Motorteam

EVS24, het is de 24e editie van de Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium & Expidition en zal dit jaar plaatsvinden te Stavanger in Noorwegen. Meer dan 450 papers zijn geschreven en zullen daar worden voorgesteld, meer dan honderd mensen uit de industrie en universiteiten zullen spreken, nieuwe technologieën zullen aan het licht worden gebracht, en nog veel meer.

Bekende gasten zijn ondermeer: Amory Lovins, heeft meer dan 29 boeken gepubliceerd waaronder het bekende boek Winning the Oil Endgame. Hij is medeoprichter van Rocky Mountain Institute en adviseert de Amerikaanse regering. Car magazine zette hem op 22e plaats op de lijst van machtigste mensen in de globale autoindustrie.

Hermann Scheer, stichter en voorzitter van de WCRE en Duits parlementslid. Time Magazine benoemde hem als een van de helden van de Green Century. En nog veel meer interessante figuren. Het mag wel gezegd worden dat hier de toekomst van de auto-industrie wordt besproken…

En zo als u het al kon raden, ook wij zullen van de partij zijn. Dankzij hun promotor, dr. Ir. Tiene Nobels, hebben Maarten en Thomas de kans gekregen om deel te nemen aan de prestigieuze EVS-conferentie in Stavanger, Noorwegen.

Maarten en Thomas maken deel uit van het VDS-Groep T-team, waarin zij de verantwoordelijkheid dragen voor het ontwerp van de elektrische motor die de VDS-wagen zal aandrijven.

De thesis van Maarten en Thomas betreft het ontwerp van een geschakelde reluctantie motor voor een elektrisch voertuig. Hun thesis in papervorm werd aanvaard voor publicatie door EVS en zij zullen midden mei deze gaan verdedigen in Noorwegen.

Een geschakelde reluctantie motor is een iets of wat exotisch type elektrische motor, pas de laatste paar jaren is deze technologie een hot topic binnen de onderzoekswereld geworden. Door zijn robuuste bouw, laag kostenplaatje en hoge efficiëntie is deze motor een zeer goede kandidaat voor de aandrijving van een elektrische wagen.

Het motorteam heeft in september 2008 het ontwerp van de PMSM motor afgerond. Deze motor wordt gebruikt in combinatie met de PMSM controller. Deze zal in het tweede kwartaal van 2009 het licht. De bouw van de SRM (Switched Reluctance) motor staat ook voor het eerste kwartaal van 2009 op de planning; de VISION GT wordt met deze motor uitgerust. De SRM motor is de ultieme motor qua levenscycluskost; hoewel deze niet de hoogste energie efficiëntie van alle motoren heeft – Brushless DC en PMSM motor zijn het meest efficiënt – is deze in productie en recyclage qua milieu impact voorlopig onverslagen.

Maarten Vanhove en Thomas Gheysen werken samen aan de Geschakelde Reluctantie Motor voor de Vision GT. Deze 30 kW motor wordt volledig zelf ontworpen en onderzocht in het kader van het vds-project en natuurlijk kaderen de eigenschappen van de motor in het milieuvriendelijke aspect van het project. Door gebrek aan zeldzame metalen (magneten) en een uiterst robuuste constructie heeft deze motor een voortreffelijke Levens Cyclus Kost.

Op dit moment zitten Thomas en Maarten in de afronding van de fase ‘Geometrische Aanpassingen’. Dit wil zeggen dat het geometrisch design van de motor zo goed als af is en dat er binnenkort een thermische analyse zal plaatsvinden. De eigenlijke bouw van de motor is niet meer zo ver weg!

Natuurlijk is er ongelooflijk veel werk vooraf gegaan. Het motorteam is, na een uitgebreide literatuurstudie, begonnen met een analytisch rekenprogramma te ontwerpen waar op een gemakkelijke en snelle manier een eerste beeld kan gevormd worden van het gemiddeld koppel dat de motor zal opwekken. Op deze manier kan men een ruwe schatting maken van de eerste afmetingen van de motor.

