Electric Motor Show 6.-8.11.2009 - Sähköautot - Nyt!
Jihuu, jos oikein ymmärsin virkamiesruotsillani, niin tässäpä oli toteutettu kestomagneettitahtikoneilla sellainen suoraveto, mistä tuolla toisessa keskusteluketjussa on ollut puhetta. Sillä on jo sitten päästy tuollaisiin aika mukaviin tehoihinkin..
Ilakoiden,
Kaisa
Tuossa toisessa keskusteluketjussahan luonnosteltiin ajatusta, että moottori pyörisi samalla nopeudella kuin pyörät ja kytkettäisiin suoraan tasauspyörästöön. Olisi teknisesti vielä tyylikkäämpää ja energiatehokkaampaa jos jätettäisiin tasauspyörästö kokonaan pois ja pantaisiin kummallekin pyörälle oma moottori. Eli tasauspyörästön paikalle pyörien väliin kaksi moottoria 'selät vastakkain'.
Hintateknisesti se olisi tietysti kalliimpaa kun pitää olla kaksi moottoria ja kaksi kontrolleria mutta ei välttämättä paljon kalliimpaa kun voivat olla 'puolet pienempiä'.
Voi olla että ruotsalaisilla on samankaltaisia ajatuksia kun sanovat: 'Att ta bort förbränningsmotor, växellåda och differential och i stället montera elmotorer direkt på bilens drivaxlar'. Siis 'elmotorer', monikossa.
Olen ollut siinä ymmärryksessä että tasauspyörästöä ei välttämättä tarvita mikäli moottorit kytketään sarjaan (??), jolloin sähkötekniikan lainalaisuudet hoitavat itsekseen tasauspyörästön virkaa. Tietystä tässä tapauksessa ei ole mitään mahdollisuutta vaikuttaa tasauspyörästön toimintaan sähköisesti.
Minäkin käsittäisin niin, että tuossa Ruotsalaisten versiossa on oma moottori kummankin vetoakselin päässä. Tuota aihetta on tälläkin palstalla sivuttu joskus, mutta moottorien ohjausta pidettiin hankalana.
Miten vaikea on toteuttaa moottorinohjaus kahden moottorin tapauksessa? Eikös kummallekin moottorille tarvita oma ohjain AC moottorien tapauksessa? Jos moottorit on kytketty sarjaan tai rinnan saman ohjaimen taakse, niin mitä tapahtuu silloin, kun toisen moottorin kuorma pienenee ja toisen ei, eli toinen pyörä sutii? Tai silloin kun kaarretaan jyrkästi ja pyörimisnopeudet ovat erilaiset? Säädetäänkö AC moottorin tapauksessa käytännössä kierroslukua, tehoa vai kenties vääntömomenttia?
Eli osaisiko joku sähkövelho selittää mekaniikan miehelle miten noita kahta moottoria pitäisi ohjata ja mitä ongelmia siinä olisi?
Harmittavasti kuva konetilasta on otettu siten, ettei muovien alta näkyvät komponentit ole helposti hahmotettavissa :-(
Faktan puuttuessa on tehtävä oletuksia:
Olisi kiva nähdä poikkileikkaus rakenteesta, itse kun oletan suoravetomoottorin olevan halkaisijaltaan suurehko noilla vääntömomenteilla.(painava)
Tilaa ei myöskään Saabin konetilassa ole kehuttavasti, siispä moottorin rakenteen on oltava todella lyhyt, jotta niitä saa kaksi vastakkain ja vielä jousto-/kääntöliikkeen vaatimat liukumavarat vetoakseleihin ja ilman että mennään liiallisiin murtoihin.
Suoraveto aiheuttaa myös käytölle vaatimuksia; liikkeellelähdössä kuormalla ylämäkeen tarvitaan todella tuhansia Nm momenttia vetoakselille.
Ryömintänopeuksilla moottorin pieni napaluku saattaa aiheuttaa hauskaa nykimistä, suuri napaluku taasen heikentää hyötysuhdetta ja lisää painoa.
180kmh tarvitsee suoravetona ~1600rpm? 335 hv/1600rpm= ~1490Nm?
2kpl moottoreita= ~750Nm/kpl
Oletan tuon huippunopeuden saavutettavan huonoimmalla vääntömomentilla, luultavasti sitä saa kestomagneettimoottorista 2-3kertaa tuon.
Myöskin tuo 6,5s 0-100kmh kuullostaa verraten hitaalta, jos kerran moottoreista saa noinkin suuren vääntövoiman?
Jään innolla odottamaan tarkempaa selostusta rakenteesta, itse kun epäilen moottorien ja vetoakselien välissä olevan kulmavaihteet ;-)
Skeptisin terveisin,
Timo Mäkeläinen
Jos laitetaan samaan ajoneuvoon useampia moottoreita, pitää moottorinohjaimissa olla tuki tälle. Tämä onnistuu esim. ketjuttamalla ohjaimet vaikkapa CAN-väylällä, sikäli kun ohjain asiaa tukee. Esim. Curtis ja Sigmadrive ovat tälläisiä ohjaimia ja niitä voi ketjuttaa.
Curtisin "Dual Drive"-manuaalia tässä samalla vilkuilen, ja siellä sanotaan että järjestelmälle pitää kertoa, onko kyseessä 3 vai 4 pyöräinen laite, sekä onko kyseessä etu vai takavetoinen laite, ts. kääntyvätkö vetävät pyörät vaiko eivät. Ohjaimiin kytketään myös kulma-anturi jolla tunnistetaan renkaiden kääntökulma ja tämä puolestaan huomioidaan moottoreiden ohjauksessa. Jos ko. anturointi tai toinen moottori/ohjain menee epäkuntoon, siellä on "nilkuta kotiin" ominaisuus, jossa vain yhdellä moottorilla pääsee ajamaan kotiin. Näiden lisäksi 3-pyöräisissä sovelluksissa pitää ohjaimille antaa muutama ajoneuvon mitta, jotta ohjaimet eivät päästä laitetta "kippaamaan" nurin.
