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Thema: Brushless-Motor für extrem starkes Servo

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Brushless-Motor für extrem starkes Servo

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    Hallo zusammen,

    tut mir leid, ich muß ein bißchen erzählen, bis ich zu meiner Frage komme. Wer keine Zeit hat, lese bitte bei FRAGE weiter.

    zur Zeit baue ich Antriebe für einen Servo-Arm, die einige Nm Drehmoment aufbringen können, dabei natürlich längst nicht mehr so schnell sind wie Modellbau-Servos. Ich benutze Motoren in der Größe eines Mabuchi 380 mit Planetengetrieben. Das ganze ist noch nicht fertig und ich hoffe, es wird leidlich funktionieren.

    Aber ich lasse es mir nicht nehmen, schon von der perfekten Lösung zu träumen. Dazu gehört einerseits Mechanik - bessere, leichtere Getriebe zum Beispiel. Zum anderen aber leistungsstarke und leichte Brushless-Motoren.

    Herkömmliche Modellbau-Motoren und ihre zugehörigen Regler sind leider nicht zu verwenden: Sie sind auf powermäßigen Schnellauf in EINER Richtung ausgelegt und können gerade das Stillstehen und Anlaufen gegen Last, was beim Positionieren gefordert ist, überhaupt nicht. Auch die Lösungen für RC-Cars nicht.

    Nein, man muß schon ganz von vorne anfangen. Und nun zur

    FRAGE:

    Wenn man schon einen Brushless-Motor selbst baut und wickelt, soll man ihn dann dreiphasig in Stern- oder Dreiecksschaltung aufbauen oder vielleicht gleich zweiphasig wie einen Schrittmotor? Dann kann man ihn mit Schrittmotor-Treiberbausteinen bipolar ansteuern.

    Damit wir uns recht verstehen: Ich will keinen Schrittmotor mit synchroner Ansteuerung ohne Positionsrückmeldung aufbauen. Der müßte ja wieder soviel Reserven haben, daß sein maximales Moment im Betrieb nie erreicht wird, und Reserven bedeuten wieder Energieverbrauch und Gewicht. Nein, es soll schon eine Positionsrückmeldung über Encoder geben, die fein genug auflöst, um Mikroschritte bzw. Abweichungen aus der angesteuerten Position durch die Last zu erkennen. So daß das Magnetfeld durch die Spulenansteuerung immer nur so stark ist und in bestimmter Weise gedreht ist, um die aktuell geforderte Position zu erreichen.

    Jetzt nochmal zurück zur Hauptfrage: Will ich einen 3phasigen BL-Motor in einer bestimmten Stellung mit vollem Strom halten, muß ich bei Dreiecksschaltung mindestens zwei Spulen bestromen, und bei Sternschaltung sogar alle drei, wobei eine die Summe der Ströme durch die anderen beiden abbekommt.
    Balanciert der Motor da nicht zwischen zwei magnetischen Raststellungen? Ist das nicht Energieverschwendung?
    Es mag ja sein, daß bei einem 3phasigem Synchronmotor in vollem Lauf alle Phasen sowieso mit um 120° versetztem Sinus angesteuert werden müssen und dadurch ständig der Rotor auf Zug gehalten wird, und daß das energetisch keinen großen Unterschied zu 2 oder 4 oder 5 Phasen macht. (Außer dem Ansteueraufwand - und traditionell steht ja für große Antriebe immer schon der Netz-Drehstrom zur Verfügung.)
    Aber mir geht es jetzt um den Fall des bestromten Stillstands, der bei einem Positionierantrieb die meiste Zeit vorkommt.

    Also, es wäre schön, wenn da jemand in die Diskussion einsteigt, der sich mit Drehstrom-Antrieben oder grundsätzlich Elektromotoren super auskennt. Das ist jetzt keine dringende Frage, sondern mehr ein Sinnieren über ein Projekt.

    Viele Grüße
    Tom.

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Lese das dort mal in Ruhe GANZ durch! Dann bist Du quasie
    Profi......

    http://www.powercroco.de/

    Gruß Richard

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Ich glaube GANZ habe ich es noch nicht, aber auf diesen Seiten bin ich schon oft gewesen. Es gibt ja auch noch die Seiten zum LRK, quasi der Vorgänger zum Powercroco.

    Aber die Anwendung zum Positionieren kennen die Experten dort natürlich nicht oder nur ganz am Rande. Denn ihnen geht es drum, mit einem frei drehenden Propeller hohe Leistung (Drehmoment UND Drehzahl) umzusetzen.

    Vielleicht bringts aber was , die dortigen Foren zu durchstöbern bzw. selbst was zu fragen.

    Viele Grüße
    Tom.

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Ich glaube der Admin dort hat mal einen Langsamläufer fürn Fahrad
    gewickelt. Ich habe hier auch noch aus einen Waschmaschinen
    Motor geflexten Kern herumliegen bin aber schon beim Wickeln verzweifelt
    und einen Dreher der mir die Glocke Dreht ?

    Gruß Richard

  5. #5
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    Brushless-Motoren sind, meiner Meinung nach, für teilstatische Positionierantriebe nicht bzw. nur bedingt geeignet, da diese, außer bei Stillstandsbestromung, keinerlei Haltemoment haben.
    In industriellen Antrieben werden meist Glockenankermotore eingesetzt.

    Planung ersetzt Zufall durch Irrtum

    Gruß aus dem Ruhrgebiet Hartmut

  6. #6
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    Ja, den Admin von powercroco.de werd ich jetzt mal auf postalischem Wege anschreiben. Er scheint über solche Außenläufer-Brushless extrem Bescheid zu wissen, hält aber die Kommunikationswege zu ihm bedeckt. Mal sehen, ob er reagiert.

