(Microsoft Word - FLIS_Diploma brezkrta\350ni motorji)

Transkripcija

1 BREZKRTAČNI MOTORJI ZA ELEKTRIČNA KOLESA diplomsko delo Študent: Študijski program: Mentor: Somentor: Lektorica: Marko Flis Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje Energetika izr. prof. dr. Bojan Štumberger doc. dr. Sebastijan Seme Damjana Selan, samostojni bibliotekarski sodelavec, predmetni učitelj slovenskega jezika Krško, september 2014 I

2 II

3 ZAHVALA Za strokovno pomoč in vodenje pri izdelavi diplomskega dela se zahvaljujem mentorju izr. prof. dr. Bojanu Štumbergerju in somentorju doc. dr. Sebastijanu Semetu. Iskreno se zahvaljujem svoji družini, ki mi je ves čas študija in izdelave diplomskega dela stala ob strani. Zahvalil pa bi se tudi vsem prijateljem, ki so mi nudili pomoč in podporo. III

4 BREZKRTAČNI MOTORJI ZA ELEKTRIČNA KOLESA Ključne besede: brezkrtačni motorji s trajnimi magneti, električna kolesa UDK: : (043.2) Povzetek Diplomsko delo obravnava brezkrtačne motorje za električna dvokolesna vozila. Električna dvokolesna vozila niso samo ekološka in varčna, temveč so izreden pripomoček ljudem, ki imajo kakršnokoli motnjo ali težavo pri premikanju ali hoji. Zlasti starejši ljudje kmalu po nastanku težav opustijo uporabo kolesa pretežno zaradi težav premagovanja klančin, ko noge ne»zdržijo«več, ali pa se lahko zgodi, da nastopi nenadna utrujenost ali dihalne težave. Glavni del električnega kolesa predstavlja električni motor, ki električno energijo spreminja v mehansko. Tako je diplomska delo omejena na pogon kolesa. Za pogon mestnega kolesa smo uporabil brezkrtačni motor napajan iz akumulatorja. Pri tem ne sme moč motorja presegati 250W. Cilj te diplomske naloge je prikaz predelave mestnega kolesa v električno kolo. V ta del spadajo pogon, napajanje in ostali sestavni deli kolesa. Teoretično smo tudi predstavili delovanje motorja, ki poganja kolo in krmiljenje, ki motor krmili. IV

5 BRUSHLESS MOTORS FOR ELECTRIC BIKES KEY WORDS: brushless permanent magnet motors, electric bikes UDK: : (043.2) Abstract The diploma thesis studies brushless motors for electric two-wheel vehicles. Electric twowheel vehicles are not only ecological and economical but also extremely helpful for people who have any kind of problems with walking or moving. Especially older people tend to quit using bicycles when they start facing problems with breathing, leg pain and sudden tiredness when riding up the slope. The main part of an electric bicycle is an electric motor which converts electrical energy into mechanical. Thus the diploma thesis focuses on the propulsion of a bicycle. A brushless motor charged by batteries was used for the propulsion of a city bicycle. The power output of the motor shall not exceed 250W. The aim of the diploma thesis is to present the conversion of a city bicycle to an electric bicycle. The propulsion, charging and other basic parts of a bicycle are included in this part. The theoretical presentation of the function of a motor, which runs a bicycle, and the entire control of a motor is also included in the diploma thesis. V

6 KAZALO VSEBINE 1 UVOD ENOSMERNI STROJI S ŠČETKAMI IN STROJI S TRAJNIMI MAGNETI BREZ ŠČETK ENOSMERNI STROJI S ŠČETKAMI BREZKRTAČNI STROJI S TRAJNIMI MAGNETI (STROJI S TRAJNIMI MAGNETI BREZ ŠČETK) PREDSTAVITEV PROBLEMA DELOVANJE ELEKTROMOTORJA TEHNOLOGIJA AKUMULATORJA SESTAVNI DELI MESTNEGA ELEKTRIČNEGA KOLESA POGON MESTNEGA ELEKTRIČNEGA KOLESA KRMILNIK AKUMULATOR Polnjenje LiFePo4 celic Prednost LiFePo4 akumulatorjev SENZOR PEDELEC Z MAGNETOM PRIKAZOVALNIK POLNILEC KONTROLNA IN ZAVORNA ROČKA SIRENA MERITEV OBREMENITVE BREZKRTAČNEGA MOTORJA S TRAJNIMI MAGNETI REZULTATI MERITEV ZAKLJUČEK VIRI IN LITERATURA PRILOGE VI

