24N28P6530 fürs Fahrrad?

© Dr. Ralph Okon 01062006

Motorenseite

Von Dieter Melber habe ich für ein sehr spezielles Projekt einen dicken Stapel 24N Bleche mit 0,5mm Dicke und 65mm Durchmesser bekommen.
Die für die angestrebten 3cm Statorhöhe passenden Magneten der Maße 30x7x2,5mm in hochtemperaturfester "N44H" Ausführung habe ich bei neodymium gefunden.
Auf dem vorigen Bild unten ist Dieters Paketierhilfe zu sehen, die er mir netterweise vorübergehend Überlassen hat.
Um für später davon unabhängig zu werden habe ich mir nach dem gleichen Prinzip, wie ich es beim Croco erfolgreich nutze eine eigene Hilfe gebaut.
Auch beim Verkleben des Statorpaketes sowie dem Aufkleben der gefräßten Deckscheiben (auch vom Dieter) und dem Einlegen der Isopapierstreifen in die Nuten konnte ich reichlich auf meine Croco Bauerfahrungen zurückgreifen.
Der Motor sollte ein extremer Langsamläufer für 6S Betriebspannung=20V werden.
Daher habe ich mich entschieden, ihn als gruppenparallel geschalteten Motor aufzubauen.
Links das vereinfacht dargestellte Wickelschema. Im prinzip handelt es sich wicklungstechnisch um 2 parallelgeschaltete konventionelle 12N14P Motoren, die jedoch mit 28 Magnetpolen in der Glocke zusammenarbeiten müssen. Also insgesamt 24N28P.
Trotz der Gruppenparallelschaltung konnte ich den Motor für die angestrebte Zieldrehzahl aufgrund der großen Statorhöhe einlagig mit relativ dickem Draht auslegen.
Das Wickelschema lautet wie beim 12N14P:
AabBCcaABbcC.
damit werden die ersten 12 Nuten mit dem ersten Motor bewickelt.
Bei den restlichen 12 Nuten wird das ganze nochmal wiederholt:
AabBCcaABbcC.
insgesamt ergibt das:
AabBCcaABbcCAabBCcaABbcC
Hier ist die erste "Aa----aA" Phasenwicklung des ersten Motors testweise aufgewickelt.
Da mir die frei schwebenden Drähte zwischen den Zähnen im oberen Bild nicht gefallen haben und ich nicht unter Zeitdruck stand, habe ich dann lieber mit Aussensprung und Fädeln gearbeitet aber wieder im "Innen-Modus".
Das bedeutet: "A" von innen nach aussen; "a" auf dem nächsten Zahn von aussen nach innen; Sprung über 4 freie Nuten (für bB und Cc) und dann wieder "a" von innen nach aussen und "A" zurück.
fertig.
Leider wchselt bei den Phasen der Modus, sodaß die B-Phase dann "aussen" gewickelt werden muß.
Dafür ist "C" dann wieder "Innen"
Wenn man das 3x gemacht hat, ist der erste Teilmotor fertig.
Sofern man die Glocke bereits fertig hat, kann man ihn jetzt verschalten (ich habe mit Sternschaltung gearbeitet) und in Betrieb nehmen.
Wenn man keinen Wickelfehler gemacht hat, wird er einwandfrei laufen.
Gewickelt sind 10Windungen 0,9mm je Zahn.
Da dieser Draht 2x parallel zur Verfügung steht und der Motor im Stern verschaltet wurde, beträgt seine Strombelastbarkeit bis zu 55A
Wenn die nächsten 3 Drähte drauf sind, sieht es so aus.
Jetzt kann man den 2. Motor in Betrieb nehmen.
Man kann auch die A,B und C eingänge beider Motoren parallelschalten.
Auch die beiden Sternpunkte kann man verbinden oder nicht- wenn man sauber gearbeitet hat, ändert sich an den fließenden Strömen dabei absolut nichts.
Es ist schon ein gewaltiger Unterschied, das alles theoretisch vorher zu wissen oder es experimentell bestätigt zu bekommen!
Hier noch 2 Bilder von der sehr schön ausgeführten und dennoch völlig unkomplizierten Mechanik.
Der Glockenboden ist mit einem schicken Fräsmuster versehen.
Nochmal beide Motorteile vor dem Zusammenstecken.
Überflüssig zu betonen, dass dieser Motor für eine "Hinterspantmontage" vorgesehen ist.
Das Kampfgewicht des hochstabil und für Dauerlast ausgelegten Motors beträgt 971g.
Nochmal beide Motorteile vor dem Zusammenstecken.
Überflüssig zu betonen, dass dieser Motor für eine "Hinterspantmontage" vorgesehen ist.
Das Kampfgewicht des hochstabil und für Dauerlast ausgelegten Motors beträgt 971g.
Mittlerweile hat es Nachfolger gegeben.
Diese 3 sind mit 9Wd 1,06 einzelzahnbewickelt. Durch die Gruppenparallelsternschaltung ist der Motor so gut für über 60A. Die Verschaltung der Wicklungen wird auf einer Platine erfolgen.
Der nächste wird noch dickeren Draht bekommen. Hier ein Test mit 1,13er - das reicht dann für 70A und sollte auch dem Wirkungsgrad sehr zugute kommen.
wegen der extrem langsamen Auslegung der Motordrehzahl war eine Luftschraubenmessung nicht sinnvoll.
Aber das schon früher erfolgreich angewandte Bremsen der Motorglocke mit einem Handschuh erbrachte die für eine Wirkungsgradrechnung nötigen Belastungswerte relativ problemlos.
Auffällig niedrig ist hier das KV mit nur knapp 80rpm/V.
Eta max liegt genau im für die Bewicklung und die 0,5mm dicken Bleche zu erwartenden Bereich.