—
Henkka
Minäkään en oikein usko, että siellä olisi suoravetosysteemi, vaan luultavasti on alennusvaihteet. Ei sen tarvi olla kulmavaihde, rakenteen voi tehdä niin, että siinä on poikittain kaksi sähkömoottoria, akselipäät sisäänpäin, sitten on kaksi alennusvaihdetta keskellä 'selät vastakkain', ja kummastakin alennusvaihteesta vetoakseli omaan pyöräänsä. Silloin vetoakselit on suurin piirtein samanpituiset kuin normaalistikin polttomoottoriautossa.
Eli jos ohjaimelle pitää noin tarkasti kertoa tietoja, niin se ilmeisesti säätää moottorien pyörimisnopeuksia moottorikohtaisesti, ja yrittää siten pitää renkailla kaartoratojen mukaisen nopeuseron? Ja pyörien ollessa suorassa nopeuseron syntyminen pyritään estämään? Eli systeemi ei siis säädä pelkästään moottorin tehoa? Jos homma oikeasti noin fiksusti toimii, niin sittenhän sellainen tuplamoottorisysteemi kannattaisi rakentaa jo siitä syystä, että sillähän saisi valtavan hyvän ajodynamiikan. Autossa olisi ikäänkuin tasauspyörästön lukko joka ei kuitenkaan haraa vastaan kaarrettaessakaan. Vetopito olisi periaatteesa parempi kuin limited slip tasauspyörästöllä.
Ohjaimet ovat nykyään hienoja vehkeitä ja nehän sen vaihtosähkökäytön hinnankin määräävät. Se, mikä tuossa ruotsalaisten ratkaisussa on minusta vaikuttavaa, on se, että on valittu myös sähkökoneeksi joku muu kuin suhteellisen edullinen oikosulkukone.
Yritin etsiskellä jotain yleisiä mittoja noista ruotsalaisten käyttämistä torque motoreista (en oikeasti muista, mikä se on suomeksi, kun suomea niin harvoin käytetään missään papereissa).
Tässä sivulla oli jotain viitteellistä tietoa mahdollisista dimensioista
http://www.alxion.com/bin/e_eoliennes.html
Sitten tällaisella sivulla, jonka varmaan joku muukin on jo kuukkeloinut, on yleistä sepustusta konetyypistä:
http://machinedesign.com/article/torque-motors-do-the-trick-0403
Sanotaankohan tässä, että yksi haitta olisi, että maksiminopeus olisi 1000 rpm… Eräässä paperissa, jossa oli ehdotettu paria aksiaalivuokoneratkaisua, oli 10 kW:n kone, jonka nimellisnopeus oli 500 rpm ja maksimi 1500. "Wheel rolling radius", mitä se sitten tarkalleen tarkoittaakaan, oli 30 cm.
Perinteikkäämmässä ratkaisussa oli tehty niin, että molempia pyöriä pyöritti oma "wheel motor" eli ratkaisussa oli yhteensä kaksi staattoria ja kaksi roottoria. Toinen oli tosi kiinnostava. Siinä oli keskellä vain yksi staattori ja molemmin puolin omat roottorit eli tällöin kyseessä on epätahtikone, jossa roottorit voivat pyöriä omilla jättämillään.
Paperi on vähän vanha (1997) ja systeemit taisivat olla vasta suunnittelun asteella. Tässäpä kuitenkin tiedot: Profumo, Zhang, Tenconi 1997. Axial Flux Machines Drives: A New Viable Solution for Electric Cars, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 44, No. 1.
Mielenkiintoisia moottoreita, ja kyllähän näitä näyttäisi löytyvän myös yli 1000 rpm nopeuksille (jos nyt paljon nopeampaa suoravedossa edes tarvitaan). Itselläni tämä moottoritekniikka on vähemmän tuttua aluetta, mutta ainakin omaan silmään näyttäisi Etelin moottoreista malli TMK0291-050-3VBS yllättävänkin hyvältä paperilla. Vähän ehkä raskas pyörämoottoriksi, mutta vetoakseleiden kanssa back-to-back asennukseen voisi olla hyvä. Sopivuudesta ajoneuvoympäristöön en tiedä, ja heikohko hyötysuhde matalilla kierroksilla on pieni miinus.
Piilota Re: Electric Motor Show 6.-8.11.2009 luonutEikös se jo noin vuosi sitten julkistettu Michelinin etc kehittämä pyörämoottori ole tässä mielessä jo "valmis" autoa varten suunniteltu konstruktio?
Michelinin pyörämoottori lienee ihan toimiva, mutta siitä on valitettavan vähän yksityiskohtaista tietoa julkisesti saatavilla. Käsittääkseni se ei ole suoraveto, vaan ratasvälitys on pyörän kehällä. Ainakin kuvien perusteella siltä näyttää.
Piilota Re: Electric Motor Show 6.-8.11.2009 luonut"Jos laitetaan samaan ajoneuvoon useampia moottoreita, pitää moottorinohjaimissa olla tuki tälle."
Miksi näin? Eikö riitä, että mootorinohjaimet saa toisistaan riippumatta tiedon kaasupolkimen asennosta? Tässä kytkennässä moottorit vetäisivät kaasupolkimen asennon mukaisella momentilla, ja kuormasta riippuen pyörimisnopeudet voisivat olla erisuuret.
