Brushless FAQ

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Brushless FAQ


Was ist denn ein Brushless FAQ?
FAQ ist die Abkürzung für Freqently Asked Questions und stellt eine Informationssammlung rund um brushless Technologie da.

Darf ich dieses FAQ kopieren und verbreiten?
Ja, aber unter folgenden Bedingungen:
Eine Weiternutzung in Teilen oder als Ganzes ist nur bei gleichzeitiger und vollständiger Quellenangabe gestattet.
Dazu zählen die Homepage dieses Forums (mit Link oder URL-Angabe) und die Nennung des Autors.






Fangen wir zuerst mit dem Motor an, wodurch unterscheidet sich ein brushless/bürstenloser Motor von einem Bürstenmotor,
ganz einfach und offensichtlich fehlen die Motorkohlen und der Komutator/Kollektor, kurzum die elektromechanischen Elemente
die den Bürstenmotor in Rotation versetzen und auch dem grössten Verschleiss unterliegen.
Darin liegt auch der mechanische Vorteil des brushless Motors, was auch seinen besserer Wirkungsgrad begründet.
Kommen wir nun zum Aufbau des Brushlessmotors der sich gänzlich vom Bürstenmotor unterscheidet.
Im Gegensatz zu einem Bürstenmotor wo der Spulenkörper rotiert, stehen die Spulen/Wicklungen bei einem
brushless Motor fest und der oder die Magnete, die mit der Welle mechanisch verknüpft sind, rotieren.
Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist, dass bei einem brushless Motor drei Kabel, meisst unterschiedlich farbig gekennzeichnet,
aus dem Motorgehäuse herausgeführt sind, anstelle von zwei Lötlaschen wie beim Bürstenmotor.
Grundsätzlich unterscheidet man bei brushless Motore zwischen zwei Bauformen, dem Innenläufer und dem Aussenläufer.

Innenläufer:


Aussenläufer:


Der grunsätzliche Unterschied zwischen Innen- und Aussenläufer leigt darin, dass beim Innenläufer die Wicklungen/Spulen
um den rotierenden Magneten angeordnet sind, wogegen beim Aussenläufer die rotierenden Magnete bzw. die Magnetglocke
um die Spulen angeordnet sind. Dieser mechanische Unterschied hat zu folge das ein innenläufer wesentlich höhere Drehzahlen
erzeugen kann als ein Aussenläufer,der Aussenläufer allerdings ein wesentlich höheres Drehmoment erzeugt, was meisst bei
gleicher Bauform ein Vielfaches an Drehmoment ist. Insgesammt gesehen ist der Aussenläufer bei brushlesss Motore das energetisch
bessere Konzept, deswegen hat er bei gleicher mechanischer Güte auch einen immer etwas besseren Wirkungsgrad als ein Innenläufer.
Um mal einen plastischen Vergleich zu bringenn, das was bei brushless Motor der Innenläufer ist bei einem Automobil der Benzinmotor,
der Aussenläufer hingegen währe bei einem Automobil der Dieselmotor. Deswegen gilt es, wenn möglich, ist in einem RC-Modell ein
Aussenläufer zu bevorzugen.

Wodurch aber wird eine Brushless motor in Rotation versetzt?
Diese Aufgabe übernimmt der Regler. Dieser erzeugt ein sich drehendes Magnetfeld in den Spulen was die Magnete hinter sich her zieht.
Man erkennt diese Regler daran, das sie üblicher Weise ein Servonaschluss zwei Batrieanschlüsse und im Gegnsatz
zum Bürstenmotor Regler,drei Motoranschlüsse besitzen.

Einem brushless Regler ist es egal ob er seine gefortderten Strom und Spannung von einem LiPo, NiMh oder Blei-Akku bekommt.

Brushless Motore erforden einen gesonderten Regler der ein dreiphasiges rotierendes Magnetfeld erzeugt,
was synchron zur Drehzahl des Motors sein muss. Auf diese Fähigkeit liegt ein besonderes Augenmerk,
da dies eins der Hauptqualitätsunterschiede bei den bruschless Reglern darstellt.

Woher wiess den ein brushless Regler wie schnell sich ein Motor dreht oder was ist "Cogging"?

Dazu gibt es zwei Möglichkeiten:

1. Es Handelt sich um einen sogenanntes sensorgestütztes System, was am Motor Hallsensoren erforderlich macht,
über diese Hallsensoren ermittelt der Regler dann die Drehzahl des Motors. Solche Motore stammen noch aus der
ersten Stunde als die brushless Technologie im RC-Sektor Einzug hielt und sind heutzutage so gut wie nicht mehr erhältlich,
daher werde ich auf diese Technik nicht näher eingehen.


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2. Es ist ein sogenanntes sensorloses System, wo anhand von Messung der Stromspitzen, die der Motor durch seine Rotation erzeugt,
die Drehzahl ermittelt wird. Diese Messdaten müssen sehr genau erfasst und in Sekundenbruchteile in einer Regelgrösse
ausgegeben werden. Dies erledigt ein, in jedem Regler befindlicher, Microcontroller mittels einer "aufwendigen" Software.
Qualitätsunterschiede bestehen darin wie präzise und schnell diese Messgrössen erfasst und und ausgewertet werden.