Jetzt werden sich einige die Frage stellen:
Was kann man wohl mit einem so langsam drehenden Motor sinnvolles anstellen?

Ein Jan Ullrich ist in der Lage, 400W als Dauerleistung auf seine Fahrradpedale zu wuchten.
Ein einigermaßen trainierter junger Mann schafft etwa die Hälfte, die durchschnittliche Bevölkerung 150W.
Dieser Motor schafft bei 20V =6s und etwa 15A also 300W mit einem Wirkungsgrad von 80% und einer Drehzahl von 1300rpm.
ein 26" Fahrrad legt pro Radumdrehung etwa 2,3m zurück.
Um eine Geschwindigkeit von 36km/h (10m/s) zu erreichen sind etwa 260 Radumdrehungenpro Minute nötig.
Dazu müsste der motor lediglich 1: 5 untersetzt werden, was sich mit einem Zahnriemenantrieb problemlos realisieren ließe.
Würde dieser Motor dort montiert werden, wo jetzt beim Fahrread das Tretkurbellager ist, bräuchte die vordere Zahnriemenscheibe lediglich etwa 5 und die hintere 25cm Durchmesser zu haben.
Für den notwendigen Eingriff von 70% an der kleinen Riemenscheibe könnte eine Spannrolle wie beim Nockenwellenantrieb eines PKW-Motors sorgen.
Der mechanische Teil des Antriesstranges käme so auf höchstens 3kg Gewicht.

Zum Akku wären folgende Überlegungen anzustellen:

Die durchschnittliche Dauerlast wird unter 200W liegen, die Spitzenlast veranschlage ich mal mit 400W.
Der Akku muß also in der Lage sein, in der Spitze 20V und 20A dauerhaft zu liefern. Das sind keine besonders hohen Anforderungen.
Die erforderlichen etwa 10-12A für den Normalbetrieb erst recht nicht!
Nun wollen wir ja eine vernünftige Strecke pro Akkuladung zurücklegen können.
Veranschlagen wir rechnerisch 1h Fahrzeit mit Höchstlast 20A, müsste der Energiespeicher 20Ah fassen.
Sieht man aus Grunden der Betriebssicherheit 2500mAh BMZ Li-Becherzellen vor, wären 8 davon in Parallelschaltung nötig.
Für die 20V Betriebsspannung brauche ich 6 davon in Reihe, also insgesamt 48stck.
Gewichtsmäßig wären das knapp 4,5kg Akkugewicht. Die maße des Akkus: 15x20x6,5cm - er passt halt nicht mehr ganz in die Hosentasche....
Da ich bei Normalbetrieb aber nur durchschnittlich 10 - 13A verbrauchen würde, hätte ich Energie für etwas mehr als 50km "im Tank". Das Gesamtgewicht des Antriebes bliebe insgesamt unter 10kg.

Jetzt kommen die Schattenseiten:

  1. Der Preis: allein der Akku würde bei einem Zellenpreis von 15€ 720€ kosten. Mit Mechanik, Motor und Regler sind schnell die 1000€ erreicht.
  2. Der Regler: um beim Anfahren das nötige Drehmoment aufbringen zu können, wäre auf jeden Fall ein sensorgestütztes System nötig.
    unsere sensorlosen Modellbauregler wären hier völlig unbrauchbar!
  3. Der TÜV: Wenn im reglungswütigen Deutschland ein anders als mit muskelkraft angetriebenes Fahrzeug schneller fahren kann, als 25km/h muß es als zugelassen werden.

 

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