Piilota Re: Electric Motor Show 6.-8.11.2009 luonutMiksi näin? Eikö riitä, että mootorinohjaimet saa toisistaan riippumatta tiedon kaasupolkimen asennosta? Tässä kytkennässä moottorit vetäisivät kaasupolkimen asennon mukaisella momentilla, ja kuormasta riippuen pyörimisnopeudet voisivat olla erisuuret.
Otetaanpa esimerkiksi tilanne, jossa kahdesta vetävästä pyörästä toinen on liukkaammalla pinnalla kuin toinen. Tällöin vakiomomenttisäädöllä liukkaamman pinnan pyörä pyörii huomattavasti suuremmalla nopeudella kuin pitävän pinnan pyörä, ts. sutii. Sutivan pyörän pito mihinkään suuntaan on surkea, joten pyörästä lähtee myös sivuttaispito. Tämän jälkeen vetävän pään sivuttaispito on pitkälti yhden pyörän varassa, jolloin lipsahtaminen on lähellä.
Ei tämä tietysti sen huonompi ole kuin tasauspyörästökään, periaatehan on sama. Eri puolten kitkoista alempi määrää sutimisrajan.
Nopeussäätö on sikäli parempi, että jos pyörät pyörivät samaa vauhtia, sutiminen alkaa vasta, kun voimaa on riittävästi saamaan kummallakin puolella sutimista aikaan. Eri puolen kitkojen summa määrää sutimisrajan. Tämä vastaa tasauspyörästön lukon käyttämistä. Eteneminen on parempaa, mutta kääntyminen kankeaa.
Sähköinen ohjaus kuitenkin mahdollistaa pari muutakin tapaa. Yksinkertaisempi tapa on yhdistää tasauspyörästön ja lukituksen edut ilman haittoja. Jos moottorinohjaukset ovat tietoisia ratin asennosta, niin ne huolehtivat moottorien nopeuksien suhteen sellaiseksi, että se vastaa ratin asentoa. Tässä järjestelyssä kaasupoljin ohjaa moottorien kokonaismomenttia ja moottorinohjaus jakaa sen sitten siten, että moottorien nopeuksien suhteet pysyvät oikeina.
Monimutkaisempi ja käytännössä ehkä realistisempi tapaus olisi ottaa jarrut ja ESC mukaan. Mahdollisuus vaikuttaa eri vetopyörien momenttiin ja nopeuteen erikseen olisi ESC:llekin etu.
Kahden moottorin käytössä in isoja etuja, jos ratkaisusta ei tule liian painava tai kallis.
Ohjaimet ovat nykyään hienoja vehkeitä ja nehän sen vaihtosähkökäytön hinnankin määräävät.
Kyllä ja ei. Ohjaimista puhuttaessa pitäisi erottaa kaksi asiaa, se varsinainen moottoriin sähköä syöttävä kapistus ja momentti- ja kierrosohjeita antava kapistus. Ensimmäisen tekeminen on sinänsä melkoisen haastava homma elektroniikan, mekaniikan, jäähdytyksen, EMC:n, jne. kannalta.
Sen sijaan tässä tapauksessa puhutaan enemmän siitä signaalinkäsittelypurkista, joka antaa ohjeita moottorien sähkökäytöille. Sen kohdalla kustannus määräytyy kehityskustannuksista, joita dominoi ohjelmiston ja algoritmien kehitys. Varsinainen elektroniikka maksaa korkeintaan joitakin kymppejä, eivätkä tuontyyppisen elektroniikan kehityskustannukset ole kovin korkeita.
Tässä käy vielä niin, että jos autoon tarvitaan kahdelle moottorille ohjaukset, tukkualennusta on tiedossa. Sinne tarvitaan tehoelektroniikat (pääteasteet) ja mittaukset kummallekin moottorille, mutta esimerkiksi jähdytysjärjestely menee yhdellä päänsäryllä. Käyttöjen DSP:tkin voidaan tarvittaessa yhdistää, mutta todennäköisesti on halvempaa käyttää useampaa prosessoria kuin integroida kaikki softa pyörimään samassa paketissa.
Elektroniikan hintalisä kahdesta moottorista tulee suurissa valmistuserissä siitä, että tehoelektroniikka pitää kahdentaa. Bittipuolella elektroniikka on erittäin halpaa, kustannukset tulevat ohjelmiston kehittämisestä. Se on varsinkin autostandardeihin tehtynä hyvin työlästä ja kallista.
Mites muuten noiden moottorien ja ohjaimien hinta menee tehon mukaan, eli saako kilowatin halvemmalla isossa vai pienessä moottorissa ja onko suurempia virtoja kestävä ohjain paljonkin kalliimpi kuin puolta pienemmille virroille tehty? Elikkäs paljonko tulee hintaeroa järjestelmille, jos esimerkiksi toisessa on yksi 50kw moottori ja yksi ohjain, ja toisessa kaksi 25kw moottoria ja kaksi ohjainta?
Tuo Masan kysymys on sellainen, jota itsekin mietiskelin.
Itse tarkoitan "tässä" sellaista optimointitehtävää, että onko mahdollista valita tietyntyyppinen, ehkä ihan jonkin verran kalliimpi vaihtosähkökone tai sähkömekaaninen aktuaattori x ja y määrillä staattoreita ja roottoreita ym., joka vastaavasti pärjäisi yksinkertaisemmalla ohjauksella, jossa tulisi se rahansäästö..?
Tietäisiköhän joku, että miten tällaisessä ajoneuvokäytössä toimivat nopeus- tai asentoanturittomat ohjausmenetelmät (vektorisäätö)? Jos olisi esim. sellainen kestomagneettikone, jonka roottorin asento voitaisiin estimoida virtamittauksista, eikä tarvittaisi erillistä anturia, niin voitaisiinko sitä kautta leikata kokonaiskustannuksia? Toisaalta, sitten tarvittaisiin huomattavasti tarkempi sähkökoneen malli ohjaukselle eli lisää laskentakapasiteettia jne. Mutta lopputulos voisi silti jäädä plussalle.