Patzt der Regler in vorbezeichneter Disziplin, was auch durch falsche Timing oder Anlaufzeitwerte verursacht werden kann, kommt es dazu, dass das vom Regler erzeugte Drefeld nicht mehr synchron zum Motor läuft, was gerade beim Anlaufen des Motors zu einem Stottern führt, welches als "Cogging" bezeichnet wird.

Aufgrund desssen das diese Messdaten zu jedem Motor spezifisch erfasst werden müssen, ist es bei brushless Reglern auch nicht möglich zwei oder mehrere Motore an einem Regler zu betreiben !

Es sei noch erwähnt das man bei Flugzeugen öfters zwei dicke Aussenläufer auf einer Welle sieht, die mit nur einem Regler arbeiten. Dies funktioniert dadurch das man Spulenanker und Magnetglocke genau zueinander ausgerichtet hat und sich so die beiden Motore wie ein Motor gegenüber dem Regler darstellen.


Die Sache mit dem Timing:

Wie bei einem Bürstenmotor macht es Sinn eine Art "Frühzündung" ein zu leiten, da Motorspulen letztlich Induktivitäten darstellen,
bei denen der Strom nicht unmittelbar an die anliegende Spannung gekettet ist, sondern verzögert einsetzt und dafür beim Abschalten
noch nachfließt. Das heisst, die einzelnen Spulen werden etwas früher ein- und ausgeschaltet, als dies ihrem geometrischen Drehwinkel entspricht.
Bei einem Bürstenmotor erreicht man diese durch verdrehen des Bürstenlagerschildes entgegen der Laufrichtung, beim brushless Motor übenimmt dies der Regler.
Deswegen gibt es bei brushless Motore auch keine Laufrichtungsoptimierung.

Einem brushless Motor ist es egal ob er rechts oder linksrum dreht!

Geschickt arbeitende Regler sorgen dafür das die Frühzündung nicht statisch bleibt sondern der Drehzahl und Stromaufnahme entsprechend
nachgeführt werden, was auch ein Vorteil gegenüber Bürstenmotore darstellt, da sich dies energiesparend auswirkt. Bei Reglern die keinerlei
Einstellmöglichkeiten haben ist es sehr beliebt, mit einem relativ grossen Timingwert von 30° zu arbeiten, da sich dieser Wert sehr
unkritisch von Phasen zu Phasenzyklus überschneidet bzw. anhängt. Allerdings neigen die meissten Motore bei diesem Wert dazu uneffektiv
viel Strom zu ziehen und wertvolles Drehmommnet zu verschenken. Pauschal kann man den Zusammenhang beim Timing so erklären:

Je grösser der Timingwert (in der Regel 7,5-30°) um so höher dreht der Motor aus, um so geringer sein Drehmomment und um so grösser
seine Stromaufnahme.

Ein idealer Mittelwert, mit der jede Bauart läuft, ist daher 15° Timing.
Allerdings gibt es bauartbedingte Timing-Vorlieben der Motore! Die meissten Innenläufer z.B. haben oberhalb von 15° Timing
keinen nennenswerten Drehzahlzugewinn aber dafür einen um so deutlicheren Verlust an Drehmomment bei noch grösserm Anstieg der Stromaufnahme
Bei den Aussenläufern muss man widerum unterscheiden, dort gibt es hochdrehende Typen (meisst über 2500 U/V) mit geringer elektronischer Untersetzung, bei denen es sich ähnlich verhält wie bei den Innenläufern und es gibt die langsam drehenden mit hoher elektronischer Untersetzung
die z.B. unter 15° Timing keinen nennenswerten Drehmommentzugewinn und eher eine geringfügige Stromersparniss aufweisen, dafür aber deutlich
an Drehzahl einbüssen.

Was hat es mit der Anlaufzeit/Hochlaufzeit/Beschleunigungszeit, die bei einigen Reglern erwähnt wird, auf sich ?

Pauschal kann man festhalten je geringer dieser Wert desto grösser der Leistungshunger/ Stromaufnahme beim Anlaufen aus dem Stillstand.
Bei einigen Reglern beinflusst dieser Wert nicht nur das Analaufverhalten des Motors aus dem Stillstand sondern auch das Beschleunigungsverhalten
generell. Dabei sind Werte über 1 Sekunde als unkritisch zu bezeichnen und dienen überwigend um Akkuleistung zu sparen. Werte unter 0,2 Sekunden
können sich motorkritisch auswirken. Generell sollte man mit Werten unter 0,4s vorsichtig umgehen, da sich bei diesen Werten ausser sehr hohe
Motor-Anlaufströme meisst kein nennswerter Zugewinn an Beschleunigung bildet. Der Antriebsstrang wird es einem in der Regel mit Langlebigkeit und
Zuverlässigkeit Danken, wenn man dort nicht zu niedrige Werte wählt. Die jenigen die auf Rekordjagt mit der zugehörigen Matrialschlacht
bei der Beschleunigung sind, können sich ruhig mit Werten unter 0,1s versuchen.



