Hackbrett eBuild

[Dude]

Zeit für Späne ... Rotor sitzt schon mal im Wheel und mit der spanenden Bearbeitung der Rotorglocke zur Aufnahme des großen Innenlagers hab ich auch begonnen.

 

 

Selbstgedrucktes Flügelrad zur zusätzlichen Fixierung des Rotors im Wheel passt auch, muss jetzt noch in feinerer Auflösung gedruckt werden.

 

[Dude]

Prototyp V1.0 ist fertig.

[video=Hub motor test using VESC with BLDC control mode]509

 

Aber erst mal der Reihe nach. Rotorglocke aus Alu und in der Abbildung mit dem großen Innenlager zu sehen. Das große Lager wird in der Glocke mit einem Sicherungsring DIN472 J52 gehalten. Die Innenhülse lagert den Anker/Stator auf der Achse und sorgt über die Achsmutter für eine kraftschlüssige Verbindung des Statoreinsatzes mit der Achse. Die Hülse ist aus Stahl, damit sie auch was aushält - rostfreier Edelstahl versteht sich. In dem Statoreinsatz sind 4 Löcher für die Schraubverbindung zum Stator/Anker und 8 Löcher für die Kabeldurchführung bzw. Notlüftung/Kühlung.

 

 

Teilmontiert seht es dann so aus. Innenhülse im Statur/Anker, von der anderen Seite sieht man den aufgeschraubten Statoreinsatz. Die farbigen Kabel sind noch die Originalkabel mit Dreieckschaltung, die schwarzen sind schon die von mir modifizierte Version mit Sternschaltung. Danke an der Stelle nochmals an Duffman und Boeslia für die gute Beschreibung des Umbaus.

 

 

Die Änderung der Wicklungsverschaltung führt erst einmal dazu, dass der Motor mit dem ESC von APS nicht mehr angesteuert werden kann - er macht dann nur noch komische Geräusche und läuft im Schneckentempo. Bei der ursprünglichen Dreieckschaltung der Windungen tut er noch einwandfrei seinen Dienst, nach der irreversiblen Modifikation kann man den APS-ESC erst mal ausmustern :mad: Zu dem Zeitpunkt hab ich erst einmal gedacht, ich hätt's beim Löten versaut. Damit war wenigstens der notwendige Druck bei mir vorhanden, endlich meinen VESC zum Einsatz zu bringen. Was soll ich sagen ... Kabel für die Spannungsversorgung mit Anti-Spark Stecker XT90 angebracht, BLDC-Tool für Mac runter geladen, neueste Firmware drauf gespielt, Motorerkennung für BLDC durchgeführt und es läuft: VESC rules :cornut:

 

Der Rotor enthält wie bereits gesagt als Loslager ein Standard-Skateboard Kugellager, musste dafür stirnseitig nur ausgedreht werden. Aktuell ist der Rotor nicht geklebt, sondern nur "tight" in das 90er Rad gedrückt. Zur Sicherung wird das schwarze Formteil von innen in den Rotor eingeführt. Auf dem Bild sieht man die der Ankerwicklung zugewandte Seite.Zum Fräsen wäre das für mich eine zu große Herausforderung, daher hab ich's mit einem 3D-Drucker angefertigt. Das hässliche pinkfarbene Teil hab ich zwischenzeitlich durch schwarzen Kunststoff ersetzt. In dem Formteil sind Vertiefungen für die Kontermuttern vorhanden, die werden mit Sekundenkleber reingeklebt, damit sie nicht irgendwann im Rotor ihr Unwesen treiben. Aus dem Rotor stehen vier "Nasen" raus, die den Formschluss zum Rad herstellen. Von außen wird das Lüfterrad über 4 Schrauben dann mit dem Motoreinsatz verbunden (könnt ihr im letzten Bild und dem Video ein wenig erkennen). Die Alu-Glocke sitzt auf dem Rotor und ist mit vier Madenschrauben gegen Verdrehen und Verrutschen in axialer Richtung gesichert.

 

 

Zusammengebaut sieht es dann so aus:

 

 

What's next?

- Optimierung der Konstruktion, insbesondere der Zusammenbau ist etwas fieselig

- FOC Steuerung (erste Versuche sind gestartet, siehe nächster Beitrag)

- Hubmotor für die andere Seite anfertigen

- Halterung für Hall-Sensoren integrieren - Konsequenz aus meinen ersten Versuchen mit FOC (wenn mir jemand sagen kann, wie ich die Lagewinkel berechnen kann, wäre ich dankbar, dann muss ich mir nicht den ganzen Thread dazu durchlesen )

- Nunchuk Kama durch einen "normalen" Nunchuck und eine vernünftige Funkabrisserkennung ersetzen - ein Topic mit vielen Möglichkeiten und weitreichenden Konsequenzen :skep:

- flachen LiIon-Akku zusammenlöten (aktuell hab ich nur so klobige LiPo's)

- schickes Flex-Gehäuse für die VESCs und den Akku (noch kein Plan)

- Skateboard fahren lernen

[Dude]

Hub motor jetzt mit FOC control:

[video=Hub motor test using VESC in FOC control mode]510

Beeindruckend leise, super Sache :thumbsup: Allerdings hab ich noch keine Parametereinstellung gefunden, bei der ich ein akzeptables Anfahrverhalten bekomme. Im normalen Ansteuermodus bei beherztem Ausdenken des Nunchuk-Joysticks passt das. Wenn ich aber sehr langsam anfahren möchte oder im Cruise-Control-Modus (also von Anfang an bei gedrückter C-Taste), bekommt man das im Video zu sehende Cogging des Motors zu spüren (bei 2s und 19s im Video). Ich hab an diversen Parametern gedreht, und bekomme das nicht wirklich reproduzierbar zuverlässig hin. Bei manchen Startpositionen des Rotors klappts gut, bei anderen weniger.

Hat die Änderung der Spulenverdrahtung auf Sternschaltung was mit dem schwierigeren Anfahrverhalten zu tun? Werde meinen Zweitmotor, der noch die ursprüngliche Dreieckschaltung besitzt, mal anwerfen und sehn, ob die FOC Steuerung beim Anfahren besser klappt.

 

Ich hab auch das Gefühl, dass die Drehzahl im Laborversuch etwas schwankt, was wohl an der Stromsteuerung im FOC-Modus liegt. Ich hab versucht, das durch eine Veränderung der PID-Parameter besser hin zu bekommen, war aber auch nicht wirklich erfolgreich. Mal sehn, ob sich das auch im realen Fahrbetrieb unter Last bemerkbar macht.

 

Fragen an die VESC-Experten:

1. Im BLDC-Modus wird durch den Nunchuk-KAMA ja der Duty-Cycle vorgegeben und bei aktivierter FOC geht der VESC über in Current-Control. Man sieht das ganz gut an dem dann schwankenden Duty-Cycle (Handbremse am Rad :cornut:). Was passiert, wenn ich die Steuerung über PPM-App durchführe (z.B. via Nunchuk + BamBam) - da kann ich in der App ja auswählen, ob ich den Duty-Cycle oder Current Control Mode möchte. Hätte ich da konsequenterweise die Möglichkeit FOC im Duty-Cycle control mode zu betreiben?

2. Habt ihr mal im Cruise Control Mode (C-Taste am Nunchuk-KAMA gedrückt halten) den ganzen Duty-Cycle Bereich durchfahren - so sinusförmig hoch und runter? Solange ich unter max. Duty Cycle bleibe folgt die Regelung meiner Vorgaben, wenn ich die Geschwindigkeit nach dem Hochlaufen reduzieren möchte. Wenn ich aber mal über max. Duty Cycle bin (also theoretisch, im Plot zeigt er immer 95% an) , dann hab ich das Gefühl, dass er intern mit einem immer weiter steigenden Duty-Cycle rechnet und es dann bei Vorgabe einer Geschwindigkeitsreduktion (alles bei gedrückter C-Taste) erst stark verzögert zu einer tatsächliche Geschwindigkeitsreduktion kommt, wenn der interne Duty-Cycle dann auch wieder unter die 95% fällt. Ich hab den Verdacht, dass die Stellgrößenbeschränkung in der Regelung nicht ganz korrekt implementiert ist. Und gerade bei maximale Geschwindigkeit ist man besonders empfindlich, wenn sich die Geschwindigkeit nicht gleich reduziert - wie gesagt, nur im Control Mode. Bei losgelassener C-Tast reagiert die Steuerung absolut (fast zu) spontan.

 

Über Hinweise bin ich wie immer super dankbar!

[elkick]

Schöne Beschreibung und sieht gut aus!

 

Zur Cruise Control: Versuch mal den KI Wert (Speed Control Parameter erhöhen) im Advanced Tab auf 0.015 zu setzen, hat bei mir bei den Radnabenmotoren geholfen.

[nicolas]

geil, was kostet mich das, wenn ich das haben will?

[Dude]

Eigentlich nur Zeit und jemanden der gut drehen & ein wenig fräsen kann

Zusätzliche Materialkosten sind verglichen mit Board, Motor, VESC, Batterien marginal. Die technischen Zeichnungen sind kein Geheimnis.

[Dude]

Offline test des modifizierten Motors mit Hall-Sensoren: tadelloses Anfahrverhalten, auch mit Last. Interessant ist, dass die optimale Winkelposition der Sensoren je nach Drehrichtung unterschiedlich ist - beim Umschalten der Drehrichtung via Nunchuk-Kama + VESC. Ist deutlich hörbar, der Motor läuft unrunder und knattert. Wie das ist, wenn man die Drehrichtung durch Vertauschen zweier Anschlüsse durchführt hab ich noch nicht probiert - je nachdem wie das in der VESC SW realisiert ist hat man auch dann das selbe Verhalten.