DC-käytöissä se kone maksaa, mutta voisiko olla olemassa joku välimuoto?
Tämä on ehkä sellaista haaveilua, mutta tavallaan motivoivaa. Vielä kun joku järjestelmien värähtelyyn erikoistunut henkilö intoutuisi kertoilemaan mahdollisista resonansseista ja värähtelyn säädöstä ja vaimentamisesta… Voi olla, ettei ole kovin merkityksellistä ajoneuvosovelluksessa, mutta kiinnostava aihe.
Hauskasti on tämä viestiketju versonut alkuperäisestä otsikosta.
Terveisin Kaisa
Itse tarkoitan "tässä" sellaista optimointitehtävää, että onko mahdollista valita tietyntyyppinen, ehkä ihan jonkin verran kalliimpi vaihtosähkökone tai sähkömekaaninen aktuaattori x ja y määrillä staattoreita ja roottoreita ym., joka vastaavasti pärjäisi yksinkertaisemmalla ohjauksella, jossa tulisi se rahansäästö..?
Jos puhutaan suurista volyymeista (autoteollisuuden sarjat), niin en usko ohjauksella olevan juuri merkitystä kokonaiskustannukseen. Ohjauselektroniikka on halpaa. Kustannukset tulevat itse koneesta tai koneista sekä tehoelektroniikasta ja näiden vaatimasta ympäristöstä (esimerkiksi jäähdytys). Tehoelektroniikan kannalta taas ei ole niin suurta eroa sillä, mikä se vaihtosähkökone siellä perässä on.
Muutaman asentoanturin tai väkevämmän signaaliprosessorin käyttäminen ei juuri vaikuta valmistuskustannuksiin. Magneettinen asentoanturi maksaa muutamia euroja, ja moottorinohjaukseen kykenevän mikrokontrollerin saa parilla eurolla. Mittauselektroniikka maksaa enemmän, mutta siinäkin itse elektroniikan kustannukset jäävät kymmeniin euroihin. Lisäksi perusmittaukset (virrat, jännitteet) tarvitaan joka tapauksessa. Mekaniikkaosat, kaapelit, liittimet ja muu sälä maksavat helposti enemmän kuin itse piirilevyt.
Näyttäisi siltä, että kone itse on valmistuskustannuksiltaan kaikkein kallein osa. Siinä taas optimointi menee hyötysuhteen, hinnan ja massan mukaan. Kestomagneettikone on tietysti hyvä hyötysuhteeltaan ja tiheydeltään. Hinnassa se kuitenkin häviää induktiokoneelle.
Oma veikkaukseni on se, että autokäytössä kestomagneettikoneet tulevat olemaan yleisin valinta, koska oikosulkukone melkein vaatii vaihteiston kaverikseen tarjotakseen riittävästi vääntöä ja kohtuullisen hyötysuhteen pienillä nopeuksilla. Lisäksi kestomagneettikoneen matalammat häviöt mahdollistavat kevyemmän jäähdytyksen, mistä myös saattaa olla iloa.
Jos olisi esim. sellainen kestomagneettikone, jonka roottorin asento voitaisiin estimoida virtamittauksista, eikä tarvittaisi erillistä anturia, niin voitaisiinko sitä kautta leikata kokonaiskustannuksia?
Jos kestomagneettikoneella on kohtuullinen pyörimisnopeus, sen asentoa voidaan arvioida sen indusoimasta jännitteestä (back-EMF). Tämä ei luonnollisesti toimi silloin, kun nopeus on lähellä nollaa. Käytännössä autokäytössä tarvitaan sellainen kone, jossa on mukana asentoanturi, koska nimenomaan käytös lähellä nollanopeutta on hyvinkin tärkeä. Voisi melkein sanoa, että autokäyttö on varsin lähellä servokäyttöä tarkkuusvaatimuksiltaan. Auto pitää saada liikkumaan hitaasti ja tasaisesti roottorin asennosta riippumatta.
Toisaalta kun asentoanturin osuus koneen hinnasta on alle prosentin, niin asia ei ehkä ole kovin merkityksellinen.
Asentoanturittomia kestomagneettikoneitakin on kaupasta saatavana. Sellainen saattaisi löytyä aivan uusimmista suoravetopyykinpesukoneista. Vanhemmissa suoravetokoneissa on Hall-anturillinen kestomagneettimoottori. Ehkä tämä kertoo jotain ohjaussysteemien hintalapuista.
Itse asiassa pesukoneen moottori saattaa olla vaikeampikin ohjattava, koska kuorma muuttuu hyvinkin radikaalisti riippuen rummun asennosta. Tätä vaivaa ei autossa sentään ole. Kuulemma edestä ladattavasta suoravetopyykkäristä voi löytää nopean 32-bittisen DSP:n ohjaamasta. Jossain törmäsin siihen, kuinka TI:n DSP-porukka kertoi pyykkikonevalmistajien vaativan melkoista suorituskykyä mittauksilta ja laskennalta.
Mahtavaa, nyt satuttiinkin minusta tosi oleellisen asian äärelle. Eli haluaisin hahmottaa paremmin, mihin sijoittuvat ajoneuvot (henkilöauto, moottoripyörä, vene, jne.) ohjattavuuden vaativuuden suhteen verrattuna muihin tyypillisiin sähkökäyttöjä sisältäviin järjestelmiin. Sellaisiin, joista on jo runsaasti käytännön kokemusta ja kattavasti teoreettista tutkimusta ja tuotekehitystä takanaan. Pyykkikone on hyvä esimerkki, mutta ehkä vielä näyttävämpiä ovat esim. hissit ja nosturit. Olen jostain saanut sellaisen käsityksen, ettei nosturikäytössä vielä pystyttäisi toteuttamaan liikeanturitonta ohjausta.
