Brushless Motor als Generator

[andreas]

Hallo Allerseits,

im Laufe der Zeit haben sich hier einige Motore aus Druckern und Kopierern angesammelt. Das sind alles Glockenläufer mit eingesetzen mehrpoligen Magnetringen. Innen gibt es einen klassisch geblechten und genuteten Stator mit meist 12 Wicklungen aus recht dickem Draht. Die Betriebsspannung für die immer angebaute Elektronik ist stets 24 V; die Motorleistungen bewegen sich zwischen 15 und 50 W, die Nenndrehzahlen sind drei- bis vierstellig, oft umschaltbar oder stufenlos variabel. Diese Motore sind immer Drehstromausführungen, die zugehörige Elektronik erzeugt den Drehstrom dazu. Zur Umnutzung als Generator muss man lediglich wenigstens zwei Kontakte der Wicklung zur Elektronik unterbrechen und die Wicklung direkt an einen Gleichrichter anschließen.

Die so zu erreichenden Spannungen und Ströme bewegen sich gewöhnlich im einstelligen Bereich, mal etwa 500 U/min als Schrauberdrehzahl an der Welle angesetzt. Selbst für ein Horizontalwindrad ist das etwas knapp. Also ist eine Neubewicklung des Stators notwendig. Dazu muss man an den Stator ran, was häufig schwierig ist. Das hat allein mechanische Gründe, denn so ein Motor ist aus Kostengründen meist schlicht zusammengepresst, eine Zerlegung nicht vorgesehen.

Mit etwas Glück erwischt man eine Ausführung mit gegossenem Flansch, wo man einen Zwei-Klauen-Abzieher ansetzen und nach Entfernen eines Sicherungsrings mit der passenden Zange auf der Abtriebsseite der Welle selbige unter leichtem Knarren durch die Lager drücken kann. Die Glocke samt Welle wird dabei frei, der Stator zum Umbau zugänglich. Einer Neubewicklung steht damit nichts im Wege. Es empfiehlt sich, dann auch die angebaute Elektronik zu entfernen und eine Eigenbau-Leiterkarte anzufertigen, welche allein die Kontaktierung der Wicklung sowie ggf. eine optionale Gleichrichtung erledigt und die Schraubklemmen für die Zuleitung enthält.

Für die heute meist üblichen Motore mit an den Lagerbock geschraubten oder genieteten Blechflansch sieht es viel schlechter aus. Der Abzieher findet dort keinen festen Halt, der Druck auf die Welle verbiegt nur den Blechflansch. Wie zerlegt man solche Ausführungen schadlos? Das auch mögliche Durchdrücken der Welle durch die Glocke möchte ich gern vermeiden, da über diese Verbindung die gesamte Leistung laufen muss. Aus- und Eindrücken macht diese wichtige Verbindung nicht besser.

Wesentlich für das Anlaufmoment solcher Teile im Windbetrieb ist übrigens die Form der Ankerköpfe. Sind deren Kanten (also zum nächsten Kopf) ein wenig angeschrägt, so verringert sich das Rastmoment ganz erheblich, gefühlsmäßig etwa auf ein Zehntel.

MfG. Andreas

[Manfred]

Hallo Andreas,

ein Modellbaukollege hat mit diesen Motörchen folgendes gemacht. In einen runden Aluminiumkörper hat er 4 gleiche Bohrungen auf dem gleichen Radius eingebracht. In diesen Bohrungen stecken die 4 Motörchen. In der Mitte war das grosse Zahnrad als zentraler Antrieb für die kleinen Zahnräder der 4 Motore. Mit diesem Trick hat er ordentlich Drehzahl auf die 4 Motore bekommen.
Die Lebendauer dieser Konfiguration ist unbekannt.

Grüsse
Manfred

[andreas]

Hallo Manfred,

so viele baugleiche Motore sind es hier nun wieder nicht, als dass man ein Bündel draus machen könnte - zumal man ja auch das dazu passende erste Getrieberad braucht. Weitere Motore werden hier eher nicht hinzukommen, denn aus der Branche bin ich inzwischen raus. Nidec gibt übrigens als Hersteller für seine Motore dieser Leistungsklasse typisch 5000 Stunden Lebensdauer an, beim Einsatz in Drucker und Kopierer. Beim Direktantrieb mit (fast) symmetrischer und eher geringer mittlerer Belastung sollte das schon ein wenig mehr sein.

