Ich muss an dieser Stelle noch erwähnen, dass die eingezeichneten Löcher für die Elektromagnete natürlich noch nicht stimmen, da ich noch nicht zu 100% weiß, wie groß diese werden.
Wie gesagt ist es geplant einen Eisenkern mit 6 mm Durchmesser zu nehmen.
Hinzukommen dann noch die Windungen, die den Durchmesser je Drahtdicke vergrößern.
Geplant ist eine Drahtdicke von 0,3 mm oder 0,4 mm. Das muss ich dann halt alles noch genau anpassen. Du kannst aber davon ausgehen, dass ich auf die Maßen achte und darauf aufpasse, dass die Entfernungen der Mittelpunkte übereinstimmen.
Nach erneutem Überlegen befindet sich der stärkste Punkt in der Mitte, macht ja auch Sinn.
Das heißt von Mittelpunkt zu Mittelpunkt befindet sich dementsprechend die Grenze. Alles was danach kommt, ist die Bremse bzw. die Anziehung zurück. Jetzt denke ich richtig, oder?
Hallo zusammen, ich bin mal wieder verwirrt.
Ich habe mir nochmal die Daten meiner Magnete angeschaut und bin dabei auf die Remanenz gestoßen. Ich habe bisher immer zur Berechnung meiner Elektromagnete die Berechnung „Flussdichte im Abstand z von einem Körper“ vom Magneten genommen. Was ist aber nun richtig?
Muss ich die Remanenz nehmen für die Elektromagnete?
Es war wirklich unglaublich schwer Reineisen in dieser Größe zu bekommen, wobei der Durchmesser 8 mm nicht mein Wunsch war, aber damit kann ich leben. Nun wird gewickelt, das wird spaßig…
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Aktueller Stand der Dinge:
Puh Leute, es ist garnicht so einfach alles alleine hinzubekommen. Manchmal wünsche ich mir einen Partner oder wenigstens eine zweite Meinung. Seis drum, ich bin weiterhin Feuer und Flamme.
Eigentlich war es ja geplant, meine Spule zu bauen, aber das Flexen der Eisenstange auf Maß stellte sich als Problem dar, es ist weder sauber noch gerade und das gefällt mir einfach nicht.
Ich lasse mir nun meine Eisenstange professionell mit Maschine zuschneiden.
Desweiteren habe ich mir überlegt, auch die Spulenwicklung über eine Firma machen zu lassen.
Erstens ist dann mein Elektromagnet wirklich sauber und akkurat gebaut und zweitens möchte ich unterschiedliche Wicklungsstärken haben. Das selbst zu wickeln wäre unglaublich aufwendig.
Warum ich unterschiedliche Wicklungsstärken haben möchte? Der Grund ist, ich möchte schauen, wie stark ich die Elektromagnete machen kann, ohne dass die Schaltzeit der Elektromagnete zum Störfaktor wird. Je mehr Wicklungen, desto länger die Schaltzeit (bis zum Endzustand), aber dafür weniger Stromstärke. Und das gehört ja zum Ziel, je weniger Stromverbrauch, desto besser.
Ich habe auch mittlerweile alles da, um meine Schaltung zu bauen. Steckplatine, Diode, Widerstand, Reed-Schalter. Das sieht schonmal gut aus!
Meine größe Sorge macht mir die Konstruktion meines Motors. Eine Firma die mir das Teil ausdruckt habe ich schon, aber ich hänge etwas am Stator und Rotor fest. Ich weiß einfach nicht, wie ich beide Teile optimal verbinde und befestige. Ich sitze vorm PC an der 3D Software und zerbreche mir wirklich den Kopf…
Nun, ich möchte an dieser Stelle erwähnen, dass es mir wirklich viel Spaß macht dieses Projekt zu planen und zu bauen, auch wenn es nicht immer einfach ist und sich ganz schön in die Länge zieht. Ich lerne zudem sehr viel und bin stets wissensdurstig.
Bis dahin
hi,
welche Varianten hast du von den unzähligen hast du denn ausgemustert und warum?