Monet anturittomat ohjausmenetelmät perustuvat myös signaali-injektioon. Joko syöttöön lisätyn herätesignaalin tai ihan PWM:n sisältämien yliaaltojen sähkökoneen virroissa aiheuttamien vasteiden käyttäytymisen seuraamiseen. Vaste riippuu roottorin asennosta, koska roottori "näyttää" epäsymmetriseltä. Vaikka esim. ihan geometrisen epäsymmetrian kuten magneettien takia tai roottoriurien urasulkujen kyllästymisen vuoksi. Myös näissä menetelmissä ovat matalat taajuudet olleet ongelmana, jota on sittemmin pyritty ratkaisemaan. Rahaa ja työtunteja on tämmöiseen satsattu paljon viimeisen kymmenen vuoden aikana ja pitempäänkin. Työvoimakustannukset näkyvät tietysti hinnassa materian päälle, kuten kaikissa muissakin vähänkin uudemmissa sovelluksissa. Eli joissain sähkökäytöissä saavutetaan etuja, kun anturi voidaan jättää pois. Tietenkin siinäkin on omat viiveensä ja virhelähteensä jne., tuskin ihan pelkästä valmistuskulujen minimoinnista voikaan olla kyse.
Mutta hyvinkin voi olla, ettei ajoneuvopuolella joko tarvita tai sitten voida vielä nykypäivänä semmoisia soveltaa. Muutenkin sattuu vain ehkä mukavasti, että hidaskäyntisiä korkean momentin sähkökoneita kehitellään ihan muihin sovelluksiin, mutta niistä sivutuotteena saadaankin jotain myös tälle puolelle ;)
Ja nähtäväksi jäävät myös ne paljon puhutut vaihtoreluktanssikoneet, joiden syöttö ja ohjaus ovat poikkeavia. Ja niissä, kuten kestomagneettitahtikoneissakin, momentin värähtely ja sen minimointi voivat vaatia ratkaisuja - tietenkin rakenteeseen - mutta jopa ohjauspuoleen liittyen. Siinä olisi ainakin edullinen kone, jos valmistus saataisiin pelaamaan hyvin.
Terveisin Kaisa
180kmh tarvitsee suoravetona ~1600rpm? 335 hv/1600rpm= ~1490Nm?
2kpl moottoreita= ~750Nm/kpl
Oletan tuon huippunopeuden saavutettavan huonoimmalla vääntömomentilla, luultavasti sitä saa kestomagneettimoottorista 2-3kertaa tuon.
Myöskin tuo 6,5s 0-100kmh kuullostaa verraten hitaalta, jos kerran moottoreista saa noinkin suuren vääntövoiman?
No jos ajatellaan, että auto painaa 1800kg, ja rengaskoko olisi vakio 225/45R17, niin pelkästään massan kiihdyttämiseen 6,5 sekunnissa vaadittaisiin noin 2400Nm momentti vetoakseleilla yhteensä. Tuohon kun lisää vielä ilmanvastuksen ja vierintävastuksen, niin eiköhän se 3000Nm hujakoille nouse eli 1500Nm per moottori. Mun mielestä se on kohtalaisesti linjassa tuon ilmoitetun tehon kanssa, mutta on ne vaan melkoisia myllyjä jos suoravetona irtoaa tuollainen vääntö. Voihan se toisaalta olla niinkin, että moottorilta saisi vähän enemmänkin, mutta ohjain rajoittaa väännön tuolle tasolle.
Piilota Re: Electric Motor Show 6.-8.11.2009 luonutPyykkikone on hyvä esimerkki, mutta ehkä vielä näyttävämpiä ovat esim. hissit ja nosturit. Olen jostain saanut sellaisen käsityksen, ettei nosturikäytössä vielä pystyttäisi toteuttamaan liikeanturitonta ohjausta.
En ole juuri ollut nosturien kanssa tekemisissä, mutta olen kuitenkin viisaammilta ymmärtänyt, että suurissa nostureissa on koko joukko elektroniikkaa mukana huolehtimassa laitteen stabiilisuudesta kuorman heilumista vastaan. Siinä käytössä todennäköisesti kiinnostaa vain väännön riittävä ja riittävän tasainen saatavuus tilanteessa kuin tilanteessa. Häviöt tai liikeanturin olemassaolo eivät ole kiinnostavia.
Monet anturittomat ohjausmenetelmät perustuvat myös signaali-injektioon.
Virtainjektiossa olennaisesti kai mitataan käämien impedanssia kullakin hetkellä. Siitä saadaan varmasti paljon arvokasta informaatiota, mutta asentomittauksena se ei välttämättä ole ihan täydellinen. Asiaa voi ajatella esimerkiksi sitä kautta, että värähtelyjen aiheuttamat muutokset ilmaraoissa voivat olla jo jonkin suuruisia verrattuna asentomuutoksen aiheuttamiin impedanssin muutoksiin. Tietysti tämä riippuu kovin paljon koneesta ja tapauksesta muutenkin. Suhteellisen tasaisella nopeudella on varaa integroida mittaustuloksia enemmänkin.
Auton erityisongelma tässä tapauksessa syntyy siitä, että sillä pitäisi pystyä ryömittämään esimerkiksi kaksi senttimetriä sekunnissa tasaisella nopeudella. Hidas tasainen liike on aina vaikea.