7 KAZALO SLIK Slika 2.1 Prerez dvopolnega enosmernega stroja s ščetkami [2]... 3 Slika 2.2 Brezkrtačni električni motor s trajnimi magneti... 6 Slika 2.3 Dimenzije brezkrtačnega motorja [3]... 7 Slika 3.1 Sprednji vilici kolesa [18]... 8 Slika 3.2 Nameščena akumulator in krmilnik... 9 Slika 3.3 Senzor pedelec in odstranjeni deli potrebni za namestitev senzorja... 9 Slika 3.4 Prikazovalnik, ročka za dodajanje moči, zavorna ročka, funkcija tempomat Slika 3.5 Priključka za povezavo komponent [18] Slika 3.6 Brezkrtačni motor s trajnimi magneti in zunanjim rotorjem [18] Slika 3.7 Primerjava kapacitete akumulatorjev z gorivom za avtomobil [18] Slika 3.8 Princip meritve akumulatorja [18] Slika 3.9 Akumulator z sistemom BMS [18] Slika 4.1 Platišče z nameščenim motorjem v pestu in motor Slika 4.2 Ohišje brezkrtačnega motorja s trajnimi magneti Slika 4.3 Zobnik Slika 4.4 Zobniški mehanizem Slika 4.5 Brezkrtačni motor s trajnimi magneti (20 polov rotorja in 18 utorov statorja ) Slika 4.6 Komutacijska stanja Hallovih senzorjev pri dvopolnem motorju [24] Slika 4.7 Dimenzije krmilnika Slika 4.8 Krmilnik Slika 4.9 Shema krmilnika Slika 4.10 USB kabel [3] Slika 4.11 Prikaz programa za nastavitev parametrov motorja [3] Slika 4.12 Povezovalna shema komponenta Slika 4.13 Akumulator Slika 4.14 Pedelec senzor z magnetom Slika 4.15 Prikazovalnik Slika 4.16 Polnilec Slika 4.17 Kontrolna in zavorna ročka Slika 4.18 Sirena Slika 5.1 Nosilec platišča z motorjem Slika 5.2 Voltmeter, ampermeter in laserski merilnik vrtljajev Slika 5.3 UI-karakteristika akumulatorja Slika 5.4 Vrtljaji kolesa v odvisnosti od mase uteži Slika 5.5 Obremenilna karakteristika 250 W motorja [3] Slika 5.6 Primerjava rezultatov meritev testnega motorja in podanih podatkov meritev proizvajalca (vrtljaji motorja v odvisnosti od toka akumulatorja) Slika 5.7 Primerjava rezultatov meritev testnega motorja in podanih podatkov meritev proizvajalca (primerjava sprejete moči iz akumulatorja) VII

8 KAZALO TABEL Tabela 4.1 Prikaz razmerja med vrednostmi dobljenimi na Hallovih senzorjih in preklopi napetosti med fazami [24] Tabela 5.1 Rezultati meritev VIII

9 UPORABLJENI SIMBOLI Φ fluks, magnetni pretok B gostota magnetnega pretoka U napetost I tok n število vrtljajev P moč DC enosmerni tok Ω ohm C stopinje celzija M vrtilni navor Ah amperska ura IX

10 UPORABLJENE KRATICE vn vzbujalno navitje S južni magnetni pol N severni magnetni pol J jarem K komutator NC nevtralna cona BLDC brezkrtačni enosmerni motor pč polov čevelj km kilometer X

11 1 UVOD Električna dvokolesna vozila niso samo ekološka in varčna, temveč so izreden pripomoček ljudem, ki imajo kakršnokoli motnjo ali težavo pri premikanju ali hoji. Zlasti starejši ljude kmalu po nastanku težav opustijo uporabo kolesa pretežno zaradi težav premagovanja klančin, ko noge ne»zdržijo«več, ali pa se lahko zgodi, da nastopi nenadna utrujenost ali dihalne težave. Zato smo se odločili, da bomo mestno kolo predelali v električno kolo. Glavni del električnega kolesa predstavlja elektromotor, ki električno energijo spreminja v mehansko energijo. Tako smo se v diplomski nalogi osredotočili na pogon kolesa in predelavo mestnega kolesa v električno kolo. Za pogon smo uporabili brezkrtačni motor s trajnimi magneti napajan iz akumulatorja. Pri tem je trajna moč motorja za električna kolesa omejena na 250W, kolo pa ne sme presegati hitrosti nad 25km/h. Moč motorja in hitros kolesa sta omejeni z direktivo Evropske unije 2002/24/EC [19], ki navaja sledeče:»kolesa s pedali, ki so opremljena s pomožnim električnim motorjem, imajo maksimalno trajno nazivno moč 0,25 kw, pri kateri je izhod progresivno zreduciran in nazadnje omejen, ko vozilo doseže hitrost 25 km/h ali če kolesar preneha poganjati pedala.«to je definicija e-kolesa s pomožnim električnim motorjem znotraj Evropske Unije. Kot pri vseh direktivah EU, je individualnim državam članicam prepuščeno, da same implementirajo zahteve le teh v svojo nacionalno zakonodajo. Evropski produktni varnostni standard EN je bil objavljen v letu Brezkrtačni motorji se pojavljajo na vseh področjih uporabe. Brezkrtačni električni motorji s trajnimi magneti (ang. BLPM motors brushless permanent magnet motors), v slovenskem jeziku poznani tudi kot elektronsko komutirani motorji (ang. EC motors electronically commutated motors) so dejansko sinhronski motorji s trajnimi magneti. Takšni motorji delujejo nekoliko različno v primeru, da na statorsko navitje pripeljemo medfazne napetosti sinusne oblike ali pa pravokotne pulze medfazne napetosti. V prvem primeru so fazni tokovi kvazi sinusne oblike, zato jih takrat v ang. jeziku pogosto poimenujejo brushless AC motors (BLAC motors). V drugem primeru so tokovi kvazi 1

