"Spulenfiepen" beim Elektromotor

[robosapiens]

Ich habe eine generelle Frage und möchte dazu mein Problem aufzeigen, was man hoffentlich beheben kann.
Wieso fiept ein E-Motor bei niedriger Drehzahl oder unter Last? Liegt es an einem Ladungsüberschuss? Bitte entschuldigt meine grobe Umschreibung, kenne den Fachausdruck nicht :)
Kann man dieses "Spulenfiepen" irgendwie minimieren oder gar komplett auslöschen?

Vielen Dank schonmal

[Geistesblitz]

Wie betreibst du denn deinen Motor? Wenn du ihn mit PWM betreibst, dann schlägt sich die PWM-Frequenz auch ein wenig in der Mechanik nieder, der Rotor vibriert also ganz leicht mit dieser Frequenz, wodurch das Fiepen erzeugt wird. Abhilfe dürfte eine höhere PWM-Frequenz schaffen (außerhalb des hörbaren Bereichs), allerdings hast du dann mehr Schaltverluste.

[robosapiens]

Hallo,
danke für deine Antwort. Es handelt sich diesmal nicht um den Sektor Robotik sondern Modellbau, ist aber beides verwandt :)
Es handelt sich um einen Modellbau LKW mit Soundmodul. Der Sound ist klasse, wird aber durch das Fiepen des Motors komplett zerstört, was mich ziemlich ärgert.

Du hattest geschrieben, dass die PWM Frequenz erhöht werden muss, was leider bei einem Fahrtenregler nicht funktioniert... Kann ich mir aber vielleicht ein kleines Modul löten mit einem Atmel MIcrocontroller o.ä. der die Frequenz erhöht?

[Geistesblitz]

Das würde bestimmt gehen mit nem AVR, nur weiß ich nicht, ob das vielleicht Störungen durch unsaubere Messungen reinbringen könnte. Musst du wohl selber probieren. Ansonsten kannst du auch mal probieren, einen Kerko zwischen die Motoranschlüsse zu löten. Welche Größe musst du mal ausprobieren, aber ich denke mal, dass der höherfrequente Anteile ein wenig unterdrückt bekommt. Wenn das Fiepen immernoch zu laut ist den nächstgrößeren veruschen. Kann da aber auch nix garanieren, ist gerade nur eine Idee, die mir gerade kam. Hab gerade auch nix hier, um das testen zu können. Normalerweise werden an DC-Motoren eh ein paar Kerkos gelötet, um ihn zu entstören (zB. wie hier (http://www.rc-forum.de/drupal/userfiles/image/rc_berichte/autoren/RobertvonGoess/511-Entstoeren_g.jpg), Werte können je mach Motor abweichen, mehr dazu hier (http://www.rc-forum.de/content.php?149)).

[robosapiens]

Der Motor ist bereits entstört.
Ist die Stromstärke nicht zu hoch um zwischen motor und masse einen Kondensator einzulöten? Der Motor zeiht zwischen 30 und 50 Ampere.

[PICture]

Hallo!


Kann man dieses "Spulenfiepen" irgendwie minimieren oder gar komplett auslöschen?

Als erstes werde ich feststellen was wirklich fiept der E-Motor wegen PWM, oder der Soundmodul wegen EMV vom Motor und erst dann eine Lösung suchen.

[robosapiens]

Das Soundmodul fiebt nicht. Es ist sicher der Motor.

[Besserwessi]

Die PWM Frequenz könnte man ggf. durch einen anderen Fahrtenregler ändern. Es ist halt ungünstig wenn die PWM Frequenz mit einer mechanischen Resonanz zusammenfällt.

In Grenzen könnte man die Geräusche vom Motor dämpfen, etwa durch etwa gummiartiges auf der Motoroberfläche oder zwischen dem Motor und der Halterung.

[robosapiens]

Den Fahrtenregler möchte ich nicht tauschen, da er in einem Tank eingebaut ist, der optisch das Gesamtbild abrundet.
Den zwsichenraum zwischen Motor und Motorhaube kann ich nicht mit Schaumstoff o.ä. ausfüllen, da dort der Lautsprecher vom Soundmodul sitzt.
Kann man etwas erreichen, in dem man die Entstörkondensator größer 10NF und 47NF wählt?

