LRK-Motor als Generator

[andreas]

Hallo Allerseits,

vor einiger Zeit lief mir ein Druckermotor zu, der normalerweise mit Drehstrom bei einigen tausend Touren betrieben wird. Der Betrieb als Generator lieferte (wie zu erwarten war) nur recht geringe Spannungen bei kleinen Drehzahlen, zeigte aber ein hohes Losbrechmoment bei relativ geringem Laufdrehmoment. Angeregt durch diverse Modellbauseiten mit Eigenbau-Motoren, habe ich den Motor zerlegt und bin beim Umbauen.

Der Stator hat 12 Nuten, 6 davon habe ich gegenläufig mit drei Phasen bewickelt. Der Gummimagnet in der Rotorglocke mußte weichen, dafür kamen 14 Magnetpole aus je 2 Neodym 15x4x4 mm nebeneinander rein.

Mal sehen, ob so etwas auch als Generator taugt...

MfG. Andreas

[andreas]

Heute wurde der Rotor fertig. Die halbfertigen Zutaten:

lrk-motor1.jpg (12.88 KiB) 11258-mal betrachtet

Das ist links oben ein Rest vom originalen Gummimagnet, rechts davon die Rotorglocke mit noch lose eingelegten Neodyms, darunter das Lager und daneben der noch nicht fertig bewickelte Stator.

Heute habe ich im Baumarkt die kleinste Leistengröße erworben, 5x5x900 mm in Kiefer, astrein. Mit Ständerbohrmaschine und Fräser habe ich einen mm auf einer Seite abgetragen, da meine Magnete nur 4 mm dick sind. Der drehbare Bohrtisch mit Gradeinteilung erlaubte dann das zweiseitige Abtragen von etwa 8 Grad an Material, so daß eine 4 mm hohe Trapezleiste entstand, die dann Stück für Stück so angepaßt wurde, daß sie als Füllstück zwischen die Magnete paßt.

Ohne solche sauber passenden Füllstücke sind die Magnete niemals dicht nebeneinander zu bekommen, weil ich ja hier jeweils aus zwei gleichpoligen Magneten (die sich heftig abstoßen) eine Magnetfläche zusammenbaue. Die Montage ist auch mit solchen Teilen immer noch knifflig genug...

Trapezleiste in einige 15-mm-Stücke zersägt und die Einzelstücke auf Breite vermessen. Die ersten drei vom Leistenende können weg, bei so billigen Fertigungsmethoden sind die Enden nie so glatt wie die Leiste auf der mittleren Länge. 14 Füllstücke in den Rotor eingesetzt, gehen schön straff rein.

Der schwierigste Posten kam nun: Umsortieren der Magnete. Vorher hatte sich je ein N-Magnet an einen S-Partner geklammert, die mußten auseinander und jeweils gleiche Polaritäten zusammen gebracht werden. Also ein Füllstück gezogen, unter Gegendruck mit dem Daumen von innen (sonst hauen die Magneten ab, drehen sich wild und klammern sich erneut) in die Lücke unten einen passenen Bohrerschaft (hier: 3,5 mm) gesteckt. N und S daneben mit der Edelstahlpinzette auseinander gedrückt, diese nach innen gekantet und den Bohrerschaft von oben in die neue Lücke eingesetzt. Pinzette raus, Bohrer nach innen gekantet (so bringt er über die inneren Magnetkanten viel Platz in der Lücke), Füllstück von oben reingeschoben, Bohrer raus. Man muß anfangs ein wenig üben, aber es geht so ganz gut. Fertig sieht es dann so aus:

lrk-motor2.jpg (11.7 KiB) 11257-mal betrachtet

Hier ist auch der Distanzring am Glockenboden noch zu sehen, ein Stück Schutzleiter mit 4 mm Durchmesser paßte genau rein, er wurde vor dem Verkleben entfernt. Inzwischen sind zwei Runden Sekundenkleber in die Lücken zwischen Magnete und Glocke eingebracht, das Ganze nun zu einem ordentlichen Rotor verklebt.

MfG. Andreas

[jb79]

Soll das eine Phase sein oder sind in dem Zustand schon 2 Phasen drauf?
Um den Wickelraum besser auszunutzen kannst du ja mal das 12N14Pv Wickelschema probieren, da werden vermutlich etwas höhere Spannungen auftreten.

[andreas]

Hallo Jürgen,

im Bild waren gerade zwei Phasen drauf, inzwischen sind es drei. Ich versuche zunächst die simple Bewicklung als Basis.