So einen leicht geöffneten Motor werde ich mal umwickeln. Pro Polschuh habe ich 27 Windungen 0,7 CuL gezählt. In 0,5 CuL sollten ein paar mehr drauf gehen, zumal der Wickelraum vorher nicht ausgenutzt wurde. Eine weitere Steigerung würde sicherlich der Umbau auf Neodymmagnete in der Glocke mit verstärktem Rückschluß bringen, aber solche Magnete habe ich nicht vorrätig.

MfG. Andreas

[andreas]

Hallo Allerseits,

der inzwischen abgewickelte Stator war anders als gewohnt bewickelt. Auf zwei nebeneinander liegenden Zähnen war jeweils die selbe Phase aufgebracht. Allerdings mit pro Zahn umgekehrtem Wickelsinn. Das hatte ich schon mal irgendwo gelesen... Flugs den Magneten in der Glocke mit einem kleinen Magneten abgetastet, er hat nur zehn Pole! Nun wusste ich, woran ich war - ein LRK-Motor. Diese Kombination war mir bislang nur aus dem Modellbau bekannt - offenbar nutzen das auch kommerzielle Hersteller anderer Technik. Aber so ganz korrekt nach Schema war der Motor scheinbar nicht gewickelt. Bei Neubewickeln werde ich mich an das gebotene Wickelschema halten.

Die ungleiche Kombination von Zähnen und Polen bringt offenbar auch einen Teil an der geringen Rastung, neben angeschrägten Zahnköpfen und leicht gewundenem Statorpaket. Mal sehen, was nach Neubewicklung herauskommt.

MfG. Andreas

[andreas]

Hallo Allerseits,

die ersten Zähne sind neu bewickelt, es passen gerade so 50 Windungen 0,5 CuL auf jeden Zahn. Mit neuem Draht geht das sicherlich besser, aber ich habe die Reste einer alten LS-Drossel nachgenutzt. Dort ist der Draht durch Tränklack- und Isolierreste ein wenig dicker und natürlich auch nicht mehr wirklich glatt. Das Wickeln von Hand ist naturgemäß etwas mühsam, mit einem Zahn nach Feierabend habe ich meist genug und verschiebe den Rest auf den nächsten Abend...

Wenn alles fertig ist, hat es 200 Windungen pro Phase, womit sich ein nutzbarer Spannungsbereich ergeben dürfte. Aufgrund des speziellen LRK-Aufbaus und weiterer Maßnahmen ist das Rastmoment sehr gering, aber eine Messung steht noch aus. Der Rotor rastet 60mal pro Umdrehung, das aber kaum merklich. Daran haben sicher auch die schwachen Originalmagnete in der Glocke einen Anteil. Trotz viel Eisen ist so ein Generator also dennoch Windrad-tauglich.

Vor einiger Zeit habe ich schon mal einen solchen (etwas kleineren) Motor umgebaut, was allerdings mechanisch nicht zur Zufriedenheit verlief. Die Glocke nahm beim mehrfachen Ab- und Aufdrücken Schaden und läuft nicht mehr rund. Dort hatte ich Neodym-Magnete eingebaut und eine recht harte Rastung (stärker als beim Schrittmotor) bekommen, aber ebenfalls in sehr vielen Schritten pro Umdrehung.

MfG. Andreas

[Ekofun]

Hallo Andreas,

vileicht könnte Ihnen in Zukunft bei umwickeln Diese Formel helfen,ich nehme diese Motor als Beispiel:

Also er hat 27 Windungen und Drahtdicke ist 0,7mm.Man soll jetzt schätzen z B. 55 Windungen.

DAnn 27 Windungen / 55 Windungen = 0,490909.Dann Wurzel aus 0,490909 ist 0,7006489.Und 0,7006489 * 0,7(Alte Drahtdicke) = 0,49.Also neue Draht soll 0,49mm dick sein.Bedeutet haben wir zu viel Windungen genommen.Machen nochmal und nehmen jetzt 49 Windungen.

27Wdg / 49 Wdg = 0,551,wurzel aus 0,551 = 0,7423, und 0,7423 * 0,7mm = 0,519mm.Neue Drahtdicke ist 0,519mm und 49 Wdg.

Also Formel lautet so:
Wurzel (aus alte Windungszahl / neue Windungszahl) * alte Drahtdicke ist neue Drahtdicke.

Das hat mir geholfen bei Umwickeln vom Drehstrommotoren die als Geni fungieren sollten.