[i_make_it]

Testweise kann man mal mit einer Schlauchschelle (keine Kabelbinder) zwei Stücke Blei (Masse und nicht magnetisch) am Motor festmachen. Das sollte die Frequenz senken und Läutstärke verringern wenn es eine mechanische Resonanz ist.

[Besserwessi]

Ein vergrößern der Entstörkondensatoren allein wird nichts bringen, dafür sind die Kondensatoren einfach viel zu klein. Was eventuell etwas bringen könnte wäre eine Drossel zwischen Fahrtenregler und Motor. Allerdings müsste die Drossel schon recht groß (ggf. ähnlich groß wie der Motor) sein für den hohen Strom (wenigstens den Leerlaufstrom) und die relativ niedrigen Frequenzen im Audiobereich.

Eine andere PWM Frequenz wäre der logischere Weg. Da könnt man auch erst einmal mit einem anderen Fahrtenregler oder einer PWM Steuerung testen welche Frequenz passt. Beim bestehenden Fahrtenregler lässt sich die Frequenz vermutlich nicht ändern, das wäre eine Ausnahme.

Zur akustischen Dämpfung am Motor geht es mehr um den Körperschall, als Luftschall direkt vom Motor. Da reicht dann ggf. eine Art Aufkleber auf dem Motor, oder etwa ein Stück Blech (auch Eisen ist erlaubt), dass mit Doppelseitigem Klebeband und ggf. zusätzlich einer Schlauchschelle befestigt ist. So ähnlich kann man auch durch eine dünne (0.2-1 mm) Zwischenlage am Flansch die Weiterleitung an das Gehäuse reduzieren. Da eine direkte Messung schwer ist, wird man da etwas probieren müssen. ohne Garantie dass es viel bringt.

[robosapiens]

Was meinst du mit Drossel? Und was soll die genau verbessern?

[PICture]

Wieso fiept ein E-Motor bei niedriger Drehzahl oder unter Last?

Was für ein E-Motor ? Ohne genauer Beschreibung (Foto ?) ist keine konkrete Hilfe möglich. :confused:

[robosapiens]

Also ein Datenblatt vom Motor habe ich leider nicht. Ich kann lediglich ein Foto zeigen. Der Motor hat auf jeden Fall:
- 0,7A Leerlaufstrom
- 9A Maximalstromaufnahme
- 12V Betriebsspannung

29572

[PICture]

Der Motor zeiht zwischen 30 und 50 Ampere.

... kann aber max. 9 A, also muss die Versorgungsspannung gesenkt werden, weil er zu schwach für vorhandene Belastung ist. :confused:

[robosapiens]

Senken der Versorgungsspannung soll das Fiepen vernichten? Wenn ja, wieso?

[i_make_it]

Jetzt wären Angaben zum eingesetzten Fahrtenregler noch von Interesse.

Ist da ein Robbe oder Graupner Entstörsatz verbaut oder selbst zusammengestellt?

Ich hatte bei den Robbe EF 76 navy die Entstörsätze mit 4 Kondensatoren und 2 Drosseln direkt auf die Anschlußfahnen gelötet.
Ich hatte aber auch noch einen alten Fahrtenregler ohne so hohe Taktung wie die neuen.
Bei einigen Fahrtenreglern gibt es einen Trimmer zum anpassen an den Motor.
Generell wurde aber immer empfohlen beim Umrüsten von mechanischen auf elektronischen Fahrtenregler die Motoren noch mal nach zu entstören.
Also weitere Kondensatoren parallel einzulöten.
Der Starmax 48 wurde halt noch für mechanische Fahrtenregler entwickelt, da gab es kein PWM.

Betreib den Motor testweise mal mit 7,2V das ist die übliche Spannung eines 6 Zellen Racing Pack und dann versuch 9,6V (8 Zellen). Den Strom auch unbedingt auf die 9A beschränken (selbst die sind nur kurzfristig erlaubt). Der navy wurde nicht umsonst mit Wasserkühlung betrieben.

[robosapiens]

Hallo,
danke für die Umfangreiche Rückmeldung. Ich kann keinen anderen Akku als den 11,1Volt Lipo verbauen, weil die Lichtanlage und das Soundmodul auf die Spannung angepasst ist.
Verbaut ist folgender Fahrtenregler: http://www.modellbau-peters.de/elektronischer-fahrtregler-im-rundtank.html

Habe den Motor mit zwei 10NF und einen 47NF Kondensator entstört.