12 pravokotne oblike, zato jih takrat v ang. jeziku pogosto poimenujejo brushless DC motors (BLDC motors). Samo poimenovanje je pogosto napačno uporabljeno prav zaradi različne oblike faznih tokov, čeprav je zgradba samega motorja lahko popolno enaka. Diplomsko delo je razdeljeno v šest poglavij: V drugem poglavju so predstavljene teoretične osnove enosmernih strojev s ščetkami in teoretične osnove strojev s trajnimi magneti brez ščetk. Tako so predstavljene osnove delovanje, sestavni deli in nadzor hitrosti. Sledi tretje poglavje s predstavitvijo problema predelava mestnega kolesa v električno kolo. V četrtem poglavju so predstavljeni sestavni deli potrebni za predelavo kolesa. Peto poglavje je namenjeno preizkušanju električnega kolesa in električnega brezkrtačnega motorja s trajnimi magneti. V zadnjem pogavju so podane zaključne misli. 2

13 2 ENOSMERNI STROJI S ŠČETKAMI IN STROJI S TRAJNIMI MAGNETI BREZ ŠČETK 2.1 ENOSMERNI STROJI S ŠČETKAMI Enosmerni stroji so svoje ime dobili po enosmernem napetostnem omrežju, na katerega so priključeni kot motorji ali kot generatorji. Če enosmerni stroj pretvarja mehansko energijo v električno energijo, je to enosmerni generator, če pretvarja električno energijo v mehansko energijo je to enosmerni motor. Sklop za komutacijo, ki ga sestavljata komutator s ščetkami, deluje kot usmernik pri generatorjih in kot razsmernik pri motorjih, omogoča povezavo med izmenično inducirano napetostjo v vrtečem se rotorskem navitju in enosmerno napetostjo na priključnih sponkah. Za delovanje enosmernega stroja predstavlja sklop za komutacijo njegov bistven sestavni del, ki pa zahteva tudi posebno izvedbo navitja.[1] Prerez dvopolnega enosmernega stroja s ščetkami je prikazana na sliki 2.1. Slika 2.1 Prerez dvopolnega enosmernega stroja s ščetkami [2] 3

14 Na sliki 2.1 so označeni naslednji aktivni deli enosmernega stroja s ščetkami: vn vzbujalno navitje pč polov čevelj N severni magnetni pol S južni magnetni pol J jarem statorja A kotva 1, 2 utora ene tuljave kotve K komutator Š ščetki NC nevtralna cona Vzbujalno navitje statorja po katerem teče enosmerni tok utvari magnetno polje, katerega magnetni pretok se razprostira po polovem čevlju enega magnetnega pola, prehaja preko zračne reže v rotor in se preko rotorja in zračne reže po polovem čevlju nasprotnega magnetnega pola zaključi po jarmu statorja. Na rotorju (kotvi) imamo v prikazanem modelu na sliki 2.1 le dva diametralno nasprotna utora, v katerih ležita odgovarjajoči stranici tuljave kotve. Ti diametralni stranici tuljave se zaradi vrtenja rotorja zmeraj izmenično nahajata pod severnim in južnim magnetnim polom, zato je inducirana napetost v tuljavi izmenična. Diametralni stranici tuljave sta povezani na lamele komutatorja, ki je v predstavljenem modelu sestavljen iz dveh medsebojno električno nepovezanih delov, po katerih drsita ščetki, ki mirujeta. Takšen primitiven sklop komutator ščetka nam dejansko predstavlja mehanski usmernik.[2] V primeru enosmernega generatorja usmerjeno inducirano napetost na ščetkah odjemamo, v primeru enosmernenega motorja pa na ščetke enosmerno napetost pripeljemo. Pri običajnih enosmernih strojih uporabljamo na statorju elektromagnetno vzbujanje, ki ga v posebnih primerih lahko nadomestimo s trajnimi magneti. Takšen stroj v ten primeru imenujemo enosmerni motor s trajnimi magneti in ščetkami. Če ostanemo pri klasičnem načinu tokovnega vzbujanja, imamo pri njem na polovih čevljih vzbujalno navitje, ki nam predstavlja en električni tokokrog. Drug električni tokokrog vključuje navitje kotve, morebitno kompenzacijsko navitje in/ali navitje 4

