Brushless Motoren Tuning by Martin Göggerle

Brushless Motoren Statoren

Brushless Motoren Statoren

Auf meine Anzeige über den Verkauf von mir selbst gewickelten im FPV Marktplatzt Deutschland auf Facebook  FPV Racer Motoren hat mich Florian gefragt ob ich nicht etwas über Tuning Maßnahmen an Brushless Motoren für FPV Brain schreiben kann was ich hiermit gerne tue:

Am Anfang steht natürlich die Frage im Raum warum überhaupt selbst wickeln, die Motoren sind doch schon ab Werk gewickelt und laufen prima. Nun meist ist die Wicklung maschinell gemacht und es wurde nicht ein einzelner Draht für eine Windung benutzt, sondern mehrere. Daraus folgt, dass weniger Kupfer im Motor ist und der Innenwiderstand höher als nötig ist.

Um das zu verstehen, vielleicht erst mal einige einfache Grundlagen:
Unsere Brushless Motoren bestehen im Wesentlichen aus drei Phasen welche als Spulen auf den Stator gewickelt werden. Diese drei Phasen werden abwechselnd bestromt durch den Regler (ESC) und bauen dadurch ein Magnetfeld auf. In der Glocke unserer Motoren sitzen dann die Gegenpole in Form von starken Permanentmagneten. Die Abstoß und Anziehwirkung bringt unsere Glocke zum drehen, hier einfach und gut erklärt

Quellenangabe :Dirk Brunner

 

Brushless Stator

Brushless Stator

Je enger der Luftspalt zwischen Stator und Magneten ist, desto besser die Wirkung des Magnetfeldes, deshalb die leicht gebogenen ARC Magneten in den neueren Motoren. Damit verringert man den Luftspalt und erhöht die magnetische Wechselwirkung. In diesem Bereich können wir auch kein Tuning vornehmen, das sind Dinge die einfach vom Hersteller gegeben sind.Wenden wir uns also dem Stator und seiner Wicklung zu. Der Stator ist das Eisenteil in euren Motoren, er ist meist auf dem Statorträger aufgeklebt damit er sich nicht drehen kann. Die „Arme“ nennt man Hammer und die Öffnungen zwischen den Hämmern sind die Nuten. Unsere Motoren haben ja meist eine Bezeichnung wie 2205 2300 KV. Hier steht die 22 für den Durchmesser des Stators und die 05 für die Höhe des Stators in mm. Die zweite Zahl, z.B. 2300 bezeichnet die Umdrehungszahl des Motors pro Volt pro Minute. Bei 1 V dreht sich dieser Motor also mit 2300 U/min ohne Last. Bei einem vollem 4S Lipo mit 16,8 V also 38640 U/min. Die KV Zahl wird immer ohne Last (in unserem Fall Propeller) gemessen.
Die KV eines Motors wird durch die Anzahl der Windungen um die Hämmer des Stators und über die Verschaltung des Motors bestimmt. Als Faustformel kann man sagen:

Weniger Windungen höhere KV Zahl, niedriges Drehmoment
Mehr Windungen niedrigere KV Zahl, höheres Drehmoment

Brushless Motoren wickeln

Brushless Motoren wickeln

Die Windungen bestehen aus isoliertem Kupferlackdraht durch welche der Strom fließt.
Der Kupferdraht stellt für den Strom einen Widerstand dar. Je dünner der Kupferdraht ist, desto höher ist der Widerstand, der Strom hat es also schwerer durch zu fließen, es entsteht mehr Wärme. Ist der Kupferdraht dicker, so ist der Widerstand kleiner und der Strom kann leichter hindurch fließen, es entsteht weniger Wärme.

Genau hier setzt das Tuning an.

Wir machen es dem Strom einfacher, wir wollen, dass die Energie welche wir in das System hinein stecken möglichst in Drehmoment und nicht in Wärme umgesetzt wird.
Schaut man sich die Motoren an, so sind die meist multifilar gewickelt, also mehrere dünne Drähte werden zu einer Windung zusammengefasst, der Widerstand ist hoch. Ersetzen wir diese multifilare Wicklung durch eine monofilare, also durch einen Kupferdraht pro Windung so erreichen wir, dass der Innenwiderstand sinkt, der Strom hat es viel einfach zu fließen, es wird weniger Wärme frei, die zugeführte Energie wird in Drehmoment umgesetzt, der Wirkungsgrad steigt 😉 .Will man nun einen Brushless Motor tunen muss es also das Ziel sein einen möglichst dicken Kupferdraht mit der gleichen Anzahl an Windungen zu wickeln wie das Original hatte.

Ein praktisches Beispiel:
Ein EMAX 2205 2300 KV ist von Werk gewickelt mit 12 Turns/Windungen pro Hammer . Der verwendete Original Draht ist multifilar, 4 Drähte a 0,20 mm und ist in D verschaltet.
Die Kupferfüllung pro Nut beträgt 2,4432 mm². Mit diesem Motor hatte ich eine Flugzeit von 2,5 bis 3 Minuten.Ich habe mir 4 solche Motoren umgewickelt, ebenso auf die original KV Zahl, also 12 Turns aber monofilar mit 0,5er Draht. Die Kupferfüllung pro Nut beträgt 4,2528 mm². Mit diesem Motor habe ich eine Flugzeit von 4 bis 5 Minuten. Die Kraft der Motoren vor und nach dem wickeln haben wir auf einem Motoren Teststand ermittelt
ThrustValuesSupertable .Leider werden bei diesen Tests immer nur Vollgas und Schwebegas ermittelt. Die Bereiche in denen wir uns mit unserem Gasknüppel am meisten bewegen sind da leider nicht berücksichtigt.

Das Ergebnis könnt ihr hier einsehen;

Quellenangabe :http://www.wuzzle.de

Oben habt ihr den Original Motor mit diversen Props und weiter unten kommt dann der „NEW EMAX RS 2205 2370kv selfwound by Cluedo „ Motor. Dieses ist der oben getestete umgewickelte Motor.

Quellenangabe :http://www.wuzzle.de

 

Der „used EMAX RS 2205 2370kv selfwound by Cluedo“ Motor war einer mit ausgebrannter Wicklung. Vergleicht man die Leistung dieses Motors, so sieht man, dass die Magneten durch den Brand keinen Schaden genommen haben weil er grob die gleiche Leistung bringt wie der Fabrikneue.

Schaut ihr noch einen Motor weiter zu dem Emax MT 2204 2300 KV

so seht ihr, dass der von mir gewickelte Motor auch noch eine Leitungssteigerung von ca. 100 g bringt.

Brushless Motoren Tuning

Brushless Motoren Tuning

Das wickeln an und für sich ist nicht so schwierig, allerdings braucht man Geduld und Zeit.

Wenn Interesse besteht kann ich gerne mal einen praktischen Teil machen und beschreiben wie man vor geht und welche Werkzeuge man braucht.

Das FPV Brain Team bedankt sich  bei Martin Göggerle für diesen tollen Bericht und wir hoffen alle  auf einen zweiten Teil sollte weiter  Interesse bestehen.