Warum wird bei Elektromotoren der Stator meistens nur von der Innenseite genutzt?
Hallo zusammen
Bei einem Elektromotor, egal ob PSM, ASM oder FSM wird ja meitens aussen ein Magnetfeld durch Spulen erzeugt und ein inneres Magnetfeld angetrieben. Die Spulen sind somit im Srator radial angeordnet. Warum wird nur die Seite des Magnetfeldes genutzt, die zur Achse des Motors zeigt und nicht auch das Magnetfeld, welches aussen am Stator wirkt? Wenn der Rotor noch eine Hülle hätte, die aussen noch Magnete um den Stator laufen, könnte man doch mehr Energie nutzen oder nicht? Irgendwie denke ich aber nicht, denn nach meinen Gedanken müsste man ca. 100% mehr Energie übertragen können, was ja jetzt schon bei einem Wirkungsgrad von 90% nicht möglich ist. Die Konstruktion wird sicher komplizierter, aber wenn man mehr rausholen könnte, würde sich das ja lohnen.
3 Antworten
Du würdest das Magnetfeld dann auch außen beeinflussen und dieser Einfluss wirkt sich negativ aus, wo es eigentlich positiv wirken muss.
Diese Welt schenkt nichts! Um voranzukommen müssen wir etwas zurücklassen. Nichts geht ohne Verlust.
Du hast schon Recht aus meiner Sicht, dass das Magnetfeld des Stators auch nach außen wirkt:
Das ändert aber aus meiner Sicht nichts daran, dass Du nichts gewinnen wirst. Sowohl das Drehen des Rotors ist ein Kraftaufwand, als auch das Erzeugen von weiterer Energie, die Du über die Außenfeldströme zu generieren versuchst.
Ein Beispiel:
Ein Auto gibt einem anderen Wagen Starthilfe. Normalerweise ist es so, dass beim Starten des anderen Fahrzeugs der starhilfegebende Wagen in der Drehzahl absackt, wenn man kein Gas gibt und selbst wenn merkt man das auch noch. Warum ist das so?
Es liegt nicht (nur) daran, dass viel Strom aus der Batterie gezogen wird. Es liegt auch daran, dass die Lichtmaschine des Starthilfe gebenden Wagens in diesem Moment hoch belastet wird und diese Last muss der Verbrenner kompensieren.
Das wäre bei dem von Dir gedachten Szenario wohl ebenfalls so. Der Motor kompensiert das dann durch höhere Stromaufnahme.
Du kannst den Wirkungsgrad nicht so verbessern, ohne Last in Kauf zu nehmen. Bei gleichbleibender Last wäre es wohl anders, aber das würde ich hier nicht annehmen.
Aha, also das Magnetfeld "merkt" also wenn es gebraucht wird und "saugt" dann mehr Strom (Ampere)? Also so wie ein Induktivladegerät auch weniger Energie im Leerlauf braucht, als wenn man ein Handy drauf legt.
Mach doch einen einfachen Test.
Besorge Dir einen kleinen Elektromotor, den Du mit der Hand gefahrlos stoppen kannst. Lege Spannung an und ein Amperemeter.
Dann bringst Du Widerstand auf die Laufachse des Motors und beobachtest das Amperemeter. Die Stromaufnahme steigt an.
Elektromotoren brennen selten durch, weil sie so schlecht verarbeitet sind, sondern eben weil die Stromaufnahme enorm ansteigen kann und das zu thermischer Überlastung der Wicklung führt.
Deswegen verbaut man Motorschutzschalter (vor allem bei Drehstrommotoren). Die begrenzen den Stromfluss auf das max. Verträgliche für den Motor und unterbrechen den Stromkreis bei Überschreitung.
Ok, das stimmt, vielen Dank für diese Anregungen. Stimmt. Ein Elektromotor braucht mehr Strom, da der Widerstand ansteigt. Ok, vielen Dank, habe ich so verstanden. Sehr gute Erklärung.
Bei einem vernünftig konstruierten Motor "verpufft" Das Magnetfeld natürlich nicht so einfach. Es gibt außen um die Elektromagnete einen Bereich aus Magnetischem Eisen der den Rückschluss zwischen den Magneten herstellt, die ja immer gegensätzlich gepolt sind. Jeweils zwei Magnete zusammen agieren also im Prinzip wie ein "Hufeisenmagnet"
Ich verstehe was Du meinst. Also im Prizip dann 2 Rotoren. Technisch wäre das sicher machbar. In Form von Glockenankermotoren macht man das ja auch schon so ähnlich.
Ich kann mir aber nicht vorstellen, dass man damit den Wirkungsgrad steigern könnte. Reluktanzmotoren, wie sie heute schon in einige Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, haben bereits um die 95%.
Ich habe in einem anderen Kommentar erfahren, dass höhere Leistungen möglich wären, aber der Motor dann auch mehr Ampere zieht.
Das würden dann aber die vorhandenen Wicklungsdrähte nicht aushalten, denn die sind für den Nennstrom berechnet.
Bei Bifilarwicklungen wäre das kein Problem. Ist im Modellbaubereich schon seit den 90ern normal. Weniger Windungen dafür mehr Drähte. Dadurch kann ein höherer Strom fließen und man hat ein stärkeres Magnetfeld.
Es gab sogar Motoren die waren 7x4 gewickelt. Also 4 Drähte aber nur 7 Windungen pro Ankerteil.
Da helfen auch bifilare Wicklungen nichts. Kupfer hat einen ohmschen Widerstand. Das führt bei Stromfluss zu Erwärmung. Pro Quadratmillimeter geht eben nur ein bestimmter Strom, sonst verbrennt die Isolierung (Lack). Die Erwärmung geht sogar überproportional mit dem Stromfluss. Doppelter Strom = vierfache Verlustleistung. Und da sich bei Erwärmung der Widerstand des Kupfers weiter erhöht, wird es noch schlimmer.
Es macht schon einen erheblichen Unterschied ob ich einen Draht mit sagen wir 0,25mm nehme oder 2 die zusammen den doppelten Querschnitt haben. Oder gar 4, wie in meinem Beispiel.
Durch die Drehzahl des Ankers ist dieser zawangsgekühlt durch die umgebende Luft. Wenn man jetzt noch dafür sorgt, dass der Motore genügend Frischluft bekommt, die über den Anker geleitet wird, kann man eine ganze Menge Wärme abtransportieren.
Ja, eine gute Belüftung wird dafür sorgen, dass man mehr Leistung herausholen kann.
Normalerweise verwendet man bei der Ausführung mit einem einzelnen Wicklungsdraht einen Querschnitt, der den vorhandenen Platz auf dem Spulenkörper optimal ausnützt. Also ist damit eine bestimmte Leistung möglich.
Ich könnte also in einem solchen Fall keine zwei solcher Drähte bifilar wickeln, weil die einfach keinen Platz mehr hätten.
Also wären zwei Drähte kleineren Querschnitts notwendig, wodurch die Strombelastbarkeit pro Draht etwa auf die Hälfte zurückginge. Zusammengefasst könnte man also aus diesem Konstrukt auch nicht mehr Leistung ziehen.
Das einzige was vielleicht optimaler wäre, bei mehreren Drähten, den Luftraum zwischen den einzelnen Windungen besser auszunutzen. Aber bei zwei Drähten braucht somit die Lackisolation wieder mehr Raum.
Also das Magnetfeld vom inneren Rotor würde das vom äusseren Rotorbeeinflussen, da es genau umgekehrt wirkt? Verstehe ich das richtig?