15 komutacijskih polov [2]. Glede na to, kako sta ta dva tokokroga med seboj povezana, ločimo različne vrste enosmernih strojev, ki imajo tudi različne obratovalne lastnosti. Glede na to, kako sta tokokrog vzbujalnega navitja in tokokrog navitja kotve povezana, ločimo naslednje osnovne vrste vzbujanja: 1. Tuje vzbujanje: vzbujalno navitje je priključeno na neodvisen zunanji vir napetosti, ki ni povezan s tokokrogom kotve. 2. Vzporedno (paralelno) vzbujanje: vzbujalno navitje je vezano paralelno k rotorskemu tokokrogu. 3. Zaporedno (serijsko) vzbujanje: vzbujalno navitje je vezano zaporedno s tokokrogom rotorja. 4. Sestavljeno (kompaundno) vzbujanje: to je kombinacija paralelnega in serijskega vzbujanja glede na rotorski tokokrog.[2] 2.2 BREZKRTAČNI STROJI S TRAJNIMI MAGNETI (STROJI S TRAJNIMI MAGNETI BREZ ŠČETK) Neglede na to ali stroje s trajnimi magneti brez ščetk poimenujemo brezkrtačni električni motorji s trajnimi magneti (ang. BLPM motors - brushless permanent magnet motors) ali elektronsko komutirani motorji (ang. EC motors - electronically commutated motors), so to dejansko sinhronski motorji s trajnimi magneti. Statorsko navitje je trifazno, magnetne osi faznih navitij so med seboj premaknjene za 120 električnih stopinj, vzbujalno navitje klasičnega sinhronskega stroja pa je nadomeščeno s trajnimi magneti. Takšni motorji delujejo nekoliko različno v primeru, da na statorsko navitja pripeljemo medfazne napetosti sinusne oblike ali pa pravokotne pulze medfazne napetosti. V prvem primeru so fazni tokovi kvazi sinusne oblike, zato jih takrat v ang. jeziku pogosto poimenujejo brushless AC motors (BLAC motors). V drugem primeru so tokovi kvazi pravokotne oblike, zato jih takrat v ang. jeziku pogosto poimenujejo brushless DC motors (BLDC motors). V obeh primerih je za detekcijo položaja rotorja potrebno uporabiti senzor pozicije ali pa ustrezni algoritem vodenja brez uporabe mehanskega senzorja pozicije. V 5

16 primeru kvazi pravokotne oblike faznih tokov so najpogosteje za ugotavljanje pozicije rotorja uporabljeni magnetni Hall-ovi senzorji. Brezkrtačni električni motorji s trajnimi magneti se vse bolj pogosto uporabljajo, saj imajo mnoge prednosti. Za delovanje ne potrebujejo sklopa komutator ščetke, zaradi tega pa so tudi stroški vzdrževanja manjši. Uporabimo jih lahko v eksplozijsko nevarnih območjih, saj pri obratovanju ni iskrenja. Imajo majhno valovitost navora, čistejše delovanje (brez prahu), povzročajo manj elektromagnetnega šuma, njihovo delovanje pa je tiho. Hitrostno vodenje je relativno preprosto (stroj je vodljiv v širokem področju hitrosti, možno je obratovanje v obe smereh vrtenja, možen je hkraten nadzor navora, toka in hitrosti). Slika 2.2. prikazuje brezkrtačni električni motor s trajnimi magneti z dvajsetimi rotorskimi poli in osemnajstimi statorskimi utori. Motor, ki je prikazan na sliki, smo uporabili pri predelavi kolesa. Njegova nazivna moč je 250 W. Slika 2.2 Brezkrtačni električni motor s trajnimi magneti Na sliki 2.3. so prikazane dimenzije brezkrtačnega motorja. Širina motorja in ohišja brez gredi je 98 mm, z upoštevanjem gredi pa ta širina znaša 160 mm. Na levi strani motorja, kjer so priključni kabli, je dolžina osi 43,5 mm, na nasprotni strani je ta dolžina 27 mm. Premer motorja in ohišja je 130 mm. 6