Welche Probleme siehst du überhaupt?
grüße
lipi
Hallo @littlepinguin
naja, was heißt ausgemustert, die Ideen stehen noch, aber ich bin mir halt unsicher.
Die Probleme die ich sehe sind Stabilität und Genauigkeit. Ich habe ja an sich 3 Statoren, 1 Stator, wo die Magnete drin sind und 2 Statoren wo die Kugellager drin. Verbinde ich diese als eine Einheit oder befestige ich sie seperat? Desweiteren ist der Luftspalt zwischen Stator und Rotor gerade mal 1 mm breit, dass heißt die Teile müssen sehr genau zusammen passen. Ich tue mich da wirklich sehr schwer.
hi,
Was doch sicherlich ein einziges Teil ist.
Und davon interessiert ja auch nur links und rechts. Mitte ist erstmal egal.
Wir gehen also davon aus, dass die Fertigungsgenauigkeit unzureichend ist?
Dann könnte ein Plan so aussehen:
Rotor mit 8mm Bohrung und beidseitiger 22mmx6mm Vertiefung. (eine weitere Vertiefung von 0,5mm und 14mm Durchmesser, damit das Kugellager am inneren Ring nicht schleift.
Wenn das nicht genug hält, dann eben als Welle eine Gewindestange und von beiden Seiten mit Unterlegscheibe 15 mm und Muttern befestigen.
An beiden Statorlagern dann eben 10mm Bohrungen und jeweils 3 gleichmäßig versetzte Gewinde - da reicht ja M4 - zum fixieren und ausrichten der Achse.
und du magst sie nicht erläutern? das würde irgendwie Sinn machen, wenn du darüber sprechen willst.
Oft reicht es schon, die Probleme in einen Text zu packen. Das führt nicht ganz selten zu einer Lösung.
grüße
lipi
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Natürlich nicht, ich gehe schon davon aus, dass die Teile sehr genau gedruckt werden, aber sobald man anfängt Teile zusammen zu schrauben, kann es schon mal passieren, das Verschiebungen entstehen, je nach dem wie man die Teile befestigt. Davor mache ich mir eher Sorgen.
Ich möchte dir an dieser Stelle zeigen, wie mein Grundaufbau aussehen soll.
- Der Rotor bekommt kein Kugellager, sondern dort wird die Edelstahlstange reingepresst
- Der Stator mit den Magneten ist komplett lose. Den wollte ich mit den Statoren die außen liegen zusammen drücken/schrauben
Ich kann ja nicht alle Statoren als ein Teil bauen, sonst bekomme ich ja den Rotor nicht dazwischen. Mind. 1 Außenstator muss beweglich sein. An sich finde ich diese Idee nicht so schlecht. Der mittlere Stator bleibt beweglich und könnte ich bei Bedarf drehen wie ich will. Ich bin mir aber dennoch sehr unsicher, ob das alles dann auch Waage ist.
Okay, was haltet ihr hier von?
Das Teil ist nun ein Bauteil und soll so komplett gedruckt werden. Der lose Stator wird dann einfach angeschraubt.
Deine Hartnäckigkeit ist jedenfalls lobenswert. Bin schon auf das fertige Stück gespannt. Was verwendest Du für Lager?
Die von Skateboard oder Rollerblades wären evtl. brauchbar und erschwinglich, auch diese fidgetspinner sind ne Überlegung wert.
Gruß & weiter so!
Noch ein Tipp: alles gut dokumentieren, könnte später von Nutzen sein!
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Hallo Kudo, ich danke dir! Ich bin auch sehr gespannt.
Meine Idee ist es diese hier zu verwenden:
Ja das mache ich auf jeden Fall!
So Leute, ich habe heute endlich jemand gefunden, der mein Reineisen sauber auf 8 mm geschnitten hat. Ich werde wohl nun leider nicht drum herum kommen die Wicklung selbst zu übernehmen. Es ist wirklich schwer eine Firma zu finden, wenn man alleine ist und keine Firma hinter sich hat - kleine Fische bringen nunmal kein Geld.
