Drehstromgenerator aus E-Rollstuhl

[Bernd]

Hallo Leute

Bei Ebay hatte ich mir vor einigen Tagen zwei Räder eines elektrisch angetriebenen Rollstuhls ersteigert.
Die beiden Rädern haben 24 Zoll und besitzen in der Nabe einen Drehstrommotor, der über ein Planetengetriebe
das Rad antreibt.
Die Nenndrehzahl dieser Räder liegt überaus niedrig bei etwa 60 U/min. Die Technik stammt von einen
deutschen Hersteller und ist neu alles andere als günstig zu erwerben. Ich las von Neupreisen mit Steuerelektronik
und Joystick von ca. 2500 Euro. Meine Version ist aber sicher schon einige Jahre alt und ohne Elektronik;
ich besitze nur die beiden Räder.
Heute habe ich einen der beiden Motoren/Generatoren geöffnet wobei mir zunächst ein sehr solide mechanische
Konstruktion auffiel. Das Planetengetriebe habe ich noch nicht geöffnet, um ehrlich zu sein weil mir noch nicht ganz
klar ist was ich noch alles lösen muss um dahin zu gelangen.
Wie gesagt scheint alles sehr massiv aus Vollmaterial gefräst zu sein und wirkt sehr robust und sauber verarbeitet.

Sehr interessant finde ich den Aufbau mit Ferritkernspulen (!!), genau wie ich es für den Bau eines Generators
auch schon mal vorgeschlagen hatte. Ferritkernspulen sollten die magnetischen Wirbelstromverluste, die den
Wirkungsgrad des Rotors normalerweise schmälern, deutlich vermindern.
Der Stator besitzt 36 Nutzen und auf dem Rotor sitzen 8 recht dünne und im Kreisradius gebogene Magneten.
Ein Magnet ist so breit, das er genau 4 Nuten überdecken kann.
Mit Kupfer hat man auch nicht gerade gespart, aus den Nutzen quellen Unmengen von (dort nutzlosen) Kupfer heraus.

Das Planetengetriebe hat eine Übersetzung von 1 : 28 was zu den ausgeprägten Niedrigdrehzahl Eigenschaften führt.
Eine erste ganz ganz grobe Messung ergab zwischen zwei Phasen ca. 12 Volt bei 30 U/min. Da es Drehstrom ist
erhöht sich die Spannung um den Faktor 1,7 nach der Gleichrichtung der drei Phasen, das macht dann effektiv ca.
20V bei 30U/min.
Das nötige Drehmoment um diesen Generator im Leerlauf durchzudrehen ist erwartungsgemäß sehr hoch, ich konnte
es noch nicht messmässig erfassen, aber es dürfte geschätzt bei mind. 1Nm oder noch höher liegen.













Grüsse

Bernd

[jb79]

Da hast du dir ja wieder was Schönes geschossen Bernd!

Wenn das Teil soviel Drehmoment braucht und eine so niedrige Drehzahl dann muß da wohl ein Monster-Rotor mit mind. 2m Durchmesser dran, dann wird das schon was. Ohne das Getriebe wirds wohl nicht gehen, dann lägen die Drehzahlen für 12V schon bei 840U/min.

[Andre]

Hallo Bernd,

danke für deinen Beitrag und den Test und die Bilder vom E-Motor für den Rollstuhl.
Es scheint sich immer mehr zu bestätigen das uns nur ein eisenloser permanenterregter Generator wirklich nach vorne bringen kann.
Leider sind eben selbst die getriebeübersetzen Motoren mit einem sehr hohen Leerlaufdrehmoment behaltet, trotz der hier eingesetzten Ferritkernspulen.
Uns wird schon noch der richtige über den Weg laufen oder fahren .

Gruss
Andre

[Menelaos]

Ich will ja nicht schon wieder darauf herumreiten aber wenn man hier so die Daten hört ...Anlaufdrehmoment 1 Nm...dann fällt mir wieder ein übersetzter Motor als Generator ein. Nur mal so als beispiel weil ich es gerade wieder nachgemessen habe...

