4N6P-Experiment

© Dr. Ralph Okon 10072007

Experimentalmotoren

Der Martin Götzenberger hat wiedermal gezaubert und etwas gebaut, was eigentlich nicht geht.
Diesmal war es ein 4nutiger Stator aus einem PC Lüfter.

Unglaublich, aber wahr!:

In vielen Lüftern findet man (leider nur) Statoren mit 4 Nuten...
Nach dem 7N8P und einer 10P-Variante war es also Zeit für einen Motor mit 4 Nuten.

Zuerst etwas Theorie.
Bei normalen BL-Motoren bilden die Phasenspannungen schöne mehr oder weniger sinusförmige Spannungen, die 120° Phasenversatz haben.
Ihre Grundwellen (also die reinen Sinusanteile) bilden im Zeigerdiagramm einen schönen Stern, bzw. die Enden ein Dreieck (oben links).
Bei 4N stehen, wie man es auch dreht und wendet nur 2 senkrecht aufeinander stehende Spannungen zur Verfügung, also ein Sinus und ein Cosinus, sowie das gleiche nochmal mit umgekehrten Vorzeichen(oben rechts).
Der erste Ansatz wäre es jetzt, die Spannungen aus den zur Verfügung stehenden Spannungen zusammen zu bauen, analog zum 7N8P (unten links).
Es gibt allerdings eine weitere Möglichkeit. Der Sternpunkt muß nicht ruhen.
Dann kann man tatsächlich einzelne Phasenwicklungen einzelnen Zähnen zuordnen, wobei allerdings (wieder) unterschiedliche Windungszahlen erforderlich werden (unten rechts).
Beide Varianten wurden testweise durchgerechnet. Zuerst die 'echte' (T ist mir Cosinus gleich)
Und die mit 'eierndem' Sternpunkt. Schön zu sehen sind die unterschiedlichen Spannungsamplituden der einzelnen Phasenspannungen.
Bei den verketteten Spannungen (die, die an den Regler angeschlöossen werden) sind die Unterschiede verschwunden. (R ist hinter dem Sinus versteckt)
Leider haben die Lüfterstatoren noch eine Gemeinheit auf Lager. Ihre Köpfe sind asymmetrisch.
Dabei gibt es 2 Varianten. Einmal die mit Stufe, und die mit schrägen Köpfen
Selbstverständlich wäre es möglich gewesen, die Köpfe abzudrehen, um wieder symmetrische Verhältnisse zu bekommen. Dieser weg wurde allerdings nicht gewählt.
Die ersten Berechnungen zeigten, daß die Phasenmischerei deutlich schlechter ging, als beim 7N8P.
Hier die berechneten Spannungen noch mit symmetrischen Köpfen.
RS wäre ja perfekt, aber die anderen beiden... sehen nicht so schön aus.
Daher wurde ein kleiner Trick angewendet: die Magnete wurden ungleichförmig verteilt, immer in 2-er Gruppen.
Damit verschieben sich die Spannungen, die in gegenüberliegenden Zähnen induziert werden, und in Summe werden sie runder.
Zugegeben, so schön sehen die neuen Spannunegn auch nicht aus, aber sie sind oben 'rum, worauf es ankommt, doch insgesamt flacher. Die Asymmetrie kommt übrigens von den hier schon berücksichtigten asymmetrischen Köpfen.
Der Aufbau des Motors an sich war dann schnell erledigt, und bietet auch nichts besonderes (außer vielleicht der für die enorme Leistung nötigen Vollstahlglocke ;-)

Das Gesamt-Windungszahlverhältnis ist 1:1:sqrt(3)
Zahn 1 = 0.5A + 0.5b
Zahn 2 = 0.866C
Zahn 3 = 0.5a + 0.5B
Zahn 4 = 0.866c

Die Phase C ist aus der nächsten mir verfügbaren Drahtstärke gewickelt, um die höhere Windungszahl auszugleichen.
Die Verteilung auf die je gegenüberliegenden Zähne braucht man wegen der asymmetrischen Verteilung der Magnete.
Ohne wäre auch A / 0.866C / B / 0.866c möglich.

genaue Position der Magnete.. dient vor allem der Verwirring :evil:
Der verschobene Magnet sitzt elektrisch 36° neben der symmetrischen Position, oder mechanisch 12°
so wiklich optimiert ist die nicht....
klar wäre es besser gewesen, den Stator abzudrehen, oder spiegelbildlich die Bleche neu zu stapeln, aber ich wollte einen original-Stator nehmen...

...und er dreht sich auch

...an einem ganz normalen Regler.

Fazit:

Sicher kein Wirkungsgradwunder, aber eindeutig lauffähig!

 

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