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[techno_magier]

In der Fliegercene hat sich eine Faustregel zu Ermittelung des optimalen Wertes durchgesetzt, die eigentlich auch bei jedem anderen Modell anwendbar ist.

1. Mit dem höchsten Wert bzw. max. 1s Hochlaufgeschwindigkeit anfangen und mit dem Gasknüppel immer ruckartig
beschleunigen, bei voll geladenem Akku. (Es ist sinvoll ein (Zeit)Gefühl dafür zu entwickeln!)

2. Nächstkleineren Wert am Regler einstellen. Ist ein Geschwindigkeitsgewinn/bessere Beschleunigung deutlich spürbar, nächstkleineren Wert probieren,
ansonsten siehe 3.

3. Ist kein Geschwindigkeitsgewinn/bessere Beschleunigung zu erkennen letzte oder besser vorletzte Einstellung wählen!



Die Vorteile der bürstenlosen Motorentechnologie liegen klar auf der Hand:

1. Der brushless Motor ist nahezu wartungsfrei, einlaufen lassen, Kohlenwechsel, Kollektor abdrehen wie beim Bürstenmotor entfallen.
2. Gleiche Wellenleistung wie bei einem Bürstenmotor bei weniger Gewicht und kleineren Abmessungen des Motors.
3. Besserer Wirkungsgrad dadurch werden länger Fahrzeiten erreicht oder es können kleinere Akkus verwendet werden.

Da mittlerweile zwischen hochleistungs Bürstenmotor und einem brushless Motor gleicher Leistung kein Preisunterschied mehr besteht bzw.
dieser nur noch sehr gering ist, ist der Trend zum brushless Motor nur ein logischer Schluss.
Ok Die Regler sind noch vergleichsweise teuer, dort müssen Mehrkosten von 30-50% zu einem vergleichbaren Bürstenregler in kauf genommen werden.
Unterm Strich allerdings ist der brushless Motor auf längere Sicht allerdings der preiswertere Motor, da kein Wartungsaufwand und
wesentlich länger haltbar als ein Bürstenmotor.

Nachteile möchte ich hier auch nicht verschweigen.

Wie bei einem Bürstenmotor unterliegen die Lager auch dem Verschleiss und es kommt bei Aussenläufern vor,
das sich die Wicklungen über die Zeit längen, was dann zu Vibrationsgeräuschen führt.

Informative Links:

Die jenigen die sich für den Selbsbau von brushless Motore interessieren sein die Seiten von www.powercroco.de/ nahegelgt.
Dort wird auch erklärt was Nuten und Pole sind und wie es sich mit der elektronischen Untersetzung verhält, die übrigens auch auf den Seiten von Torquemax
http://www.aerodesign.de/peter/2001/LRK350/index.html gut erklärt werden.

Weitere Fragen rund um brushless Technologie lassen sich hier stellen

http://549.rapidforum.com/viewtopic.php?t=15513

Hier geht es um das Programmieren und dem Regler vom Mamba Set

http://549.rapidforum.com/viewtopic.php?t=15171

http://549.rapidforum.com/viewtopic.php?t=11319

Hier geht es zu einem Thread der eine Übersicht über kleine brushless Regler bieten soll

http://549.rapidforum.com/viewtopic.php?t=13686



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[Mr.Stormi]

Hallo zusammen,

Ich hätte da noch eine paar Fragen wie kann ich flugregler von reglern unterscheiden die für RC cars geeignet sind.
Kann es sein das Flugregler meist günstiger sind als Fahrtregler??

[Dany_the_kid]

Ganz einfach, indem man die Beschreibung und Anleitung liest. Das steht i.d.R drin was der Regler kann und wenn da was von proprtionaler Bremse und Rückwärtsgang steht wirds wohl ein Car-Regler sein, oder?

MFG
Dany - wieso kann man hier überhaupt was posten?

PS: Ich glaube diese Beiträge habt nur ein sehr kurze Halbwertzeit.
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Daniel wird beschleunigt von seiner ZZR1100
Hier zu finden bei Flickr
http://www.flickr.com/photos/28673287@N06
Und hier bei Youtube
http://www.youtube.com/user/DaggdaDee

[anubis]

flugregler haben keinen rückwärtsgang, man muss mit einem flugzeug ja auch nicht rückwärts fliegen. auch die bremsfunktion ist meist nur so verwirklicht, dass auf 0 Gas die bremse aktiviert wird. diese kann man dann meist in 3 einstellungen aktivieren "soft, middle, hard" und dient dazu den propeller in der luft anzuhalten. da diese 2 für cars wichtige optionen nicht in einem flugregler eingebaut sind ist der programmieraufwand für einen flugregler geringer. hieraus resultiert der geringere preis.

generell kann man mit einem flugregler auch fahren, fährt man allerdings vor eine wand muss man das auto manuell umdrehen.
desweiteren nimmt man eine mehr oder weniger schlechte bremsfunktion in kauf.

der fahrspaß ist durch einen flugregler also deutlich eingeschränkt


schönes faq!