Mein Scootermotor mit Riemenübersetzung 1:10 beginnt bei etwa 150 UPM an der Repellerwelle zu laden. Inklusive Lagerverluste und denen durch die Übersetzung benötigt er ein Anlaufdrehmoment von knapp 0,27 Nm. Mit einer Übersetzung der mehr als dreifachen Größe (und da fallen die Lagerverluste dann noch geringer aus) komme ich also auch auf 1 Nm. Die maximale Dauerleistung ist 150 Watt, kurzzeitig aber auch 200 Watt kein Problem.

Das ganze gebilde inklusive Riemen und Üvbersetzung kostet knapp 70 Euro, der Generator ist immer wieder einfach zu beschaffen wenn mal Erstz notwendig ist und robust ist das ganze allemal...

Es wird schwierig für Leute, einen ANchbau zu fertigen wenn die benötigten Teilke immer nur kurz im Angebot sind und dann wieder sau teuer...und kaum einer kann sich Opas Rollstuhl vornehmen...Man muss also etwas universelleres als Generatorlösung finden, es muss ja kein Scootermotor sein aber doch irgendwas was sich immer weider relativ leicht und preiswert beschaffen lässt.

Gruß
Max

[Wind_Stefan]

Hallo Max,

nichts gegen deinen scootermotor , ich habe mir das aber auch mal durchgerechnet. Du schreibst der scootermotor bennötigt ca. 1500UPM um ladespannung für eine batterie zu liefern. Die leistung die er erbringen kann ist ca. 150-200 watt. Ausgehend von den daten des generators müsste der C- Rotor etwa die fläche 1,5 quadratmetern oder mehr haben. Gehen wir mal von einem durchmesser: 1m, höhe: 1,5m aus um bei 10m/s wind die besagten 150-200watt zu erbringen bei einem wirkungsgrad von gut geschätzten 20-25%.
Wenn wir bei 3m/s wind die ladesapannung von 1500UPM erreichen wollen müssten wir nach unseren bisherigen erkenntnissen mit einer übersetzung von:
3m/s x 60 = 180
Rotorumfang: 1m x 3.14 = 3,14m
Die 180 / 3,14m = 57UPM bei einer schnelllaufzahl von 1 was ja leider bei unserem Rotor nicht ganz zutrifft. Die Schnelllaufzahl beträgt wahrscheinlich mit generatorbelastung 0,6 - 0,65. Genaueres muss erst noch ermittelt werden.
Somit 57UPM x 0.60 = 34,2UPM
Wenn ich jetzt deine 1500UPM durch die 34,2UPM teile komme ich auf eine übersetzung von ca. 1:44 .
Hört sich zwar viel an ist aber machbar. Das problem ist es jetzt passende zahnräder (sehr starke geräuschentwicklung) oder riemenscheiben mit dem passenden durchmesser zu finden.
Gehen wir mal vom kleinen rad von 20mm durchmesser aus, was schon sehr klein gewählt ist, so müsste das treibende rad einen durchmesser von 880mm haben um eine übersetzung von 1:44 zu gewährleisten.
Hoffe ich habe mich nicht verrechnet.

Sonst finde ich deine ausführung bezüglich des nachbaus schon sehr wichtig, das leute die solch ein windrad nachbauen wollen auf bestehende und leicht zu beschaffende generatorlösungen zurückgreifen können. Das wird aber wohl das große problem bleiben.
Wie Andre es schon anmerkte werden wir wohl nicht um einen eisenlosen permanenterregten Generator herumkommen.

Gruß Stefan

[Bernd]

@ Andre
Ich freue mich Andre das du genau das erkannt hast, was mir auch durch den Kopf ging, nämlich das
auch Ferrit nicht das Allheilmittel zu sein scheint. Ich muss allerdings sagen, das sich der Motor OHNE
das 1:28 Getriebe doch wesentlich leichter dreht als z.B. der Nine Continent Motor. Wenn man den
E-Fix Motor einmal anschubbst, dreht er sogar noch ein wenig weiter bevor er stehen bleibt.
Ich werde mal genauere Drehmonentangaben ermitteln.
Mir gefällt die Idee des Baus eines eisenlosen Generators auch immer besser.