Desweiteren möchte ich nochmal was anmerken. Auch wenn die Berechnungen für die magnetische Flussdichte der Elektromagnete rein hypothetisch sind und es leichte Abweichungen gibt, sind es trotzdem erstmal grobe Richtwerte. Wie klein kann ein Elektromagnet sein? Kennt da vllt jemand von euch Beispiele oder Tests in dieser Richtung? Ich habe bisher nichts gefunden. Ich finde das mein Projekt schon sehr viel Potential hat, verstehe aber nicht, warum es solche Forschungen, wie ich sie betreibe, kaum bis gar nicht gibt bzw. die nicht bekannt sind. Stellt euch vor, ich schrumpfe den Elektromagnet auf gerade mal 4 mm und haue 240 Wicklungen rauf. Um nun damit auf die Stärke meiner Permanentmagnete zu kommen benötige ich gerade mal 2 mA (0,75 Tesla). Für die Berechnung nehme ich eine Permeabilität von 5000, ich gehe davon aus, dass diese bei Weicheisen/Reineisen nochmal deutlich größer ist. Um nun den Klebepunkt in meinem Projekt zu überwinden, benötige ich gerade mal 0,006 W ( 1,5V x 0,004 A).
Korrigiert mich bitte, falls was nicht stimmt.
Hi!
Vermutlich wirst du keine Firma finden, die dir diese Magnete wickelt, weil es erstens nicht so viele davon gibt, und zweitens das nichts ist, was die man mal eben zwischendurch machen. Das macht man typischerweise mit Maschinen, die im Sekundentakt arbeiten, dafür aber ne Stunde lang eingestellt werden müssen, bis sie es perfekt machen. Eine Stückzahl von 2 ist da eher nicht vorgesehen, eher >200000. Alternativ könnten die auch manuell wickeln, aber das wirst du auch nicht bezahlen wollen.
Elektromagnete kann man SEHR klein bauen. So ein Quarzuhrwerk für ne feine Damenuhr ist winzig klein, und enthält neben der Batterie und jeder Menge Zahnrädern auch einen winzigen Elektromotor mit einer Spule, die vielleicht 4mm lang ist und 1,5-2mm Durchmesser hat.
Aber die Größe des Magneten ist nicht egal. Dein Feld von 0,75T mag an der Stirnseite des Magneten gelten, aber mit der Entfernung nimmt er ab. Bei kleineren Magneten ist in einiger Entfernung deutlich weniger davon übrig, als bei großen.
Du möchtest ja erreichen, dass dein Stator nicht am letzten Magneten kleben bleibt, sondern von dem / den E-Magneten weiter gezogen wird, und bevor die E-Magneten selbst zum Klebepunkt werden, willst du die abschalten. Wenn deren Feld aber räumlich so begrenzt ist, dass es gar nicht bis zum letzten Permanentmagneten reicht, funktioniert das ganze nicht.
Als Analogie: Eine Kerzenflamme ist bis zu 1400°C heiß, aber sehr klein. Damit kannst du schwerlich ein Steak grillen. Ein Kohlegrill liegt eber bei 600-800°C, hat wegen seiner Größe aber keine Probleme mit dem Steak. Die Temperatur ist vergleichbar mit deiner Magnetfeldstärke.
Und warum noch niemand darüber geforscht hat, haben wir schon ausdiskutiert. Was du da baust, ist ja ganz nett, ist letztlich aber auch nur ein Elektromotor. Irgendwo hoffst du ja immernoch, dass das Ding vielleicht doch ein Perpetuum Mobile werden könnte, wenngleich dir jeder sagt, dass das nicht passieren wird. Der Meinung bin ich auch, habe das auch bereits geschrieben - ich finde es stattdessen sehr bemerkenswert, wie sehr du dich in dein Projekt reinkniest. Mittlerweile verstehst du was von Magneten und deren Berechnung, etwas Elektronik, und bist auch mit 3D-CAD schon ganz gut dabei. Du lernst dabei sehr viel.