Na deze eerste schatting is het natuurlijk tijd om deze te gaan verifiëren in een eindig elementenpakket. Het motorteam gebruikt de software Magnet® (met dank aan Esat). Via deze software kunnen ongelooflijk veel geometriën worden getest, met name aanpassingen van rotor en stator hoeken, luchtspleetbreedte, afronding van statorpolen, etc.

Bekijk alle berichten van het motorteam.

Het motorteam is op dreef: na verschillende dagen en nachten op de workstations van de ESAT ergens in het territorium van de Katholieke Universiteit van Leuven te hebben doorgebracht, stromen de eerste veelbelovende resultaten van de SRM motor binnen. Verschillende combinaties tussen statorpoolhoeken en rotorpoolhoeken, luchtspleten en afrondingen om u tegen te zeggen werden door onze software gejaagd en vergeleken met elkaar. Conclusies zullen worden gemaakt, verslagen zullen worden geschreven.

Maar ook buiten het zware technische werk van onze vrienden schijnt er qua sponsoring ook het een en het ander te gebeuren. Woensdag is er een team afgezakt naar het verre Ieper te midden de West-Vlaamse velden. Daar vestigt zich Picanol. Een bedrijf dat weefmachines maakt. “Waarom weefmachines?” zult u denken. Wel, omdat deze weefmachines gebruik maken van de zeldzame geschakelde reluctantiemotoren die wij onderzoeken. PsiControl Mechatronics, een spin-off van Picanol, ontwikkelt deze motoren. De onderneming in kwestie ondersteunt ons vanaf nu door hun kennis en expertise te delen en ons te helpen met onze taak. Verdere stand van zaken omtrent de samenwerking volgt weldra...

Bezoek de website van PsiControl Mechatronics voor meer informatie.

In de zomer van 2008 ontwikkelde VDS de VISION 200. Gebaseerd op die ervaring wordt nu een tweede prototype ontwikkeld, de VISION GT, dat in de lente van 2009 geassembleerd zal worden. Deze zal ingezet worden voor verschillende duurtesten / drivetests. Het VISION GT prototype zal een puur functioneel ontwerp hebben met het frame, de elektrische motor en –controller als innovatieve componenten. Drivetrain, stuurkolom, ophanging en remsysteem, zijn integratiecomponenten, die als noodzakelijk worden geacht. Deze krijgen echter niet de focus van de VDS GROEP T onderzoekers: de innovatieve componenten hebben prioriteit.

Concreet spitst het frameteam zich dit jaar toe op de ontwikkeling van een volledig koolstof (Carbon Reinforced Epoxy) composieten frame. Het team onderzoekt ook nadrukkelijk de mogelijkheden van vlasvezel (Flax fiber) composieten. Deze laatste zouden een spectaculair lage levenscycluskost hebben; de hoofddoelstelling van de VISION GT. Het frame wordt in samenwerking met verscheidene partners ontwikkeld.

Het motorteam heeft in september 2008 het ontwerp van de PMSM motor afgerond. Deze motor wordt gebruikt in combinatie met de PMSM controller. Deze zal in het tweede kwartaal van 2009 het licht. De bouw van de SRM (Switched Reluctance) motor staat ook voor het eerste kwartaal van 2009 op de planning; de VISION GT wordt met deze motor uitgerust. De SRM motor is de ultieme motor qua levenscycluskost; hoewel deze niet de hoogste energie efficiëntie van alle motoren heeft – Brushless DC en PMSM motor zijn het meest efficiënt – is deze in productie en recyclage qua milieu impact voorlopig onverslagen.

Het controllerteam spitst zich in 2008-2009 op twee domeinen toe: de hardwarematige implementatie van het PMSM controlleralgoritme – zowel de sturing als de hoogvermogen elektronica – en de eerste ontwikkelcyclus van het SRM algoritme. In het eerste kwartaal van 2009 staat een werkende PMSM controller op de planning; een eerste versie van het SRM motoralgoritme staat voor het tweede kwartaal gepland.

Zoals Thomas al zijn vorige blogbericht aangaf zijn we op dit moment bezig met het optimaliseren van de motorgeometrie.

Op dit moment zijn we 5 verschillende geometrieën aan het uittesten. We hebben aanpassingen aan de pool en het juk van de stator aangebracht en de eerste resultaten zijn zeer veelbelovend.