17 Slika 2.3 Dimenzije brezkrtačnega motorja [3] 7

18 3 PREDSTAVITEV PROBLEMA Pri predelavi mestnega kolesa v električno kolo sta največji problem predstavljala izbira elektromotorja in izbira akumulatorja. Tako smo izbrali primeren motor in akumulator, da smo z motorjem zagotovili ustrezen navor. Akumulator smo morali izbrati tako, da je zagotavljala nemoteno napajanje motorja in da je bila dovolj zmogljiva. Biti mora tako zmogljiva, da lahko brez polnjenja ali menjave naredimo vsaj 70 kilometrov. Pri predelavi kolesa so najpomembnejše štiri komponente: brezkrtačni motor s trajnimi magneti, krmilnik, senzor pedelec (senzor prisotnosti sile na pedale) in akumulator. Sprednje platišče mestnega kolesa smo zamenjali s platiščem, v katerega je v pestu vgrajen brezkrtačni motor s trajnimi magneti. Na platišče smo namestili še pnevmatiko. Nato smo platišče s pnevmatiko pritrdili med sprednji vilici kolesa. Vilici sta širine 100 mm, širina utora pa je 10 mm (slika 3.1). Za sprednji pogon kolesa smo se odločili zato, ker je platišča z motorjem lažje namestiti spredaj kot zadaj. Slika 3.1 Sprednji vilici kolesa [18] 8

19 V naslednjem koraku smo izdelali ohišje za krmilnik in akumulator. Obe komponenti smo morali zaradi vibracij pri vožnji s kolesom dobro pritrditi. Ohišje ščiti komponenti pred mehanskimi poškodbami in pred direktnemu izpostavljanju sonca. Ko je bilo ohišje izdelano in pripravljeno za namestitev, smo ga namestili na kolo. Ohišje z akumulatorjem in krmilnikom smo namestili v sprednjo košarico kolesa, saj nam je to mesto bilo najbolj primerno za namestitev le tega (slika 3.2). Slika 3.2 Nameščena akumulator in krmilnik Tretji korak je bil namestitev pedelec senzorja. Ta korak je bil najzahtevnejši korak predelave, vzel pa nam je tudi največ časa. Pred namestitvijo senzorja je bilo potrebno s kolesa odstraniti zobnik, zaščitno plastiko, pedali in gonilno pesto. Za ta korak smo potrebovali posebno orodje, ki ni v vsakodnevni uporabi. Uporabljajo ga samo serviserji koles (slika 3.3). Slika 3.3 Senzor pedelec in odstranjeni deli potrebni za namestitev senzorja 9

20 Nato smo na kolo namestili še prikazovalnik, ročko za dodajanje moči, zavorno ročko in ročko s funkcijo tempomat. Prikazovalnik prikazuje stanje akumulatorja, čas vožnje in trenutno hitrost. Z ročko za dodajanje moči reguliramo hitrost kolesa. Zavorno ročko uporabimo za zaustavitev kolesa, preprečuje pa tudi hkratno pospeševanje in zaviranje. Funkcijo tempomat pa uporabimo tako, da ko dosežemo želeno hitrost, funkcijo vključimo in ni nam potrebno držati ročke za dodajanja moči (slika 3.4). Slika 3.4 Prikazovalnik, ročka za dodajanje moči, zavorna ročka, funkcija tempomat Zadnji korak predelave mestnega kolesa v električno kolo pa je zahteval povezavo komponent med seboj. Ta korak ni bil zahteven, saj so priključki označeni in narejeni po takšnem sistemu, da ni možnosti napačne priključitve. Dva priključka za povezavo komponent prikazuje slika 3.5. Slika 3.5 Priključka za povezavo komponent [18] Ko so bile vse komponente nameščene in povezane med seboj, je bila predelava mestnega kolesa v električno kolo končana. Sledila je samo testna vožnja, ob kateri smo preverili pravilno delovanje vseh nameščenih komponent, hitrost kolesa in vzdržljivost akumulatorja. 10

21 3.1 DELOVANJE ELEKTROMOTORJA Brezkrtačni motor s trajnimi magneti si lahko v osnovi predstavljamo kot navzven obrnjeni klasični sinhronski motor s trajnimi magneti, kjer sta poziciji statorja in rotorja zamenjani. Brezkrtačni motor s trajnimi magneti in tki. zunanjim rotorjem je prikazan na sliki 3.6. Permanentni magneti Stator Statorsko navitje Rotor Slika 3.6 Brezkrtačni motor s trajnimi magneti in zunanjim rotorjem [18] Preklapljanje medfaznih napetosti krmili krmilnik, ki je opisan v pooglavju 4.2. Ker brezkrtačni motorji s trajnimi magneti nimajo sklopa komutator ščetka, so običajno močnejši in imajo večji izkoristek od enosmernih motorjev s ščetkami. 3.2 TEHNOLOGIJA AKUMULATORJA Uporabniki mestnih koles pogosto zamenjujejo enoto za električni tok amper in ampersko uro. V amperih merimo količino toka, ki teče skozi akumulator, amperska ura pa je enota za merjenje električnega naboja shranjenega v notranjosti akumulatorja. Večja kot je akumulator, več shranjene energije ima v sebi (večja je kapaciteta). To je enako, kot če bi primerjali rezervoarje avtomobilov med seboj. Na sliki 3.7 je predstavljena primerjava 11