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Hallo @sweber
Da wirst du wohl Recht haben, wobei ich auch Firmen gefunden habe, die Kleinserien ab 1 Stück anbieten, aber die werden, wie du schon vermutest, das manuell machen. Ich warte ja immernoch auf Antworten, mal sehen, ob da noch was kommt.
Wow, das ist bemerkenswert!
Jetzt habe ich das fast missverstanden. Ich meinte nicht die Durchmessergröße, sondern die Kernlänge. Je kürzer die Kernlänge, desto stärker wird der Elektromagnet bei gleicher Wicklungszahl.
Nur ein Elektromotor ist halt falsch, wenn dann ist eine Mischung aus Magnet- und Elektromotor. Ich verstehe nicht warum die Magnete so stark ignoriert werden. Es stecken 60 Magnete in dem Motor und die haben doch keinen Energiewert von 0? Die kinetische Energie die aufgrund der Anziehungskraft und Bewegung erzeugt wird, kann sich doch nicht in Luft auflösen. Natürlich werden die 2 Elektromagnete auch zum Antrieb beitragen, aber ich kann mir nicht vorstellen, dass der Motor genauso schnell sein wird, wenn ich den ohne Magnete betreibe, sondern nur mit den beiden Elektromagneten. Aber genau das ist eure Meinung? Ich kann die Magnete auch sein lassen, es kommt eh das gleiche raus?
Es mag sein, dass ich irgendwo hoffe, dass das Teil ein Perpetumm Mobile wird. Aber ich meine eher das Potential einen Motor zu bauen, der zwar weniger Kraft hat als ein reiner Elektromotor, aber dafür deutlich weniger Stromverbrauch. Das wäre doch auch schon ein Erfolg.
Dankeschön!
Moin,
Aus https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromotor#Grundprinzip/Funktionsweise
Die Drehbewegung eines Elektromotors beruht auf den Anziehungs- und Abstoßungskräften, die mehrere Magnetfelder aufeinander ausüben (Lorentzkraft). Im üblichen Elektromotor gibt es einen feststehenden Außenteil sowie einen sich darin drehenden Innenteil. Entweder besitzt einer davon Permanentmagneten und der andere elektrische Spulen, oder beide Komponenten besitzen Spulen. Jede stromdurchflossene Spule erzeugt ein Magnetfeld, dessen Ausrichtung (Nordpol/Südpol) abhängig von der Stromrichtung ist – fließt der Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Spule, so wird auch das Magnetfeld umgedreht. Durch fortwährendes Umschalten der Stromrichtung bzw. passendes „Umpolen“ der Spulen während des Umlaufs wird eine kontinuierliche Drehung des Innenteils erreicht.
Elektromotoren können je nach Bauart Permanentmagneten beinhalten, müssen es aber nicht. Der Begriff „Magnetmotor“ ist ein Begriff aus den Parawissenschaften, der ein Konzept beschreibt, das nicht funktioniert.
Was ist daran so neu, außer für dich ganz persönlich? Viele Elektromotoren werden elektronisch so gesteuert, dass die elektrische Leistungsaufnahme möglichst optimal dem entspricht, was man an mechanischer Leistung an der Welle braucht. Besonders haben sich da die BLDC https://de.wikipedia.org/wiki/Bürstenloser_Gleichstrommotor Motoren hervor getan und sich weit durchgesetzt, die du als Antrieb in einer Drohne oder einem Pedelec findest, ebenso auch in den kleinen Lüftern eines PC.
Letztlich entscheidet der Wirkungsgrad, dessen Weltrekord übrigens bei 99,05% liegt: https://www.industr.com/de/weltrekord-elektromotor-mit-fast-prozent-energieeffizienz-2299451
Bei Tests kurz vor der Lieferung an einem sechspoligen 44-Megawatt-Synchronmotor von ABB konnte der vertraglich festgelegte Wirkungsgrad von 98,8 Prozent um 0,25 Prozent überschritten werden. Damit wurde ein Weltrekord in der Effizienz von Elektromotoren aufgestellt. Der durchschnittliche Wirkungsgrad dieser Synchronmotoren liegt zwischen 98,2 und 98,8 Prozent. Wenn sich der Motor im Dauerbetrieb befindet, werden anhand der Effizienzsteigerung von 0,25 Prozent jährlich 1000 Megawattstunden Strom eingespart. Dies entspricht dem jährlichen Energieverbrauch von 240 europäischen Haushalten.
