Lichtmaschine raus, Eigenbau rein

Servus,

da das Thema nicht wirklich in eine meiner anderen passt, hier ein weiterer Thread.

Es geht darum eine neue, leichte und wirkungsgradstarke Lichtmaschine einzubauen.

Ziel:
-Gewichtsreduktion (Alte Lima ca. 6kg, neue ca. 260g. Dazu deutlich leichtere Aufhängung)
-Wirkungsgradsteigerung (effizenterer Generator, intelligente Laderegelung, schmaler Zahnriemen statt Keilriemen)

Zum Generator:
Dieser wird aus einem umgewickelten permanenterregten Gleichstrommotor bestehen. Im derzeitigen Zustand wird die Ausgangsspannung bei niedrigen Drehzahlen zu gering.
Man könnte die Drehzahlübersetzung aber ändern und in Kauf nehmen das der generator bei maximaler Motordrehzahl auch in den dunkelroten Bereich fährt. Kommt eh nur extremst selten vor.

Der maximale Ausgangsstrom bei derzeitiger Wicklung kann bis zu 55A betragen.
Wenn die Wicklung geändert wird, dann so, das bei leicht erhöhter Leerlaufdrehzahl mind. 15V anliegen. So entstehen bei Maximaldrehzahl aber Spannungen von 90V und mehr. Diese würde ich abfangen indem ab ca. 50V Ausgangsspannung von Stern auf Dreieck umgeschaltet wird. Das senkt die Ausgangsspannung auf Wurzel3 der ursprünglichen.
Die Sache hätte den Vorteil das ich einen reinen Step-Down Wandler nutzen kann. Dieser ist einfacher zu bauen, kleiner und hat einen etwas höheren Wirkungsgrad als der SEPIC Wandler den ich sonst bräuchte.

Zur Ladeelektronik:
Diese wird etwas schlauer als die normale.
Es wird eine Ladestrombegrenzung von ca. 8A geben.
Dies wäre natürlich viel zu wenig, wenn z.B. die Beleuchtung an wäre.
Um das zu umgehen, werde ich den Strom messen der von der Batterie abgeht und diesen auf den ladestrom aufschlagen.
Wenn also die Batterie mit 8A geladen wird, aber durch Licht und Co. weitere 15A verlangt werden, haut der Laderegler 23A raus.

Wenn das alles funktioniert, soll er später etwas erweitert werden.
Der Laderegler soll nur Laden wenn der Motor belastet wird (Last über 70% des Maximaldrehmomentes). Zumindest solang wie die Akkukapazität über 50% liegt. So kann der Gesamtwirkungsgrad Benzin-Motor-Generator-Akku erheblich verbessert werden.
Wenn der Generator "abgeschaltet" wird, geschieht das nicht wie bei einfachen Motorradladereglern über kurzschluss, sondern über trennen. So liegt zwar die Leerlaufspannung am Generatorausgang an, hab mir aber auch keine Wirbelstrombremse gebaut..


Batterie und Generator sind bereits auf dem Weg, an der Elektronik entwickel ich noch.
Ich werde berichten wenns neues gibt

Im Anhang hab ich mal ein Bild einer meiner SEPIC-Wandler (glaub von 2009) angehängt.

Gruß,
Patrick

DSC00501.jpg

ab ins Abo

Jap defenitiv ins abo.

Mal schauen was da nachher an ersparnis rauskommt

Bin auch dabei

Servus,

ich werde, auch auf Grund der Erweiterbar- und Korrigierbarkeit, den Wandler via PIC steuern.
Hab vor langer Zeit mal div. Programme entworfen und Schaltungen gebaut.
Da konnte man mit einfachen Sensoren Öl/Wasserdruck- und Temperatur messen und anzeigen lassen.

So könnt ich vielleicht sogar einen richtigen "Boardcomputer" realisieren mit dem man alle wichtigen Motordaten einsehen kann.