Muutenkin sattuu vain ehkä mukavasti, että hidaskäyntisiä korkean momentin sähkökoneita kehitellään ihan muihin sovelluksiin, mutta niistä sivutuotteena saadaankin jotain myös tälle puolelle ;)
Autossa tarvittavan suoravetokoneen haasteet:
- tasaista vääntöä nollanopeudella 2 000 Nm
- tehoa alueella 0..1 200 min-1 tarvitaan keskimäärin > 50 kW
- hyötysuhteen pitäisi olla hyvä mainitulla alueella erityisesti osakuormalla
Tuohon voisi laittaa koneen, jonka nimellisnopeus on 400 min-1 ja vääntö 2000 Nm. Nimellistehoksi tulee vähän yli 83 kW. Kentänheikennysalue ulottuu kolminkertaiseen nimellisnopeuteen, jolloin huippunopeus on kunnossa.
Auto olisi suorituskyvyltään periaatteessa ihan hyvä. Käytännössä kuitenkin se tuntuisi viiteenkymppiin asti kovin hengettömältä. Vasta sen jälkeen alkaisi toiminta. Käytännössä autossa pitäisi olla moottori, josta saa reilusti ylimääräistä vääntöä hetken ajan pienilläkin kierroksilla.
Ja nähtäväksi jäävät myös ne paljon puhutut vaihtoreluktanssikoneet, joiden syöttö ja ohjaus ovat poikkeavia. Ja niissä, kuten kestomagneettitahtikoneissakin, momentin värähtely ja sen minimointi voivat vaatia ratkaisuja - tietenkin rakenteeseen - mutta jopa ohjauspuoleen liittyen. Siinä olisi ainakin edullinen kone, jos valmistus saataisiin pelaamaan hyvin.
Minä pidän vaihtoreluktanssikoneen periaatteesta, siinä on jotain kaunista. Autokäytössä ainakin toistaiseksi värähtely pienillä nopeuksilla voi olla vähän tekemätön paikka, eikä tuota taida hitaaksi suoravetokoneeksi saada ihan helposti. Hyötysuhdekäyränsä puolesta vaihtoreluktanssikone taitaisi olla lähinnä maantieajoon parhaimmillaan (suurehkot kierrokset, pieni vääntö).
Vaihteeton sähköauto on haastava. Vielä haastavampi siitä tulee, jos sen pitää olla suoraveto. Itse uskon, että suoravetovehkeet ovat vielä kaukana tulevaisuudessa. Tällä hetkellä on sekä hyötysuhteen että talouden kannalta järkevämpää ottaa vähän takkiin alennusvaihteiston hammaskontakteista.
Vaihteeton sähköauto on haastava. Vielä haastavampi siitä tulee, jos sen pitää olla suoraveto. Itse uskon, että suoravetovehkeet ovat vielä kaukana tulevaisuudessa. Tällä hetkellä on sekä hyötysuhteen että talouden kannalta järkevämpää ottaa vähän takkiin alennusvaihteiston hammaskontakteista.
Entä jos tekisikin kaksivaihteisen sähköauton siten, että isompi vaihde on suoraveto ilman hammaskontakteja ja matalissa nopeuksissa käytetään alennusvaihdetta? Tämän voisi toteuttaa vaikka niin, että keskellä on kaksi sähkömoottoria selät vastakkain, ja niiden molempien perässä planeettavaihde, joka on lukittavissa suoravedoksi. Ongelmaksi ehkä muodostuisi se, että vetoakseleille ei jää hirveästi pituutta, taikka sitten tulee hintaa jos suunnitellaan kovin eksoottiset litteät moottorit ja vaihteet.
Planeettavaihde esimerkiksi näin: Yksikehäinen planeettapyörästö. Vääntö sisään aurinkopyörästä ja vääntö ulos planeettapyörien kehältä. Lukko A lukitsee aurinkopyörän ja planeettapyörien kehän toisiinsa. Lukko B lukitsee ulkokehän suhteessa runkoon. Alennusvaihteena A auki ja B kiinni. Suoravetona A kiinni ja B auki.
Piilota Re: Electric Motor Show 6.-8.11.2009 luonutTuohon voisi laittaa koneen, jonka nimellisnopeus on 400 min-1 ja vääntö 2000 Nm. Nimellistehoksi tulee vähän yli 83 kW. Kentänheikennysalue ulottuu kolminkertaiseen nimellisnopeuteen, jolloin huippunopeus on kunnossa.
Auto olisi suorituskyvyltään periaatteessa ihan hyvä. Käytännössä kuitenkin se tuntuisi viiteenkymppiin asti kovin hengettömältä. Vasta sen jälkeen alkaisi toiminta. Käytännössä autossa pitäisi olla moottori, josta saa reilusti ylimääräistä vääntöä hetken ajan pienilläkin kierroksilla.
… tai voidaan käyttää reilusti ylimitoitettua sähkömootoria.
… tai voidaan käyttää reilusti ylimitoitettua sähkömootoria.
Tämä on ihan mahdollinen toimintatapa. Lähestymistavassa on kuitenkin muutama harmillinen huono puoli. Sähkökoneissa koneen tilavuus (ja massakin) menevät usein väännön mukaan. Jos vääntö ylimitoitetaan tuplaksi, mukana on tuplamassa. Se voi vielä maksaakin melkein tuplasti. Lisäksi ylimittainen kone saattaa joutua normaalikäytössä toimimaan huonon hyötysuhteen alueella.
Toisaalta autopuolella on erityisesti henkilöautoissa sellainen erityispiirre, että hetkellisen huipputehon ja keskimääräisen huipputehon erotus on aika suuri. Auto harvoin vie yli 30 kW kulkeakseen laillista nopeutta. Silti moottorista pitäisi lähteä ainakin tuplat huippuja muutaman kymmenen sekunnin ajaksi. Kysymys on paljolti siitä, mikä moottorissa rajoittaa huipputehoa tai -vääntöä.