-Luno
Doch, kann sie, und das haben wir dir schon mehrfach erklärt.
Jeder Magnet wirkt anziehend auf das Eisen im Rotor, wirkt also zunächst beschleunigend, bis das Eisen ganz nahe ist, und dann aber abbremsend, wenn das Eisen sich wieder entfernt. Durch deine Konstruktion ziehen die folgenden Magnete aber stärker, als die bereits passierten abbremsen.
Anschaulich, wie ganz am Anfang bereits: Jeder Magnet ist wie eine Kuhle im Boden, das Eisen wie eine rollende Kugel. Die wird natürlich schneller, wenn sie in die Kuhle hineinrollt, aber wenn sie am tiefsten Punkt vorbei ist, wird sie wieder langsamer. Am Ende ist sie genauso schnell wie vorher. Beziehungsweise, weil es immer irgendwelche Verluste durch Reibung oder so gibt, kann es sein, dass sie es nicht bis über den Rand der Kuhle hinaus schafft, und zurück rollt. Sie bleibt irgendwann im tiefsten Punkt liegen.
Deine Konstruktion wirkt wie viele sich überlagernde Kuhlen, die dann zu einer großen werden. Da die folgenden Magnete immer stärker werden, ist die Kuhle ganz rechts auch am tiefsten, und das ist dann dein Klebepunkt.
Durch deine E-Magneten machst du die Kuhle breiter und tiefer (gestrichelt), so dass die Kugel weiter nach rechts kommt. Im letzten Moment willst du die Magneten abschalten, und die Kugel sozusagen mit nem Aufzug auf die Höhe der ursprünglichen Kuhle befördern - ohne ihre Geschwindigkeit zu ändern. Natürlich schafft die Kugel es dann, der Kuhle zu entkommen, und wird dann auch schneller als ganz am Anfang sein. Aber eben nur, weil du bei der Aufzugfahrt Energie rein gesteckt hast.
(Nein, das ist keine echte Berechnung, das sind einfach ein paar Gaußkurven zur Illustration)
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Moin,
Danke für diesen anschaulichen Vergleich.
-Luno
Sehr gut erklärt, aber trotzdem widersprichst du dich.
Genau das ist das Ergebnis der kinetischen Energie die ich von den Magneten gewinne. Du sagst genau mit diesem Satz, dass ich mehr Energie habe als am Anfang. Das widerum bedeutet, dass sich die kinetische Energie eben nicht in Luft auflöst. Und nur darum geht es doch, ob ich am Ende durch die Magneten mehr Energie habe, als am Anfang. Also nochmal die Frage: Wird die kinetische Energie die ich durch die Magneten gewinne in Luft aufgelöst und wenn ja, wo passiert das?
Im Rotor steckt übrigens nicht einfach nur Eisen, sondern auch Magnete.
Die Bewegung in Elektromotoren erfolgt immer durch Strom, egal in welcher Weise. Mein Motor enthält 60 Magnete und innerhalb dieser 60 Magnete erfolgt die Bewegung nur durch Magnetismus. Zwischen Magnet 1 und Magnet 60 wird KEIN Strom induziert. Das bedeutet für mich, dass es in diesem Abschnitt kein Elektromotor sein kann, sondern ein Magnetmotor, weil die Bewegung eben nur von Magnetismus kommt.
Aber nicht von den Permanentmagneten, sondern vom Elektromagnet - genauer gesagt von seiner Stromquelle.
Der Rotor zappelt im Potentialminimum hin und her, bis die kinetische Energie in Wärme umgewandelt wurde.
Wie schaffst Du es da eigentlich Unwuchten zu vermeiden? Weil das Ding sich mit ständig wechselden Winkelgeschwindigkeiten bzw. Drehmomenten bewegt, würden die sich bei hohen Drehzahlen noch verheerender auswirken als bei einem herkömmlichen Motor.
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