[i_make_it]

Versuche es doch mal mit so einem Motorentstörfilter:
http://www.order.conrad.com/xl/2000_2999/2300/2340/2345/234559_BB_00_FB.EPS.jpg

(http://www.order.conrad.com/xl/2000_2999/2300/2340/2345/234559_BB_00_FB.EPS.jpg)

[Peter(TOO)]

Hallo,

danke für die Umfangreiche Rückmeldung. Ich kann keinen anderen Akku als den 11,1Volt Lipo verbauen, weil die Lichtanlage und das Soundmodul auf die Spannung angepasst ist.
Verbaut ist folgender Fahrtenregler: http://www.modellbau-peters.de/elektronischer-fahrtregler-im-rundtank.html

Habe den Motor mit zwei 10NF und einen 47NF Kondensator entstört.
Naja, da steht nichts zur PWM-Frequenz.
Und die Kondensatoren werden nicht wirklich was bringen, da ändert sich höchstens der Ton etwas.

Zurück du deiner eigentlichen Frage, wie entsteht der Ton im Motor(das Folgende gilt, wo angebracht, auch für Drosseln und Transformatoren):
1. Spule. Die Magnetfelder wirken auch Kräfte auf die Spulendrähte aus, welche versuchen sich im Takt des Stroms zu bewegen. Vergossene Spulen sind deshalb leiser als locker gewickelte.
2. Das Eisenpaket besteht meist aus einzelnen Blechen. Ist dieses nicht fest zusammengepresst, flattert auch hier etwas im Takt des Stroms.
3. Magnetostriktion: Je nach stärke des Magnetfeldes, wird das Eisen etwas länger und dafür kürzer.
4. Der Raum zwischen Rotor und Stator ist, durch die Nuten in Rotor und Stator nicht immer genau zylindrisch, hier kann die Luft dazwischen in Schwingung versetzt werden (Tonhöhe ist Drehzahlabhängig).
5. Wenn der Motor nicht mit Gleichstrom oder einem sinusförmigen Strom betrieben wird, "ruckelt" er etwas beim Drehen. Wenn der Strom Ein ist, übt der Motor eine Kraft auf die Welle aus, ist er gerade aus, wird der Rotor von der Welle angetrieben, die Massenträgheit des Rotor dämpft dies natürlich.
6. Lager (Drehzahlabhängig)
7. Resonanz: So ein elektromagnetisches Bauteil wird auch irgendwo montiert und dadurch übertragen sich die Schwingungen auch auf den Rest der Konstruktion.


In deinem Fall, wird die PWM des Fahrtreglers die Hauptursache sein. Der schaltet den Motorstrom dauernd an und aus. Wenn diese Frequenz im Hörbereich liegt, hat man den von die beschriebenen Effekt.
Du kannst den Motor mal direkt am Akku anschliessen, dann hast du nur den Lärm welcher der Motor ohne die PWM-Frequenz macht.

Erste Abhilfe kann sein, dass du den Motor, z.B. durch Gummistreifen, von der restlichen Konstruktion etwas entkoppelst.

Die Idee mit den Drosseln, versucht das PWM-Signal etwas zu verschleifen, dann hast du kein schönes Rechteck mehr, sondern eher ein Trapez. Ein Trapezförmiger Wechselstrom hat aber weniger Oberwellen als ein Rechtecksignal. Die Grundfrequenz bleibt aber. Aber bei dem Strom wirst du da recht dicke Drosseln benötigen. Die andere Frage ist, wie gut dies der Fahrtregler aushält.

Elkos über dem Motor geht auch aus zwei Gründen nicht wirklich. Einerseits entstehen dabei sehr hohe Spitzenströme, welcher der Fahrtregler nicht unbedingt verträgt und andererseits wird die Spannung, beim Rückwärtsfahren, umgepolt, was die Elkos nicht mögen!

Es bleibt also nur den Fahrtregler zu ersetzen oder gegen einen anderen zu ersetzen, welcher eine PWM-Frequenz über den Hörbereich benutzt oder anders konstruiert ist. Evtl. ist es auch noch Möglich den Fahrtregler zu modifizieren.

MfG Peter(TOO)