Vorerst bleibts aber dabei das der kleine PIC im Controller erstmal folgendes übernimmt:
-Stern Dreieck Umschaltung um die Generatorspannung immer unter 55V zu halten
-Erhöhung des Ladestroms um den Laststrom an der Batterie
-Ladung bei Akku über 50% nur bei hoher Motorlast (Sensor an Drosselklappe)
-Abschalten des Generators (könnte man die Relais der Stern/Dreieckumschaltung nutzen) wenn nicht benötigt
-Unterspannungsschutz
-Überspannungsschutz
-Kurzschlussschutz
-Temperaturüberwachung der Leistungselektronik und des Generators
-Anzeige von: Batteriespannung, Ladestrom, Laststrom, Ladeleistung, Lastleistung
-Ladestrom einstellbar 5-20A
-Maximalstrom mind. 40A, eher 50A

Das wird n brocken Arbeit.
Ich werde damit immer Nebenbei mal weitermachen, fertig wirds frühstens im Frühling. Da gibts auch noch tatkräftige Hilfe vom genialsten Bastler den ich kenne.


Dazu entwerfe ich halt noch neue Halter.
Auch der Antrieb wird ja neu.
Da hab ich mich schon recht festgelegt.
Wird n HTD-5 Antrieb mit 15mm Riemenbreite.
Rollen mit 24Z werden eingesetzt. So dreht der Generator genauso schnell wie der Motor.
Gewicht der Konstruktion: ca. 250g

Würde lieber den Generator direkt auf die Antriebswelle packen, leider braucht es da eine Kupplung. Zudem ist der Platz da unten richtig eng.

GRuß,
Patrick

Genial!

Sehr interessant!

Servus,

weitere Variante:
Ich muss bei Volllast (5500U/min -> 18V/50A) grade mal 2Nm übertragen.
DA könnte ich mit einer winkelelastischen Axialkupplung den Generator direkt an die Nockenwelle anschließen.
Durch die einfachen Ventilfedern (Ventile fast halb so schwer, Drehzahl auf 5500 gesenkt -> viel weniger Federkraft nötig) wird im Ventiltrieb deutlich weniger Leistung gebraucht. Die kann ich über den Generator wieder abgreifen.
So wäre es möglich mit einem kleinen Aluhalter und einer 40g Kunststoffkupplung den Motor direkt mit 100% Wirkungsgrad anzuflanschen.. Problem solved
Nie wieder Keilriemenquietschen.

Da muss ich aber mal am lebenden Objekt nach dem Platz schauen.
da der Generator aber nur ca. 60mm lang ist (mit Kupplung um die 90mm) sollte das passen.

Als Kupplung habe ich die hier vorgesehen:[Dieser Link ist nur für Mitglieder sichtbar

Was mir auf Anhieb einfällt, aber dir eigentlich auch klar ist denke ich mal:

Wenn du direkt an die Nockenwelle gehst, liegen von deinen 5500 u/min Max. nur noch 2750 an. Übersetzungsverhältnis 2:1.

Wie verhält sich denn deine Kupplung bei Lastwechseln? Mal angenommen du verschaltest dich von der Fünf in die Drei. Oder simpel abgewürgt.

Rein theoretisch könntest du einfach auf die Schraube vom NW-Rad gehen, da einen Bolzen aufgeschweist den man für die Zentrierung einfach auf der Drehbank auf das gewünschte Maß runternimmt.

Viell. auch Blödsinn, kam mir nur grade so in den Sinn.

Servus,

wegen den Lastwechseln ist ja die Kupplung auch verdrehweich. So bekommt weder Motor noch Generator harte Schläge ab.
Würde an die Nockenwelle ein kleines Aludrehteil anschrauben. Die Nockenwellenschraube verschandel ich nicht. Zumal will ich auf eine angezogene Schraube kein Drehmoment geben.