    Ein Forum gibt es dort nicht mehr.

    Aber noch habe ich nicht alle Links und Möglichkeiten durchprobiert. Auch auf den LRK-Seiten werden einige Personen genannt, an die ich versuche ranzukommen.

    Übrigens: Glockenankermotoren haben kein magnetisches Rastmoment und eigentlich nur die Reibung der Bürsten und Lager. Auch sie brauchen Strom, um ein Haltemoment zu entwickeln. Brushless-Motoren können durchaus magnetisches Rastmoment haben.

    Ich werde auch nach industriellen AC-Servoantrieben suchen. Meiner Meinung nach werden durchaus dreiphasige Motoren für Servoantriebe eingesetzt, wahrscheinlich auch permanenterregte.

    Brushless-Motoren, gerade die Außenläufer, haben meines Wissens das beste Verhältnis von Volumen/Gewicht zu Leistung. Die Industrie setzt vermutlich Innenläufer ein, weil es im industriellen Umfeld ja auch immer darum geht, neue bessere Motoren in übliche Bauformen zu packen. IP-Schutzart darf auch immer gern sein, da zählt die gute Wärmeableitung der Außenläuferglocke an die Umgebungsluft dann auch nichts mehr, wenns doch gekapselt sein muß usw.

    Den Fahrrad-Motor-Versuch hatte ich mir auch schon angesehen, vor allem weil es darin um einen 24poligen Stator ging - je mehr Statorpole, desto geringer die Drehzahl. Ich möchte nämlich gerne mit EINER (recht speziellen) Getriebestufe auf die Abtriebsdrehzahl kommen.

    Viele Grüße
    Tom.

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Drehstrommotoren wurden ja schon "immer" mittels Regler auch bis
    zum Stillstand und in beide Richtungen gefahren. Servomotoren sind
    da recht ähnlich, haben halt noch Drehgeber u,s,w, Die von

    http://www.alliedmotion.com/Products/Product.aspx?p=10

    Wo immer die gebraucht werden?Pole sind reichlich vorhanden.

    http://www.alliedmotion.com/Products/Product.aspx?p=11

    Gruß Richard

  8. #8
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    Die Industrie setzt vermutlich Innenläufer ein, weil es im industriellen Umfeld ja auch immer darum geht, neue bessere Motoren in übliche Bauformen zu packen.
    Ich vermute, dass der Innenläufer im wesentlichen wegen der besseren Dynamik (weniger Schwungmoment) gegenüber dem Außenläufer bevorzugt wird (das ist noch so eine Sache, die den Modellflieger nicht interessiert). Bei vielen Antriebsfällen wird die maximale Winkelbeschleunigung wesentlich vom Schwungmoment des Ankers bestimmt, weil dieser das am schnellsten drehende Teil darstellt.
    Ein Motor gleicher Bauart, aber höherer Leistung bringt oft keine Verbesserung der Dynamik, weil mit der Leistung gleichzeitig das Schwungmoment des Ankers wächst. Einen überschlägigen Vergleich zur Dynamik zweier Motorisierungen mit einem (für mich) überraschendem Ergebnis habe ich mal hier versucht:
    http://www.roboternetz.de/phpBB2/zei...134&highlight=

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Hessibaby
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    Zum Thema Dynamik: Meiner Meinung nach, um beim Thema brushless zu bleiben, ist es so, dass die Heliflieger und "rennwagenpiloten" schnelldrehende Motoren mit kv>3000/V mit großer Untersetzung einsetzen um eine hohe Dynamik zu erreichen, während die Truckmodellsportler ( zu denen auch ich gehöre ) eher Motoren mit kv<1000/V mit geringer Untersetzng einsetzen um Drehmoment zu haben.
    Wenn man sich die Datenblätter auf

    http://www.r2hobbies.com/products.php?cat=20

    genau ansieht, ist auffällig das Motoren mit gleicher Leistungsaufnahme aber unterschiedlichem kv vollkommen unterschiedliche Drehmomente haben, und dies unabhängig von out- oder inrunner, wobei aber die Dynamik der inrunner, aufgrund geringerer Rotormasse, besser ist.

    Für toemchen ist wahrscheinlich die Kombination Inrunner mit hohem kv, relativ großer Untersetzung und nachgeschaltetem Schneckenabtrieb die optimale, da hohe Dynamik mit mittlerem Drehmoment und, durch den Schneckenabtrieb, hohem Haltemoment.

    Planung ersetzt Zufall durch Irrtum

    Gruß aus dem Ruhrgebiet Hartmut

  10. #10
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    Ich bin ja nicht der große Rechner, mehr der "Bauchgefühl"-Ingenieur. Den Thread zur Antriebsberechnung eines Delta-Roboters muß und werde ich mehrmals ganz langsam lesen, damit ich das nachvollziehen kann.

    Es stimmt schon, die Überlegenheit des Außenläufers ist vielleicht so eine "Hausmacher"-Meinung von mir, die ich beim Studium der LRK- und Powercroco-Seiten gebildet habe. Die Selbstbauer-Gemeinde muß ja gezwungenermaßen Außenläufer bauen, denn ein Innenläufer-Rotor läßt sich nicht so einfach aufbauen: Die Fliehkräfte zerren an der Verklebung der Magnete, die Notwendigkeit gewölbter Magnet-Außenflächen scheint dringender als bei einer Außenläufer-Glocke usw...

    Tatsache ist, ich möchte gerne mit der Außenläufer-Glocke gleich ein paar Planetenräder herumtanzen lassen und ein Getriebe aufbauen, das einem Zwischenergebnis in Manfreds Kopfnuß ähnelt, allerdings mit Innenzahnkränzen. Deshalb, für kompakte Bauform inkl. Getriebe, Außenläufer.

    Mfg
    Tom

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