Sitä minä olen miettinyt, että sähköauton kohdalla voisi olla hyvinkin fiksua rajoittaa auton huippunopeus suhteellisen alas, esimerkiksi tasolle 150 km/h. Tämä riittää kaikkeen käytännön käyttöön mutta edes vähän helpottaa moottoripuolen päänsärkyjä.
Planeettavaihde esimerkiksi näin: Yksikehäinen planeettapyörästö. Vääntö sisään aurinkopyörästä ja vääntö ulos planeettapyörien kehältä. Lukko A lukitsee aurinkopyörän ja planeettapyörien kehän toisiinsa. Lukko B lukitsee ulkokehän suhteessa runkoon. Alennusvaihteena A auki ja B kiinni. Suoravetona A kiinni ja B auki.
Oletko katsellut eseimerkiksi Toyotan HSD:n kehittyneempiä versioita? Kuvaus kuulostaa sieltä tutulta…
Sama on käynyt minullakin päässäni. Auton pitäisi liikkua hyvin tasaisesti hyvin pienellä nopeudella esimerkiksi paikoitus- tai ruuhkatilanteissa. Tällöin hyötysuhteesta voisi vähän uhratakin, jolloin muutama hammaspyörä välissä ei satu. Haaste tulee lähinnä vaihtamistilanteessa, mutta sähkömoottorilla sekin on nopeampi hoitaa kuin polttomoottorilla.
Toinen päässä käynyt vaihtoehto olisi kahden moottorin rakentaminen samalle akselille. Toisella tehdään vääntö, toisella vauhti. Haaste voi tulla siitä, kuinka vääntöä tekevä moottori saadaan kestämään riittävän suuri kierrosnopeus. Tässä ratkaisussa miinusta tulee raskaammasta rakenteesta, mutta toisaalta koneelta toiselle siirtyminen olisi helppo tehdä pehmeästi. (Ja tietysti konekin voi olla esimerkiksi induktiokoneen ja kestomagneettikoneen risteytys, niitäkin on.)
Tämä on ihan mahdollinen toimintatapa. Lähestymistavassa on kuitenkin muutama harmillinen huono puoli. Sähkökoneissa koneen tilavuus (ja massakin) menevät usein väännön mukaan. Jos vääntö ylimitoitetaan tuplaksi, mukana on tuplamassa.
Tesla Roadsterin kone painaa vain noin 32 kg (vääntö 375 nm 0 - 4500 rpm, huipputeho 185 kW). Tilavuudesta en tiedä, mutta jollain videolla se näytti aika pieneltä. Tämmöisellä koneella pitäisi tavallinen perheautokin liikkua, mutta voisihan siitä tehdä vaikka 50 kiloisen. Minusta sähkömoottorin koko ei ole rajoittava tekijä, mutta hinta voi olla.
Tesla Roadsterin kone painaa vain noin 32 kg (vääntö 375 nm 0 - 4500 rpm, huipputeho 185 kW). Tilavuudesta en tiedä, mutta jollain videolla se näytti aika pieneltä. Tämmöisellä koneella pitäisi tavallinen perheautokin liikkua, mutta voisihan siitä tehdä vaikka 50 kiloisen. Minusta sähkömoottorin koko ei ole rajoittava tekijä, mutta hinta voi olla.
Lähinnä puhe oli suoravetoon soveltuvista sähkömoottoreista ja Tesla ei käytä suoravetoa, mutta on tuo Teslan moottori (kuten myös Michelinin pyörämoottori) kuitenkin hyvä osoitus siitä, että teho/paino-suhde voi olla todella hyvä.
Roadsterin välitys 8.28:1 on tiedossa, joten voi laskea vastaavaan suorituskykyyn riittävät speksit suoravetoon. Oletetaan 5% pienemmät mekaaniset häviöt suoravedossa:
Vääntö: 2950 Nm alueella 0-540 rpm Maksiminopeus: 1690 rpm (Roadsterissa max. 14000 rpm)
Teho: 176 kW
Piilota Re: Electric Motor Show 6.-8.11.2009 luonutTesla Roadsterin kone painaa vain noin 32 kg (vääntö 375 nm 0 - 4500 rpm, huipputeho 185 kW). Tilavuudesta en tiedä, mutta jollain videolla se näytti aika pieneltä. Tämmöisellä koneella pitäisi tavallinen perheautokin liikkua, mutta voisihan siitä tehdä vaikka 50 kiloisen. Minusta sähkömoottorin koko ei ole rajoittava tekijä, mutta hinta voi olla.
Kuten täällä jo todettiinkiin, tuo on vaihteellinen. Toinen juttu on se, että koneen nimellisteho ja -vääntö ovat huomattavasti alle tuon yllämainitun. Toisin sanoen kone ei kestä tuollaista vääntöä nollakierroksilla kovinkaan pitkään kuumenematta kohtuuttamasti tai tuota huipputehoa jatkuvana. Tosin ilmeisesti Tesla on panostanut aika paljon koneen jäähdyttämiseen, koska urheiluautokäytössä keskimääräinenkin teho on kovin suuri.
Hinta, koko ja hyötysuhde pitää luonnollisesti katsoa koko voimansiirrolle jäähdytyksineen. Tesla on todennäköisesti aika pitkään vääntänyt taskulaskimen kanssa päätyäkseen juuri tuon kokoiseen induktiokoneeseen (oikosulkumoottori).
Teslan ajatus valita induktiokone on mielenkiintoinen. Yleensä ajoneuvoissa käytetään kestomagneettikoneita, mutta löysin Teslan Wally Rippelin (onpa muuten kaverilla hauska nimi sähkökäyttöihmiseksi…) kirjoittaman tarinan aiheesta. Perustelu on se, että jos huipputeho on kaukana normaalisti käytettävästä, induktiokoneesta saa paremman hyötysuhteen irti. Tähän liittyy myös se seikka, että induktiokonetta voi käyttää pidemmälle kentänheikennysalueelle (siis "ylikierroksille") kuin kestomagneettikonetta.