Und der Generator, ehemals Motor, ist baugleich (aber mit anderer Wicklung) auch mit Nenndrehzahlen von über 10.000U/min zu haben.
Somit kann ich ohne schmerzen auch diesen hier in diese Drehzahlen treiben ohne das etwas kaputt geht. Vorher hatte ich bedenken wegen der mechanik.
Im Regelfall wird er ja unterhalb seinen Nenndrehzahl von 6000U/min betrieben. Mein Motor wird nur kurz beim harten beschleunigen über 3000U/min müssen.

gruß,
patrick

Achso, stimmt ja, die Schraube kann sich ja lösen unter umständen... soweit hatte es gestern nicht mehr gereicht.
Rest klingt logisch.

Könnte man ja auch noch die WAPU in bedracht zihen zum dranhengen oder da das bauteil so Klein ist einfach irgendwo beim Zahnrihmen dazuhengen oder
Jetzt noch ne ganz Blöde idee in die Getriebeglocke zum schwung (getriebehauptwelle) dazuhengen allso Irgendwie

Servus,

die einfachste Variante wird wohl das direkte Anflanschen an die Nockenwelle bleiben.
Um den Zahnriemen zu nutzen, brauchts ein passendes Rad.
Das kann man aber z.B. von ner alten WaPu abziehen und bearbeiten.
Ich schau wo ichs am sinnvollsten unterbekomme

Gruß,
Patrick

Servus,

leider ist die Batterie noch nicht da. Die soll erst nach den Weihnachtsfeiertagen eintrudeln.

Dafür ist der Generator angekommen..

Nennleistung Lima alt: 13,2V/45A = 600W
Nennleistung Lima neu:18V/33A = 600W

Gewicht
Alt: 5,100kg
neu:0,266g

Beim Gewicht der Lima ist nichts weiter dran (siehe Bild).
Die Wellenverbindung vom neuen Generator inkl. Schmutzschutz wird auf ca. 50-100g kommen, jenachdem wie ichs ausführe

Gruß,
Patrick

DSC_0413.jpg

30 A mit diesen Klingeldrähten? Das bezweifle ich mal. Außerdem glaube ich nicht, daß das wirklich funktioniert. Wenn es so einfach wäre, dann hätte die Autoindustrie schon längst so etwas in Serie in die Autos gebaut. Stattdessen wird ein Aufwand mit Freilaufriemenscheiben und wassergekühlten Limas betrieben...
Begrenzt du die Spannung noch auf 14V? Bei 18V wirst du das Steuergerät braten.

Vergiss nicht dass das ein Dreiphasen Drehstrommotor ist. Gerade die sind in den letzten Jahren dermaßen verbessert worden hinsichtlich Leistung pro Masse, dass 600 Watt noch nicht einmal das Maximum ist für diese Größe. 18V Grillen auch nicht die Steuergeräte, denn die haben eh eigene Spannungsregler an Bord. 18V machen höchstens die Batterie kaputt. Aber Jacklee bekommt das sicher in den Griff. Stepdownwandler sind ja kein Hexenwerk mehr.

Darf man mal nach den kosten fragen? Zumindest so grob? Weil die technische geschichte sollte, sofern sie realisierbar ist patentieren lassen für die anwendung im kfz bin begeistert von der konstruktion

Wenn der Trend zu Hybridfahrzeugen geht, ist der Anlasser zugleich Elektromotor und höchsteffiziente Lichtmaschine.

Das ist dann noch mal ne Nummer moderner als das was Jack gerade entwickelt, aber seine Lösung ist eventuell sehr gut geeignet, bestehende Autos etwas spritsparender zu machen. Aber ob die Erfindungshöhe groß genug ist, um es patentieren zu lassen? Weiß nicht.

Willst du die "lima" am zahnriemen hängen?

wenn ich das jetzt so sehe, kann ich mir nicht vorstellen, daß das dauerhaft funktionieren wird.

Vorstellen kann ich mir das auch nicht. Über den Zahnriemenantrieb müsste man mal nen Maschinenbauer drüber schauen lassen.