@ Max
Nicht alles was ich hier zeige Max erhebt den Amspruch darauf "unbedingt nachbaubar" sein zu müssen oder zu wollen.
Manchmal nehme ich mir die Freiheit einfach Dinge zu zeigen mit denen ich gerade experimentiere oder
die mich gerade beschäftigen. Ich finde das auch gut so, denn es regt Interesse und Ideenvielfalt an, oder
wie in diesem Fall, bringt es einem Erkenntnisse und Erfahrungen über die Auswirkungen des mechanischen/magnetischen
Aufbaus eines Generators.
Ein Forum in dem nach Möglichkeit ausschliesslich "nur Bauanleitungen von Mitgliedern mit langjährigen, selbst
gemachten Erfahrungen (O-Text)" gezeigt werden sollen, gibt es ja schon anderweitig, weswegen wir unter anderen
genau dieses Forum hier gegründet haben. Hier darf alles gezeigt werden, ausser grosse Kugellager, aber das
ist wieder eine andere Geschichte.

Ich habe für jeden dieser sehr hochwertigen, bürstenlosen Motoren mit ihrem vorgesetzten Planetengetriebe 35 Euro bezahlt.
Da kann ein Scootermotor nie mithalten, aber darum ging es mir überhaupt nicht.

Übrigens finde ich den Waschmaschinenmotor (bei vergleichbaren Wirkungsgrad zum Scootermotor) als die bessere
Alternative, zumindest nach dem was ich mir bisher so zusammen reimen konnte. Leider fehlen da noch einige
Erfahrungsberichte. Ich hoffe da werden bald einige folgen.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Noch ein Nachtrag, habe gerade mal genauer die Daten erfasst, also :

Anlaufmoment ca. 1,5 Nm
Übersetzung = 1 : 28
Spannung bei 30 U/min = ca. 12,5 V (gemessen hinter Drehstrombrückengleichrichter)
Spannung bei 60 U/min = ca. 25 V (gemessen hinter Drehstrombrückengleichrichter)
Eine 35Watt Halogenlampe kann man mit einer sehr kräftigen gut halben Umdrehung zum
Durchbrennen bringen.
geschätzte max. Dauerleistung = ca. 250 Watt bei 60 - 100 U/min
Auffallend ist, das subjektiv empfunden der Drehwiderstand nicht so stark zunimmt wie
erwartet wenn man den Generator mit einer Halogenlampe belastet. Oberhalb der Überwindung des
Leerlaufmoments könnte der elektrische Wirkungsgrad recht gut sein.

Zusammengefasst handelt es sich um einen Generator für extrem niedrige Drehzahlen,
wie sie bei einem C- Rotor erst ab ca. 2,5m aufwärts derart langsam anliegen würden..
Das Anlaufmoment ist sehr hoch, allerdings ist das auch logisch bei einem Generator
der bei knapp mehr als 1 U/Sekunde schon seine max. Leistung zur Verfügung stellt.
Für Anwendungen mit sehr langsamen Drehzahlen wie z.B. grosser Canstein mit geringer
Flügelhöhe oder auch Wasserkraftanwendungen ist das Ding aufgrund seines hochwertigen
Aufbaus sicher sehr interessant.

Noch was:
Bei meinem Heinzmann Generator und auch bei diesem E-Fix Generator ist ein deutliches
Getriebegeräusch zu vernehmen. Nicht weil die Getriebe ausgeleiert wären, sondern ich schätze
das das eben so ist bei so hohen Übersetzungen. Es wäre zu testen wie nervig das bei einem Windrad
im Garten ist. Für eine "auf Dach" Montage scheidet sowas jedenfalls aus.