Rippel itse toteaa, että valinta ei ole mitenkään itsestäänselvä, ja että tulevaisuudessakin näitä tulee olemaan rinnakkain. Perusteluja lukiessa tuntuu siltä, että induktiokonetta suosivat perustelut ovat vahvempia nimenomaan urheiluautoissa.
Jos sähkömoottori mitoitetaan 3000 Nm väännölle ja alle 500 rpm kierroksille suoraan akselilta, niin siitä tulee kyllä todella valtava, koska häviöt kasvavat virran neliössä ja noilla lukemilla sitä virtaa tarvitaan ja pirusti, eli moottoriin tulee todella ronskisti kuparia.
Sen mitä vaihteiston puutteesta voittaa, häviää reippaasti moottorin hyötysuhteessa, varsinkin alakierroksilla.
Mitenkäs pitkään noista moottoreista yleensä voidaan tuota hetkellistä tehoa ottaa?
Tässä ( http://www.azuredynamics.com/products/force-drive/documents/AC24LS_DMOC445ProductSheet.pdf ) ecorollaan tulevan moottorin esitteessä vääntökäyrät on ilmoitettu hetkellisen vääntömomentin mukaisesti. Tuonkin käppyrän mukaan Corollan kiihtyvyys 0-100km/h tulee laskujeni mukaan olemaan noin 23s. Jatkuva huipputeho on moottorin tehokkaammassakin versiossa vain 20kw. Ja se on kierrosluvulla 4700rpm. Tuosta lähtien käppyrät kuitenkin laskevat. Jos vaihteiston välityssuhde on 12:1, niin huippukierrokset (11000rpm) tulevat vastaan noin 110km/h nopeudessa, mutta jatkuvaa tehoa tuon nopeuden ylläpitoon ei ilmeisesti ole riittävästi tarjolla. Jos jatkuva teho ja vääntö ovat kautta linjan samassa suhteessa huipputehoon kuin 4700rpm kohdassa, niin satasen nopeuteen vaaditulla 10000rpm kierrosluvulla irtoaisi tehoa vain noin 12,5 kw, mikä ei riitä, eli suurin matkanopeus olisi alle 100km/h. Vai meneekö homma niin, että noilla 10000rpm kierroksillakin on käytössä suunnilleen tuo sama 20kw jatkuva teho?
Olen samaa mieltä siitä että ruutia pitää olla ainakin hetkellisiin tarpeisiin. Ja välitykset on kivat olla olemassa. Saa mm. moottorijarrutuksessa stadissa paremmin energiaa "tankkeihin" jonka huomasin jo Elcattia kokeillessa. Minua himoittaa tuo moottori/kontrolleriyhdistelmä kun siinä tulee USB liityntä valmiina ohjelmineen tehokäyrien muuttamista varten. Eihän niitä tarvitse tehdä kun kerran.
http://www.evcomponents.com/ProductDetails.asp?ProductCode=AC55
Jännitettä voi olla vähemmänkin kun moottorin teho ei lopu kesken eikä mylly paina paljon. Lisäksi satsi on aika kohtuuhintainen, 3500$ ja pieni tulli sekä alv sekä matkakustannukset tekee kait noin 3000€ yhteensä. Korkeintaan 3200€. Ilmeisesti kierrosluku 2000-3000r/min on aikas sopiva melkein kaikille sähkömoottoreille. Hyötysuhteet on parhaimmillaan ja moottorin jäähdytys (ilma) toimii hyvin. Moottorin nestejäähdytyskin tuo oman monimutkaisuutensa lisää systeemiin joten jos projektin aikoo saada joskus valmiiksi on asiat ajateltava melko simppeleiksi. Ajotietokonetta en omaani tarvitse, kiinnostaa vain paljonko ajomatkaa on jäljellä ja sopivasti viritetyllä volttimittarilla se selviää. Jos sekin on analoginen niin tauluun saa helposti tehtyä "energiamittarin".
OK. Suoravedosta puhuttaessa voidaan ottaa HPD40 alla olevasta linkistä.
http://home.deds.nl/~daihard/electroCar/Hi%20Pa%20Drive.pdf
Tällä luulisi tavallisen perheautonkin liikkuvan tarpeeksi rivakasti. Tässä on kyseessä protomoottori, jolloin sarjatuotantohintaa on ennenaikaista arvioida. Mutta edelleenkin näkisin, että paino (= 50kg/2 pyörää, 100kg/4 pyörää) on pienempi este kuin hinta.
Ajattelin myös tehdä rättäriin "energiamittarin" pelkällä akkujännitemittarilla. Ongelma on, että se näyttää mitä sattuu (ainakin mun lyijyakuilla) eli jos mulla on jännitettä ennen ajoon lähtöä 53V niin täyskiihdytyksessä n. 2s myöhemmin jännite onkin 38V ja kaasua nostaessa (ja regenin toimiessa) jännite on taas yli 50V… ei ole helppoa. Litiumeilla asia helpottuu hieman kun akuston sisäinen resistanssi on pienempi.
Mittarin saa rauhoitettua elektrolyyttikonkalla napoihin kytkettynä ja vastuksella sitä ennen sarjassa. Ei silloin reagoi niin nopeasti muutoksiin. Arvot noille riippuvat käyttämäsi volttimittarin sisäisestä vastuksesta ja luulisin että vastus sarjassa voisi olla jotain 2-5kohm ja konkka 1000uF/100V tuolla jännitteellä mitä käytät.