22 akumulatorjev z rezervoarjem goriva za avtomobil. Večja kot je akumulator, več kapacitete je v njej, tako je tudi z rezervoarjem za gorivo. Uporabljena akumulator na predelanem mestnem kolesu je kapacitete 20 Ah, kar zadostuje za tri ure normalne vožnje s kolesom, ali za 70 prevoženih kilometrov. Slika 3.7 Primerjava kapacitete akumulatorjev z gorivom za avtomobil [18] V enoti amper merimo tok, ki teče skozi akumulator. Večji tok kot teče skozi akumulator, večja je moč motorja pri enaki napetosti. Seveda pa moramo biti pazljivi na pregrevanje in preobremenitev akumulatorja. V primeru, da akumulator ni dovolj zmogljiv za motor, teče skozi akumulator večji tok od nazivnega. Posledica prevelikega toka je pregrevanje akumulatorja. Če bi temperatura presegla določeno vrednost, bi se akumulator uničil. Akumulator, ki je uporabljena za vir napajanja na predelanem mestnem kolesu, je tipa LiFePo4. V prostem teku, ko motor ni obremenjen, teče skozi akumulator tok 1,38 A, ko pa motor obremenimo, steče tok skozi akumulator 13,1 A. V primeru kratkega stika akumulatorja lahko steče skozi akumulator tok tudi do 600 A, kar pa povzroči popolno uničenje akumulatorja.[18] Električna napetost nam pove, koliko dela je potrebno opraviti za premik neke elektrine po neki poti v električnem polju [22]. Pri električnemu kolesu višja napetost pomeni več moči motorja pri enakem toku. To je enako, kot bi primerjali tlak vode v cevi. Višji tlak je v cevi, večji bo pretok vode ko odpremo čep cevi. Tako je tudi z napetostjo akumulatorja. Ko govorimo o napetosti akumulatorja, je koristno razumeti razliko med maksimalno in nazivno napetostjo. Maksimalna napetost je napetost polnjenja, medtem ko je nazivna napetost obratovalna napetost.[18] 12

23 Za merjenje napetosti in toka akumulatorja uporabljamo multimeter. Pri električnem kolesu se multimeter uporablja za električne meritve in diagnostiko. Princip meritve akumulatorja z multimetrom je prikazana na sliki 3.8. Slika 3.8 Princip meritve akumulatorja [18] Za varnost in zaščito akumulatorja pri polnjenju in praznjenju lahko uporabimo sistem za upravljanje s celicami (BMS battery menagement system). Ta sistem spremlja vsako celico akumulatorja in preprečuje, da bi se celica preveč napolnila ali izpraznila. Njegova funkcija je tudi preprečevanje pregretja celice (slika 3.8). Mi na predelanem mestnem kolesu nismo uporabili sistema BMS, ker smo imeli prikazovalnik, ki je prikazoval napetost vsake celice. Ko se je celica preveč izpraznila, je zvočni signal opozarjal na napako v akumulatorji.[18] BMS Akumulatorske celice Povezovalni kabel Konektor za polnjenje Ohišje Slika 3.9 Akumulator z sistemom BMS [18] 13

24 4 SESTAVNI DELI MESTNEGA ELEKTRIČNEGA KOLESA Električna dvokolesna vozila niso samo ekološka in varčna, temveč so izreden pripomoček ljudem, ki imajo kakršnokoli motnjo ali težavo pri premikanju ali hoji. Zlasti starejši ljude kmalu po nastanku težav opustijo uporabo kolesa pretežno zaradi težav premagovanja klančin, ko noge ne»zdržijo«več, ali pa se zgodi, da nastopi nenadna utrujenost ali dihalne težave. Z električnim kolesom, ki smo ga izdelali, smo sodelovali na državnem tekmovanju v predelavi navadnih koles v električna kolesa. Na tekmovanju smo osvojili priznanje za najboljšo tehnično rešitev predelave navadnega kolesa v e-kolo. Tekmovalni pogoji niso dopustili uporabe močnejšega motorja od 0,25 kw in največje dosežene hitrosti kolesa večje od 25 km/h.. Pri predelavi kolesa, smo se odločili za brezkrtačni motor s trajnimi magbeti nazivne napetosti 24 V. Za ta motor smo se odločili zaradi enostavne izvedbe in uporabe. 4.1 POGON MESTNEGA ELEKTRIČNEGA KOLESA V platišče je nameščen trifazni motor, ki poganja električno mestno kolo. Platišče je 26 in ima za ohranjanje pravilne oblike platišča uporabljenih 36 naper. Platišče z motorjem je prikazano na sliki 4.1. Motor se vrti s približno 3000 vrt/min, zobniški mehanizem to hitrost zmanjša na približno 220 vrt/min, zobnik pa te vrtljaje prenese na platišče kolesa.[20] 14