Das kleine Ding soll die grosse Lichtmaschine ersetzen

Servus.
Ja .das kleine ding soll die Lima ersetzen .
Die klingeldrähte sind für 55 ampere ausgelegt
Die höhere Spannung wird via stepdown angepasst. Kosten fürs Material wohl um die 100€ .mit Arbeitszeit wohl 300€
Antrieb über Wellenkupplung

Wobei man aber auch sagen muss, dass die Modellbaumotoren auch oft unter gut gekühlten Bedingungen laufen und auch nicht längere Zeit auf Dauerpower.
Welchen Querschnitt haben die Leitungen eigentlich?

Servus,

gekühlt werden die Teile im Regelfall durch den Fahrt/Flugwind.
Die Kabel haben einen Querschnitt von ca. 5mm². Innenwiderstand 0,033Ohm.
Macht bei 55A 100W an ohmschen Verlusten.
Diese könnte und werde ich noch runterschrauben indem ich den Stator neu bewickel.
Derzeit sind recht feine Litzen zum wickeln genommen wurden. Diese verusachen aber massig Lufträume und sorgen für wenig effektiven Querschnitt auf gegebenen Bauraum.
30% mehr Querschnitt auf dem Stator sollte sich unterbringen lassen.
Dazu noch dickere Anschlusskabel (6-7mm² und die ohmschen Verluste sollten bei Nennleistung (@6000U/min = 650W @12000U/min 1350W) um die 60-70W betragen.

Ähmm welcher fahrtwind, du machst deine kiste doch dicht vorne. Wie soll da luft rankommen.

Ich denke aber die Statorwelle ist mit geschätzten 6mm Durchmesser,
nicht dafür geeignet hohe Spannkräfte auszuhalten.
Das müsste m.M. nach entkoppelt werden .

Um kein Temperaturproblem zu bekommen könnte man ja einen Lüfter
anbringen.

Interessant ist das allemal

Zitat:

Diese könnte und werde ich noch runterschrauben indem ich den Stator neu bewickel.
Derzeit sind recht feine Litzen zum wickeln genommen wurden. Diese verusachen aber massig Lufträume und sorgen für wenig effektiven Querschnitt auf gegebenen Bauraum.

Servus,
die Welle wird über eine biege und drehelastische Kupplung an die Nockenwelle geflanscht.
So gibt es keine harten Belastungen auf die Statorwelle (5mm).
Da das ein Außenläufer ist, sollte es kein Problem sein, an dessen Rotor ein Lüfterblatt anzubringen.
Ich werde aber wohl eher mit Temperaturüberwachung arbeiten.
Wenn ich 200W Leistung benötige ist das schon sehr viel.
Und wie gesagt..als Motor ist die Kiste auf 1350W ausgelegt..

Gruß,
Patrick

PS. ja, das ist ein bürstenloser Motor aus dem Modellbau.
Dieser bekommt eine neue Wicklung (höhere Packdichte und niedrigere ohmsche Verluste) und halt eine Ladeelektronik dahinter. Fertig.
Eigentlich recht simpel.

eigentlich nicht....

nen drehstrom motor rückwärts zu betreiben ist nicht gleichzusetzten mit dem richtigen betrieb.

du hast keinen regelbaren rotor , somit musst du immer mit dem gleichbleibenden magnetischen feld drehen....
das bedeutet deine spannung ändert sich je nach drehzahl.

dickerer draht bedeutet mehr windungen, mehr hohlräume(sind egal) .
größere wickelköpfe, platzmangel, durch die größeren wickelköpfe wirbelstromverluste....

je nach abstand spule zu spule, können sich felder überschneiden.

der meist merhfach parallel liegende klingeldraht ist meist sehr effektiv.

antriebstechnisch.

aber im generatorbetrieb würden mich messtechnische ergebnise doch sehr interessieren, ich denke nen gleichstromgenerator mit regelbarem anker , ist interessanter.