Grüsse

Bernd

[Wind_Stefan]

Hallo Bernd,

Noch was:
Bei meinem Heinzmann Generator und auch bei diesem E-Fix Generator ist ein deutliches
Getriebegeräusch zu vernehmen. Nicht weil die Getriebe ausgeleiert wären, sondern ich schätze
das das eben so ist bei so hohen Übersetzungen. Es wäre zu testen wie nervig das bei einem Windrad
im Garten ist. Für eine "auf Dach" Montage scheidet sowas jedenfalls aus.

Da ich im moment wieder etwas zeit habe baue ich meinen C- Rotor, den ich hier http://www.kleinwindanlagen.de/Forum/phpBB2/viewtopic.php?t=1508&postdays=0&postorder=asc&start=50 im Kleinwindradforum eimal vorgestellt hatte, gerade um. (Im unteren teil des thread).
Und zwar auf die erkenntnisse die man hier http://www.daswindrad.de/forum/viewtopic.php?f=2&t=21 nachlesen kann. Gehört aber nicht hier her, werde bei gelegenheit in einem neuen thread genauer davon berichten.
Im zuge des umbaus musste ich eine möglichkeit finden meinen selbstgebauten generator mit einer übersetzung von 1:15 bis 1:18 anzutreiben. Dazu habe ich mir eine übersetzung aus zwei zahnrädern gefertigt. Treibende zahnrad mit einer zähnezahl von 180 und treibendes mit 12 zähnen. Beim ersten testlauf ist mir dann auch das ernorme zahnradgeräusch aufgefallen. Das von meinem rotor der fast nur aus alublech besteht noch verstärkt wurde. Wie du schon angemerkt hast Bernd habe ich mir gedacht das kann man den nachbarn wirklich nicht zumuten zumal es bei steigender umdrehungszahl noch lauter wird.
Im moment experimentiere ich mit einem Poly-V riemen (Rippenband) der im verhältnis zum zahnrad fast geräuschlos ist. Leider erhöht sich der anfangsdrehmoment durch die reimenspannung deutlich, was bei der zahnradübersetzung nicht war.
Gruß
Stefan

[Bernd]

Hallo Stefan, es freut mich sehr das du weiter an deinem C- Rotor arbeitest.
Die Zahnradgeräusche sind tatsächlich sehr schade, zumal der Rest des Windrades doch nahezu
lautlos seine Arbeit verrichtet.
Interessant finde ich deine Erfahrungen das ein Zahnriemen doch schwergängiger ist als eine
Zahnradübersetzung. Im Auto findet man einen Zahnriemenantrieb, insbesondere bei den VWs,
häufig für den Nockenwellenantrieb. Wenn man den zu straff spannt, dann "jaulen" diese
Riemen deutlich hörbar. Langlebig sind sie auf jeden Fall und zumindest in der Grösse wie
sie im Auto verbaut sind, können diese Riemen auch hohe Leistungen übertragen.
Aus einem anderen Projekt habe ich auch noch zwei oder drei Zahnriemenscheiben aus Alu
samt zugehörigen Riemen. Allerdings erreiche ich damit keine hohen Übersetzungen, das müsste
dann evtl. zweistufig aufgebaut werden.

P.S. Sehe gerade das du wohl eher den Riementyp einsetzt, der z.B. oft die Lichtmaschinen
im Auto antreibt und auch in der Waschmaschine zu Einsatz kommt.
Man...... Waschmaschine..... da gebe ich mir selber das Zauberwort. Kann man die grosse
Riemenscheibe aus der Waschmaschine samt dem Riemen nicht gleich für unser Projekt nutzen ?
Übersetzung sollte ca. 1:10 sein. Nachteilig sicher das der Aufbau dann so seitlich asymetrisch
neben der Rotormitte raus ragt.

Grüsse

Bernd

[jb79]

Mit wieviel Wirkungsgradverlust muß man bei einem 2-stufigen Riemenantrieb gegenüber einem zweistufigen Getriebe rechnen?
Damits nicht so weit raussteht könnte man ja einen Riemensatz nach außen und dann einen zweiten wieder zur Mitte gehen lassen, somit wäre der Generator wieder schön mittig unter dem Windrad.