25 Slika 4.1 Platišče z nameščenim motorjem v pestu in motor Ohišje motorja je nameščeno v pestu platišča. Služi za to, da v njega vstavimo motor, ščiti pa ga pred mehanskimi poškodbami ter vdorom praha in vode. Uporabljen material za izdelavo ohišja in platišča je običajno silumin. Navedeno ohišje prikazuje slika 4.2. Slika 4.2 Ohišje brezkrtačnega motorja s trajnimi magneti Proizvajalci pogona mestnega kolesa so namestili zraven motorja v pesto še zobnik. Uporabljen je zato, da prejme energijo zobniškega mehanizma in tako poskrbi, da je motor manj obremenjen. Zobnik ima 86 zob. To je strojni element v obliki nazobčanega kolesa, ki prenaša navor drugemu zobniku ali nazobčanemu elementu z ene gredi na drugo. Zobje ob obodu so oblikovani tako, da se zmanjša obraba, vibracije ali hrup in poveča učinkovitost prenosa moči. Prikazan je na sliki 4.3.[9] 15

26 Slika 4.3 Zobnik Zobniški mehanizem zmanjša število vrtljajev. Motor se vrti z višjim številom vrtljajev kot kolo. Iz motorja se preko gredi prenese višje število vrtljajev, zobniški mehanizem pa to število zmanjša. S tem dosežemo manjšo hitrost kolesa. Motor se vtri s približno 3000 vrtljaji na minuto, vrtljaji kolesa pa so približno 220 vrtljajev na minuto. Zobniški mehanizem je potrebno vzdrževati. V mehanizmu mora vedno biti dovolj mazalnega sredstva, da mehanizem pravilno deluje. V primeru, da mazalnega sredstva zmanjka, se mehanizem začne obrabljati, posledica tega pa je uničenje mehanizma. Naveden zobniški mehanizem je prikazan na sliki 4.4. Slika 4.4 Zobniški mehanizem Glavni sestavni del pogona pa je brezkrtačni motor s trajnimi magneti. Motor, ki smo ga vgradili je prikazan na sliki 4.5 in ima nalepljenih 20 magnetnih segmentov na jarmu rotorju in 18 statorskih utorov statorja. 16

27 Slika 4.5 Brezkrtačni motor s trajnimi magneti (20 polov rotorja in 18 utorov statorja ) V enosmernem motorju s ščetkami je komutacija nadzorovana s pomočjo pozicije ščetk. V brezkrtačnem motorju s trajnimi magneti pa je le ta nadzorovana s podporno logiko. Za omogočanje pravilne komutacije mora biti podatek o trenutni poziciji rotorja znan. Pri izvedbi komutacije, ki temelji na uporabi Hallovih senzorjev, so v motor postavljeni trije Hallovi senzorji, vsak v 120 stopinjskem kotnem razmiku. Vsak izmed Hallovih senzorjev proizvede izhod visoke ali nizke vrednosti glede na polariteto magnetnega pola, ki je v njegovi bližini.pozicija rotorja je določena z analiziranjem izhodov vseh treh Hallovih senzorjev. Na podlagi skupnega izhoda vseh treh Hallovih senzorjev se zamenjajo napetosti na vseh treh fazah motorja. Prednost komutacije, ki temelji na uporabi Hallovih senzorjev je v enostavnosti in lahki razumljivosti samega kontrolnega algoritma. Komutacija zasnovana na uporabi Hallovih senzorjev se lahko prav tako uporabi za pogon motorja pri nizkih hitrostih. Slabost pa je v tem da sama implementacija zahteva uporabo treh ločenih Hallovih senzorjev vgrajenih v ohišju motorja. Komutacijska tehnika z uporabo Hallovih senzorjev je pravilna izbira, ko aplikacija pri kateri je uporabljen motor potrebuje visok vrtilni moment. To je predvsem takrat, ko motor obratuje pri nizkih hitrostih ali pri začetnem premiku motorja iz mirovanja. Po začetnem premiku rotorja, ko motor že doseže določeno število vrtljajev lahko preidemo tudi na sinusno obliko medfazne napajalne napetosti, kar pa omogoča le določena vrsta krmilnikov. Takrat signale iz Hallo-vih senzorjev uporabljamo le za nadzor hitrosti motorja. 17

28 Kako deluje komutacija, ki temelji na uporabi Hall senzorjev? Za boljše razumevanje kako deluje komutacija, ki temelji na uporabi Hallovih senzorjev si poglejmo kako je le ta implementirana z dvopolnim motorjem. Šest različnih komutacijskih stanj pretvornika je potrebnih za en obrat rotorja, saj vsaka veja prevaja le 60 električnih stopinj, vsaka faza pa je aktivna 120 električnih stopinj.. Motorska komutacijska stanja so prikazana na sliki 4.6 [24]. Slika 4.6 Komutacijska stanja Hallovih senzorjev pri dvopolnem motorju [24] 18