Onderstaande figuren geven al wat van ons gedane werk weer.

De eerste figuur geeft de koppelrimpel zonder geometrie aanpassingen weer, de tweede met. De gedane aanpassingen zijn te bewonderen in figuur 3.

De maand september is bij het motorteam volledig gericht op het project. Na een paar weken er tussenuit te zijn geweest, zijn wij beide terug gemotiveerder dan ooit. En dat werpt zijn vruchten af. Momenteel zijn wij bezig met het optimaliseren van de geometrie van de motor. Dit wil eigenlijk zeggen dat we de vorm van de motor zo gaan aanpassen dat we een zo efficiënt mogelijk werking verkrijgen, waardoor de motor zo licht en compact mogelijk wordt en tegelijkertijd toch een groot koppel levert. Ondertussen zorgen we er ook voor dat de koppelrimpel wordt gereduceerd. Deze veroorzaakt vele neveneffecten, zoals trillingen en lawaai. Een optimaal design zal leiden tot een grote koppel-massa verhouding en een stille en zachte werking.

Als dit alles goed verloopt en de optimale geometrie gevonden is, zullen wij een paper schrijven voor de 'Vehicular Technology Conference’ in Barcelona in april 2009. Deze conferentie zal gaan over de nieuwste technologiën in de transportwereld. Omdat een geschakelde reluctantiemotor, onze motor dus, een nieuwe toepassing biedt in deze wereld zullen wij proberen een plaats te veroveren op deze conferentie. Over verdere verderingen en de stand van zake betreffende de conferentie houden wij jullie op de hoogte!

Thomas en Maarten

Na een zeer uitgebreide literatuurstudie begonnen Maarten en Thomas aan hun zware taak: ontwerp van een SRM (switched reluctance motor) voor de hybride wagen. De afloop van hun project wordt gepland midden 2009.

Maar hoe ga je nu in godsnaam aan zoiets beginnen? Een kort overzicht van het designalgoritme:

1. Analytisch. De motor wordt volledig analytisch beschreven. Dit houdt in dat ze twee verschillende toestand beschrijven. De gealigneerde positie en de ongealigneerde positie (beide zijn te bewonderen in figuur 1). Aanvankelijk werd het analytisch rekenprogramma Maple gebruikt, maar door het grote aantal iteraties die ze moesten uitvoeren bleek een geautomatiseerd LabVIEW algoritme de beste keuze. Het uiteindelijk algoritme is iets te uitgebreid om hier te laten zien, maar het frontpanel van het programma zie je op figuur 2.
Uit deze berekeningen vinden we uiteindelijk een ruwe schatting van de dimensies. Deze gegevens worden dan natuurlijk gebruikt in fase 2.

2. FEA: Eindige Elementen Analyse. Tegenwoordig wordt bijna alles berekend door computers en eindige elementen pakketten zijn hierbij zeer handig. Zij opteerden voor het pakket MagNET van Infolytica. Dit is een FEA-pakket die de magnetische kant van het design volledig voor zich neemt. Hierin staken we dan natuurlijk onze eerder gevonden dimensies om alles een keer te verifiëren. Uit dit programma zal binnenkort het definitieve model van hun motor komen.

3. Eenmaal alles is berekend en gesimuleerd kunnen ze beginnen aan de eigenlijke bouw van de motor.

Op dit moment zitten ze volop in de tweede fase, de tutorials van MagNET zijn al volledig verteerd en ze zijn nu bezig verschillende combinaties van dimensies te verifiëren.

Zoals hieronder al beschreven stond kregen Thomas, Gert en Maarten de kans om het goede weer te gaan maken op de eerste propulsion group meeting te Davis California. Hier komen de verschillende dingen die zij meemaken tijdens deze trip naar het land van Big Brother en Paris Hilton.

26 December, de dag van vertrek naar het Verre Westen. Vroeg opgestaan, afscheid nemen van vriendinnetjes, tandjes poetsen en op naar Zaventem. Een vermoeiende 16 uur later komen we aan en de stralende zon van California begroet ons. Het plan was om de eerste paar dagen in San Francisco door te brengen, kwestie van een beetje toerisme te doen en niet te veel op Bryan zijn dak te zitten, dus het drietal vertrekt naar de herberg die ze de komende dagen thuis zullen noemen.