War mir so nicht bewusst und die Einstellmöglichkeit muss bei Dual-Motor-Setup dringend beachtet werden.

 

[video=BLDC Motor mit Hallsensoren]513

 

Wie ich das in die Hubmotor-Konstruktion einbette weiß ich allerdings noch gar nicht.

 

Danke an Barney für den Support! Ach ja, auf der Platine ist der Pin 1 des Steckers mit P1 beschriftet (zumindest hab ich das so interpretiert). Das ist allerdings laut KiCad Schaltplan Pin6. Nachdem ich das berücksichtigt habe lief's auch gleich - zum Glück ging nix kaputt, da dadurch Vcc und GND vertauscht waren .

[barney]

P1 heißt nicht Pin1! Kicad Bauteil Port #1. Das ist leider dumm gelaufen. C ist für Kondensator vergeben.

 

Hallsensorsoren und Drehrichtungsabhängigkeit ist leider so, wie du es beobachtet hast.

[Dude]

Schon wieder was gelernt. Dummerweise ist auf dem VESC von Vedder P1 tatsächlich (zufällig?) Pin eins. Als Newbee lebt man oft von Muster erkennen und übertragen, in diesem Fall hat's nix geholfen

[barney]

Schon wieder was gelernt. Dummerweise ist auf dem VESC von Vedder P1 tatsächlich (zufällig?) Pin eins. Als Newbee lebt man oft von Muster erkennen und übertragen, in diesem Fall hat's nix geholfen

 

Ha, nachgelesen, steht alles im Wiki!

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Bild Layout!

Und als alter PCB Spezialist, hättest du wissen müssen () das ein quadratischer Pin die #1 ist! Ist doch gaaaaannnz einfach.

 

 

Und oben verweise ich auf die Anschlussnorm.

 

Mit dem P1 war aber auch ein blöder Zufall...

[Dude]

So langsam weiß ich , wo der Hase langläuft. Die Bottom-Ansicht im Bild Layout ist ein Durchsicht ... für einen Ingenieur sind alle Ansichten immer Draufsichten (so technische Zeichnung mäßig), also war die Bottom Ansicht für mich von unten und ich hab die Platine und Anschlüsse in Gedanken gedreht um zu sehn wie das dann von oben aussen würde :thumbsup:

[barney]

Ich merke, mit der Leiterplattenabbildung habe ich zuviele Fallen eingebaut. Ich tausche heute da was aus. Die Links zur Leiterplatte sind auch tot, da Kai alles nach Git verschoben hat. Es liegt nicht mehr auf seinem Server.

[Dude]

Hi Barney,

 

ich mach gerade weitere Gehversuche in Sachen SMD löten. Hast Du Interesse an einer bestückten Nunchuck-NRF Platine von Vedder zum Testen?

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Den UART/USB Converter hab ich schon drauf - Lötpaste, Heißluft und so, da alle Anschlüsse unten. Bei Interesse schick mir eine PN ...

[Dude]

Hallsensoren. Der Unterschied in der Performance beim Start hat mich jetzt doch nicht mehr losgelassen. Retrofit mit dem BamBam Halter ist bei dem Hubmotor allerdings nicht drin. Also hab ich den Hubmotor nochmal auseinander genommen (war natürlic alles Loctite gesichert - alles klar?!) und zwischen die Ankerbleche im 120° Winkel (@Barney: 7*17,14° ) Hallsensoren eingeklebt.

Was soll ich sagen, wenn man die erst mal drin hat (2K-Epoxy) ist es schon eine feine Sache. BLDC-Tool genommen zum die Ausrichtung testen - perfekt. Ich war allerdings so scharf auf's Testen, dass ich keine Bilder gemacht habe. Im Prinzip hab ich's aber gemacht wie in dieser Aufnahme. Meine Sensoren sitzen allerdings am oberen Rand und dann eben noch mit ordentlich Epoxy eingegossen.

 

 

Damit geht auch der FOC-Betrieb recht zuverlässig von der Rolle. Erste Testfahrt hatte keine Unregelmäßigkeiten, lief einfach nur super smooth nachdem ich die PID-Parameter noch ein wenig getunt hatte :thumbsup:

FOC ohne Hallsensoren würde ich allerdings nicht riskieren. Anzug und Steigungshandling ist durchaus vergleichbar mit meinem einmotorigen belt-driven Board, an Steigungen muss er allerdings ganz schön zupacken, sicher nicht in seinem Optimum. Wenn erst mal der 2. Hubmotor an der Achse installiert ist bin ich durchaus zufrieden.