MfG. Andreas

[andreas]

Hallo Allerseits,

Der Rotor ist doch noch nicht fertig. Für die 4-mm-Magnete ist der magnetische Rückschluß durch die nur 1 mm dicke Rotorglocke viel zu schwach, denn die Glocke läßt sich außen an beliebige Eisenteile anhängen und fällt dann nicht herunter. Von einem letztens zerlegten größeren Trafo sind noch 0,4er E-I-Bleche übrig. Die I-Bleche sollten, passend gebogen und auf Länge geschnitten, den Umfang der Glocke mit einigen Lagen verstärken können. Perfekt wäre es, wenn dann außen nicht mal mehr eine Büroklammer kleben bleibt...

Nun mal alles probehalber zusammengesteckt, auseinander geht es dann nicht mehr so leicht. Man braucht das Lager im Schraubstock und den groben Handgriff zum Abziehen des Rotors. Trotz der hohen Gesamtkraft der Magnete ist die Rastung relativ gering und mit erstaunlich vielen Schritten zu bemerken, es dreht sich fast wie ein Schrittmotor durch. Irgendwie hat diese Paarung aus Nuten und Magnetpolen was für sich, scheint eine gute Kombination zu sein...

MfG. Andreas

[Bernd]

Hallo andreas, welchen Durchmesser hat denn dein Generator ? Ich kann mir die Grösse schlecht vorstellen.
Hat es eine besondere Bewandnis weshalb du ausgerechnet 14 Magnete bei 12 Spulen verwendest hast ?
Ich meine von der Logik her sollten es ja eigentlich 16 Magnetpole bei 12 Spulen sein.
Aber vielleicht bist du ja auch gar nicht auf 3 Phasen aus. ?

Grüsse

Bernd

[andreas]

Hallo Bernd,

die Rotorglocke hat als Durchmesser 61 mm außen und 59 mm innen. Sie ist außen 20 mm hoch, innen also 19. Das Blechpaket hat einen Durchmesser von 50,5 mm und eine Höhe von 11 mm, es besteht aus 22 Blechen mit 12 Nuten.

Die Anzahl der Nuten und Magnete habe ich 1:1 vom Lrk-Motor übernommen. Das ist so eine spezielle Ausführung, welche trotz hoher Antriebsfrequenz bei geringer Drehzahl ein hohes Drehmoment erzeugt und damit das übliches Getriebe erspart. Und da sich fast alle elektromagnetischen Effekte auch umgekehrt nutzen lassen, wollte ich mal wissen, wie so eine Konstruktion als Generator läuft.

Natürlich ist das ein Dreiphasengenerator, aber mit etwas anderen Parametern. Da wirkt das Drehfeld in umgekehrter Richtung auf die Spulen, hat insofern ein etwas ungewohntes Tempo.

MfG. Andreas

[jb79]

@Bernd: Das mit den 12 Spulen und 14 Magneten ist eine bei bürstenlosen Motoren im Modellbau häufig auftretende Kombination, die LRK Konstruktion läßt sogar noch jede 2 Nut aus, womit man nur noch 6 Spulen (jeweils 2 in Serie) hat. Im Motorbetrieb sind dabei noch sehr niedrige Windungszahlen mit entsprechenden Drahtstärken zum Einsatz, das können wir aber nicht brauchen, da die Drehzahlen ca. um den Faktor 100 niedriger liegen.

Ich denke daß das LRK Prinzip hier nicht zielführend ist, lasse mich aber gerne eines Besseren belehren.

[Bernd]

Oh das ist der Motor ja doch kleiner als ich angenommen hätte.
Bin mal gespannt was der am Ende so für Werte hat.

Grüsse

Bernd

[andreas]

Hallo Bernd,

die Glocke ist mit zwei Schichten Trafoblech verstärkt worden, nun bleibt außen nichts mehr daran hängen. Erste Messungen mit Schrauberantrieb zeigen 1,5 V oder gut 5 A für eine Phase. Daran sind nur 64 Windungen beteiligt, je zur Hälfte auf die gegenüber liegenden Polschuhe gewickelt.

Und noch ein bißchen gemessen... Die Wicklung einer Phase hat 0,17 Ohm, das sind 64 Windungen mit 0,75 CuL. Am Oscar zeigt sich ein guter und gleichmäßiger Sinus. Für etwas mehr Spannung sollte ich wohl doch etwas dünneren Draht verwenden und deutlich mehr Windungen raufsetzen.

MfG. Andreas