De locatie van het 'hotel' viel heel goed mee, recht in het shoppingdistrict van Frisco met natuurlijk de obligatoire 'Bums' op elke straathoek. Na een verkwikkende nacht vertrekt het drietal op verkenning.

Haight-Ashbury, Golden Gate, Castro, de treintjes, Eastbay, Pier 39 kortom, zelfs de ouders van Robyn, alles wordt een bezoekje gebracht door onze drie dappere Belgen.

Na 5 dagen toerisme, werken (we deden wat vds-werk in de ochtend en in de namiddag trokken we erop uit) en een onvergetelijk Nieuwjaar, vertrekken de Belgen naar de Universiteit waar we het Team ontmoeten. Will, Bryan, Priscilla (Montreal, APU), Robyn en wij, krijgen meteen een koude douche als we horen dat binnen 36 uur we een heel belangrijke presentatie moeten geven, we moeten namelijk op conferentie bij twee zeer vooraanstaande ingenieurs die zeer hard betrokken zijn bij het TESLA project.

Iedereen springt natuurlijk op de bergen werk die voor ons liggen en juist voor de deadline krijgen wij het gevraagde werk af. Even een overzichtje
Gert moest een algemeen beeld schetsen van de powertrain die onze uiteindelijke wagen zal hebben (niveau: zeer gedetailleerd)
Thomas en Maarten moesten de specs van de SRM vastleggen, met CAD tekeningen de dimensies van de motor kenbaar maken, koppel-snelheid-efficiency grafieken kunnen voorleggen en als het mogelijk was de motor simuleren met één van de beschikbare programma's.

De volgende dag werd het team verwacht ten zuiden van San Francisco, ongeveer een 2 uurtjes rijden. Door wat organisatorische problemen komt de helft van het team te laat, waardoor we natuurlijk niet de beste indruk achterlieten. Achterafgezien verliep deze meeting toch naar behoren en hebben we zeker wat bijgeleerd. De gespreksonderwerpen waren vooral batterij-management en het al dan niet inbouwen van een versnellingsbak. De ingenieurs van Tesla hamerden vooral op het feit dat goede trade-off’s moesten gecreëerd worden, en om hieruit dat een goede beslissing te nemen.

Dan het noodlot, na een paar dagen van enorme arbeid werd Californië getroffen door een zeer zware storm (jullie hebben het zeker wel allemaal gezien op het nieuws). De planning die we eerder die week hadden opgesteld viel natuurlijk grotendeels in het water, maar de Belgen (want zo staan we hier al bekend) maakten er het beste van en verrichten bergen VDS werk. Op deze dagen leren we ook beter de community, waar Bryan deel van uitmaakt, kennen. Ongeveer een 28 mensen wonen in 14 ‘Domes’ of beter bekend als de heuveltjes van Davis, waar zij zelf voor het voedsel zorgen. Met andere woorden, we krijgen elke dag verse groentjes uit de tuin voorgeschoteld (daar gaat ons voornemen om elke dag fast-food te eten), we hebben natuurlijk het geluk van de wereld wanneer blijkt dat Bryan de beste kok is in de ‘Domes’.

Maandag was de storm gaan liggen en trokken we erop uit naar de grootste scrap-yard die je kunt inbeelden. Bedrijf na bedrijf dealt hier in versleten en kapotte auto’s, het plan was om hier een motor en chassis te kopen voor het eerste prototype. Na wat uurtjes rond gekeken te hebben vertrok het team (dat ondertussen verminderd was naar wij drie en Bryan) terug naar Davis om de manager van CalCars te ontmoeten. CALCARS is een bedrijfje dat aan Prius-conversions doet, dit betekent dat zij de Prius ombouwen (Pimp my car style) naar een plug in hybrid. Hier werd vooral het batterij-management besproken (vooral Bryan zijn gebied).

