem Achslager sofort am Motor die Bereifung anschrauben könntest...Würde dafür die kleinsten Felgen nehmen die du finden kannst. Einen Motor mit dem Bausatz und nur 12 Magneten zu bauen, der dann etwa 1300 UPM auf 24 V bringt und 0,01 Ohm Widerstand hat ist gut möglich. Wenn man dann so ein Teil auf beiden Seiten hat, lässt man beim Ampelstart sicher jeden Porsche stehen :-D
Nur entsprechende Batterien muss man erstmal fnden...
danile
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 17.11.2012 - 21:42 Uhr  ·  #14
Ja, im Tool habe ich aber was mit 4600 Umdrehungen angegeben. Wenn ich das Ganze über Direktantrieb machen würde, wäre der Motor im Durchmesser größer und ich könnte nicht zwei Gänge nehmen. Aber da muss ich mal genauer überlegen. Ich rede gerade mit meinem Kumpel. Der fährt Rennen mit einem 34PS-Kart und kennt sich gut aus.

Die Akkus sind auch das Problem. Sie sind einfach zuu teuer. Sie müssen eben zyklusfest sein und dann kommen eigentlich nicht sehr viele Akkus in Frage. Da sind DIE schon recht günstig, aber eben trotzdem teuer :D Und zudem haben dien ur 3,2V. Für 20min fahren bräuchte ich etwa 12 von denen :)
Ich denke, allein für die Akkus werde ich schon 400€ oder mehr ausgeben müssen. Ich will ja nicht nur 5min fahren :D

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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 18.11.2012 - 17:16 Uhr  ·  #15
Ich habe gerade mehrere Akkus und Akkutypen bei einigen Anbietern verglichen. LiFePO4 Akkus sind da die günstigsten und die besten. Für 450€ bekomme ich eine Akkuenergie von 1344Wh. Je nach Fahrstil könnte das 16min reichen.
Das sind die Akkus. Mit 8 Akkus für 500€ bekäme ich eine Kapazität von 1536Wh und eine Fahrzeit von grob 18min.

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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 19.11.2012 - 18:12 Uhr  ·  #16
Aber wie kann ich das generell jetzt angeben? Die Flussdichte einfach mit 3,5 multiplizieren, wenn ich beide Scheiben mit Magneten bestücken möchte.
Ich werde jetzt auf jeden Fall ein Getriebe mit einplanen. Es kann durchaus sein, dass die Untersetzung noch höher als 3 wird, da dies von vorhandenen Ritzeln abhängig ist. Daran werde ich mich auch orientieren.
Mit den Akkus weiß ich noch nicht ganz. Diese LiFePYO4 sind zwar sehr gut und auch sehr günstig, aber haben sehr wenig Spannung. Kennt ihr vielleicht Akkutypen, die nicht sehr teuer sind und diesen Zyklen standhalten?

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Dani
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 19.11.2012 - 18:19 Uhr  ·  #17
du kannst die Flussdichte nicht einfach verdreifachen...irgendwo bei 1,6 Tesla ist eh schluss...mnehr kann das Eisen gar nicht aufnehmen...weils Eisenpulver ist sogar noch weniger. Daher lohnt das ganze nur mit einer Magnetschiebe um eben Magnete zu sparen oder aber wenn du Ferritmagnete verwendest- bei letzterem kannst du dann acuh mit 2 Magnetscheiben bauen und der effekt wird am größten.

Gruß
MAx
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 19.11.2012 - 20:03 Uhr  ·  #18
Ich möchte aber trotzdem Neodym und beidseitig verwenden, da der Generator dann kleiner wird. Soll ich die Flussdichte dann bis 1,2T maximal gehen lassen und die Wicklungszahl durch 3,5 teilen?- Kommt ja aber eigentlich auf's gleiche raus :D

Gruß
Dani
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 19.11.2012 - 20:38 Uhr  ·  #19
Dani, ich kann dir nur das sagen was ich weiß...zwei Neodymscheiben werden dir nur wenig mehr bringen als eine...
Das letzte Mal hast du wie ein Irrer geknausert als es um die Magnete ging und nun willst du unbedingt mehr verbauen als nötig...ok...

Ich kann dir nicht sagen wie hoch die Flussdichte gehen wird, ich kann dir nur sagen dass es bei dem Pulver nicht der Hit sein wird. Der Effekt wird auf jeden Fall kleiner. Ich würde es mit einer scheibe machen und die andere leer lassen, daraus ziehst du den größten Nutzen im Verhältnis zum Materialpreis.
danile
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Re: Scheibenmotor für Kart

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Gepostet: 19.11.2012 - 20:45 Uhr  ·  #20
Okay... mit was kann ich dann ungefähr rechnen?

Gruß
Dani
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