[barney]

Passt zu meiner Beobachtung FOC und Hall. Also nur noch FOC mit Hall?

[Dude]

Aktuell gilt für mich "FOC is Hall-Only"

[Maxid]

Eigentlich nur Zeit und jemanden der gut drehen & ein wenig fräsen kann

Zusätzliche Materialkosten sind verglichen mit Board, Motor, VESC, Batterien marginal. Die technischen Zeichnungen sind kein Geheimnis.

 

Kannst du die Zeichnungen für deine Teile auf z.B. Thingiverse zur Verfügung stellen?

Ich habe mir einen SK3 149KV Motor gekauft (den auch Carvon für seine Hubmotoren benutzt) und würde gerne einen ähnlichen Umbau starten. Ohne Hilfe bekomme ich das aber nicht komplett selbst hin.

[Dude]

Hier die Zeichnungen für den Umbau des Alien-Power Motors 6374, 130kV mit 3kW. Für den SK3 passt das mit großer Sicherheit nicht, musst wohl noch ein wenig umkonstruieren. Ich hab auch ein paar Änderungen, die ich auf Grund meiner Erfahrung beim ersten Prototyp noch einpflegen werde und die in den Zeichnungen noch nicht berücksichtigt sind. Verwendung daher auf eigene Gefahr und ohne Gewähr meinerseits. Prinzipiell betrifft das die folgende Punkte:

• Kühkonzept der Glocke
  
• Anschlag für den Rotor im Inneren der Glocke zum besseren Rundlauf
  
• Madenschrauben auf dem Umfang der Glocke um den Rotor zu fixieren
  
• Toleranzanpassungen
  

Die 3D-Druck Parts passen mit Sicherheit nicht für den SK3, das musst Du Dir vermutlich selbst konstruieren. Bei Bedarf schick mir eine PN.

 

 

 

Bei der Verwendung erklärst Du/jeder sich automatisch mit den Lizenzbedingungen der Creative Common License "Namensnennung-NichtKommerziell-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 international"

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einverstanden.

[eXo]

Boah nice!! Das sieht ja mal sauber aus! Vielen Dank fürs teilen! :thumbsup:

 

Da ich hier noch zwei passende APS-Motoren mit Sensoren liegen hätte, leite ich die Zeichnung gleich mal in unsere Mechanik weiter. Mal sehen wie viel mich dieser Spaß kosten würde..

[Dude]

... ja, das würde mich auch mal interessieren!

Dude

[Dude]

Hubmotor V2 mit verbessertem Kühl-und Montagekonzept. Kompakter geht es mit einem 6374'er nicht. Kleinere Motoren, wie sie aktuell für Hubmotoren angeboten werden, haben m.E. zu wenig Drehmoment für die nicht vorhandene Übersetzung. Mit zwei von der Sorte wird's eine runde Sache. Die Teile sind gerade in Arbeit. Diesmal werde ich auch mit Klebeverbindungen arbeiten müssen.

 

[eXo]

Hubmotor V2 mit verbessertem Kühl-und Montagekonzept. Kompakter geht es mit einem 6374'er nicht. Kleinere Motoren, wie sie aktuell für Hubmotoren angeboten werden, haben m.E. zu wenig Drehmoment für die nicht vorhandene Übersetzung. Mit zwei von der Sorte wird's eine runde Sache. Die Teile sind gerade in Arbeit. Diesmal werde ich auch mit Klebeverbindungen arbeiten müssen.

 

 

Die sehen ja mal super sexy aus!

Dein Rendering ist auch klasse!

Viel Spass damit!

[Dude]

Erste Teile sind fertig - jetzt muss noch die Achse abgedreht werden ...

 

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[Quereinsteiger]

Hi Dude,

 

echt respekt was du dir da gezaubert hast! :thumbsup:

Bin hier über dein Beitrag mehr oder weniger freiwillig gestoßen, da ich in meinen Studium als Konstruktionsaufgabe solch ein E-Board zu haben. Nun wollte ich einfach mal fragen ob es vielleicht möglich wäre, mir CAD Daten (Creo oder Step) von deinen Modellen zukommen zu lassen? Dadurch würde ich mir verdammt viel Arbeit erleichtern... äre von dir echt ne coole Sache.

 

lg :peace:

[Dude]

Was ist denn die genaue Konstruktionsaufgabe? Du kannst gerne die Zeichnungen der ersten Version als Basis verwenden, unter Beachtung der genannten CC-Lizenz. Zwischenzeitlich habe ich allerdings die beschriebenen Schwachstellen versucht zu eliminieren und die Konstruktion stark verändert. Das muss aber erst noch getestet werden. Denk auch an die Präambel Deiner Arbeit! Meine Studenten haben hier immer versichert, die Arbeit alleine und ohne die Hilfe Dritter angefertigt zu haben