Maandagavond hebben we besloten dat we de elektrische motor van de Prius gaan gebruiken in het Eerste prototype, morgenvroeg gaan we deze halen en de resterende dagen zullen we hiermee spelen. Ook het chassis ligt vast, we gaan een oude Mazda-truck gebruiken en volledig strippen totdat alleen het chassis overblijft. De bedoeling is dan om de elektromotor in te bouwen in dit chassis. Naar alle waarschijnlijkheid zullen we dat niet meer meemaken, maar alles ziet er veelbelovend uit dat het prototype zal klaar geraken tegen volgende Design Review.

Dinsdag avond krijgen we uiteindelijk onze Prius motor in handen. Dit is ongeveer een kleine week achter op de planning. Enkele loodzware dagen staan ons te wachten. Het plan is om de volledig geïntegreerde Prius motor van zijn behuizing te ontdoen, alles op te meten om zelf een 'custom' behuizing te fabriceren en alle onderdelen te catalogiseren. Ook wordt er van Thomas en Maarten verwacht dat zijn de Prius motor, eens totaal gestript, volledig in CAD zetten. Gert krijgt de volledige invertor voor zijn rekening, ideaal zou zijn om de motor draaiende te krijgen, maar al snel blijkt dit werk nogal moeilijk te doen in de twee dagen die ons nog resten. Gert houdt zich dan maar bezig met het volledig strippen van de inverter en alles te catalogiseren.

De laatste dagen worden vooral gebruikt voor wrap-ups, GroepT krijgt enorm goede commentaren van VDS-Davis ('one of the strongest teams VDS has')en alles wordt op de wiki gezet. De laatste avond vieren we een groot feest met alle hippies van de campus, dit betekent met z'n allen op een elektrisch wagentje naar een andere hippie-community, eten (dat trouwens enorm lekker was) op tafel zetten en aanvallen. Natuurlijk wordt er afgesloten met wat bier en de obligatoire cadeaus voor Bryan.

De dag erna vertrekken onze drie dappere Belgen terug, benieuwde ouders, vriendinnen met affectienood en een jetlag om u tegen te zeggen zullen de drie laatste obstakels zijn die deze mannen moeten overwinnen.

Tot nu toe kan ik zeggen, SUCCES!

Thomas Gheysen is geboren en getogen in en rond Leuven. Gedurende zijn jonge jaren ging hij eerst naar de lagere school in Kessel-Lo. Daarna zette hij de stap naar het Sint Pieters College, hartje Leuven, voor zijn middelbare studies. In zijn laatste jaren groeiden zijn interesse in wetenschappen en wiskunde dus besloot hij naar GROEP T te gaan. Hier bloeiden zijn interesses open en kreeg hij de gelegenheid ook op een creatieve manier mee te doen aan verschillende projecten. De Vision 200 beschouwt hij als de ultieme uitdaging: een project op hoogtechnologisch niveau waarbij hij zijn grenzen kan verleggen en ook de wereld tegemoet kan lopen door verschillende uitwisselingsprojecten. Zo beschouwt hij de samenwerking met onder andere Beijing, Boston en Biel als verrijkend en uitdagend.

Interesses: Waarnemingstekenen en schilderen, klimmen, joggen

www.linkedin.com/pub/6/a31/240 thomasgheysen

Maarten Vanhove werd geboren op 22 november 1986 te Leuven. Na een wetenschappelijke opleiding op het Sint Pieterscollege te Leuven werd al snel duidelijk dat de ingenieursgenen waren doorgegeven. GROEP T werd een logische keuze voor het vervolg van zijn studies. Vooral het interessante projectwerk dat deze school promoot spoorde hem aan om mee te doen met een enorme uitdaging: Vehicle Design Summit. Naast het wereldverbeterend karakter dat dit project uitstraalt, is er natuurlijk het internationale aspect dat de grootste indruk op Maarten heeft gemaakt: samenwerken met universiteiten over de gehele wereld, wie droomt daar niet van? Naast het VDS kantoor kan je Maarten met hoge waarschijnlijkheid vinden in café Eclips op de oude markt, waar hij werkt als barman.

Interesses: Film, muziek, lezen

www.linkedin.com/pub/6/9ba/aa8 maartenvanhove1