Grüße

Ekofun

[andreas]

Hallo Ekofun,

vielen Dank für diesen Tip. Ich denke, dass der zu den Generator-Grundlagen gehört. Wenn diese Berechnung dort noch nicht zu finden ist, sollte sie unbedingt dort mit rein.

MfG. Andreas

[andreas]

Hallo Allerseits,

die langweilige Wickelei des Stators war am Freitag endlich beendet. Als Träger für die Wicklungsanschlüsse, Gleichrichter und die Anschlussleiste habe ich dann eine Leiterkarte angefertigt. Als mechanisches Muster diente die originale Leiterkarte des Motors. Aufgrund der geringen Schwierigkeit ist die Karte nur geritzt, zweiseitig aber dennoch ein wenig aufwendig. Das Vermessen der Karte habe ich leider versäumt, sie also nach dem Bohren und Putzen gleich lackiert. Nach Verlöten der Wicklungen und Anschlüsse kam die Karte auf den Flansch und der Glocken-Rotor dazu. Schon beim ersten Durchdrehen fiel auf, dass die Glocke viel zu schwer läuft und ruckelt. Normalerweise läuft die fast widerstandslos durch.

Also Widerstände und Induktivitäten der Wicklungen vermessen. Dabei gab es deutliche Unterschiede der drei Phasen. So kleine Wicklungswiderstände sind mit dem Multimeter kaum genau zu messen, die bewegen sich nur im letzten Digit des kleinsten Widerstandsbereiches. Bei der Induktivität waren die Unterschiede wesentlich deutlicher. Eine Phase hatte eigentlich gar keine Induktivität, die beiden anderen schon, um ein halbes mH.

Alles wieder zerlegt, die Wicklungen einzeln vermessen. Auf der defekten Phase sind beide Teilwicklungen (je zwei Zähne) hinüber, vermutlich jeweils ein Kurzschluss in der Wicklung. Eine Teilwicklung (zwei Zähne) herunter genommen, sie ist 5,60 m lang. Bei den so gewickelten 100 Windungen liegt die mittlere Windungslänge also bei 5,6 cm. Diese Phase darf ich neu wickeln.

Parallel dazu noch die Leiterkarte überprüft, auch sie hatte auf einer Seite zwei Schlüsse zwischen zwei Phasen gegen Masse. Nach dem Vertiefen der entsprechenden Ritzen waren diese unerwünschten Verbindungen verschwunden.

Fazit: Mit rechtzeitigem kritischen Messen aller Teile wäre das nicht passiert. Um das Neuwickeln von vier Zähnen komme ich dennoch nicht herum.

MfG. Andreas

[Bernd]

Hallo Andreas,
ich kann mir überhaupt nicht vorstellen was du da machst und vor allen wie die Teile aussehen.
Hast du evtl. mal ein paar Fotos die die Bauteile zeigen ?

Grüsse

Bernd

[andreas]

Hallo Bernd,

vor der Montage habe ich auch ein paar Bilder gemacht. Das ist der Flansch, welcher Rotor und Stator sowie die Leiterkarte trägt. Wie man sieht, ist der einteilig und massiv. Man kann dort problemlos einen Zweiklauenabzieher ansetzen und die Welle aus der Lagerung drücken.

LRK-Flansch.jpg (19.35 KiB) 14045-mal betrachtet

Das ist die Leiterkarte von der Oberseite. Die Kreissegmente nehmen die Spulenanschlüsse auf. Vorn (außerhalb der Glocke) ist Platz für eine Anschlussleiste. Auf der Unterseite sieht sie ebenso aus, hat aber noch ein paar zusätzliche Abschnitte, wo die Gleichrichterdioden verlötet werden.

LRK-Leiterkarte-v.jpg (20.59 KiB) 14045-mal betrachtet

Auf die Leiterkarte wird der Stator gelötet, beide Teile sind dann gemeinsam auf dem Flansch zu verschrauben.

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Zum Schluss wird die Glocke mit Welle montiert und das äußere Lager wieder eingedrückt.

LRK-Rotor.jpg (13.98 KiB) 14045-mal betrachtet

Das ganze Gerät ist nicht eben groß; die Glocke hat 60 mm Durchmesser und ist 33 mm hoch. Als Motor war das Teil für 24 V und 27 W ausgelegt. Die Nenndrehzahl betrug etwa 1600 Umdrehungen, aber die ist ja nur von der Ansteuerung abhängig.

MfG. Andreas