29 Tabela 4.1 prikazuje razmerje med izhodnimi vrednostmi dobljenimi na Hallovih senzorjih in fazno-preklopnimi operacijami. Tabela 4.1 Prikaz razmerja med vrednostmi dobljenimi na Hallovih senzorjih in preklopi napetosti med fazami [24] State Hall A Hall B Hall C Phase B Phase C Phase A VDC -VDC VDC 0 -VDC VDC -VDC VDC +VDC VDC 0 +VDC VDC +VDC KRMILNIK Krmilnik nam omogoča pogon motorja električnega kolesa. S priklopom na računalnik preko USB povezave je omogočeno nastavljanje parametrov. Tehnične lastnosti krmilnika so: nadzor hitrosti (tempomat), signalno opozarjanje pred napakami in okvarami, ščiti akumulator pred izpraznjenem in ima visoko zanesljivost. Slika 4.7 prikazuje mere krmilnika. Dolžina krmilnika je 117 mm, širina pa 72,5 mm. Debelina krmilnika brez konektorjev je 23,5 mm, če pa upoštevamo še konektorje se debelina poveča za 19 mm. Slika 4.7 Dimenzije krmilnika 19

30 Slika 4.8 prikazuje, kako krmilnik v celoti izgleda. Krmilnik ima pet priključkov za enoposteljne žice, en dvanajst-pinski priključek, pet-pinski priključek in dvo-pinski priključek. Iz leve proti desni si sledijo: črna, rdeča, zelena, modra in rumena žica. Črna je napajanje (-), rdeča je napajanje (+), zelena je faza A, modra faza B in rumena faza C. Na dvanajst-pinski priključek sta priključeni zavorna in kontrolna ročka. Mi smo pri predelavi kolesa uporabili še dvo-pinski priključek, kateri služi za povezavo med krmilnikom in sireno. Slika 4.8 Krmilnik Na sliki 4.9 je prikazana povezovalna shema krmilnika. Ko so vse komponente povezane na krmilnik, je sistem pripravljen za uporabo. S pritiskom na gumb tempomata kolo obdrži trenutno hitrost. Če uporabimo zavoro ali pritisnemo gumb še enkrat se tempomat izključi. Ko krmilnik zazna napako Hallovega senzorja, sirena zapiska dvakrat. Napaka senzorja se pojavi samo ob okvari le tega. V primeru, da se okvari ročica za dodajanje hitrosti, bo krmilnik to zaznal in sirena bo zapiskala trikrat. 20

31 Slika 4.9 Shema krmilnika USB kabel uporabimo zato, da lahko povežemo krmilnik z računalnikom. Preko USB kabla se v krmilnik prenesejo nastavitve, ki jih predhodno nastavimo v programu za programiranje krmilnika. Program za programiranje je prikazan na sliki Sika 4.10 prikazuje povezovalni USB kabel, program za programiranje krmilnika pa je prikazan na sliki Slika 4.10 USB kabel [3] 21

32 Obrazložitev parametrov programa: 1 določitev največjega trajnega toka, 2 določitev maksimalnega vršnega toka, 3 izbira tipa motorja, 4 določanje faznega premika motorja, 5 pri tem parametru izberemo intenzivnost asistence pedelec, 6 ta parameter se uporablja za določitev smeri vrtenja motorja (naprej/nazaj), 7 določitev napajalne napetosti motorja, 8 maksimalna hitrost motorja, 9 vklop/izklop vzvratne vožnje, 10 IMMED-motor takoj začne vrteti v nasprotno smer ob prehodu na vzvratno vožnjo, UNIMM-ko se motor popolnoma zaustavi, začne vrteti v nasprotno smer, 11 največja hitrost vzvratne vožnje, 12 določitev stopnje zaviranja motorja, A uporablja se za povezavo krmilnika z računalnikom, B ta parameter prikazuje trenutne nastavitve krmilnika, C s pritiskom na parameter C povrnemo krmilniku tovarniške nastavitve, D navedeni parameter uporabimo, ko želimo prekiniti povezavo med računalnikom in krmilnikom, E uporablja se za nalaganje novih nastavitev na krmilnik F ta funkcija zapre program G uporablja se za nalaganje shranjenih nastavitev na krmilnik H uporablja se za shranjevanje nastavitev.[3] 22

33 G H A B C D E F Slika 4.11 Prikaz programa za nastavitev parametrov motorja [3] Slika 4.12 prikazuje povezovalno shemo celotnega sistema. Akumulator je povezana v krmilnik kot vir napajanja. Krmilnik pridobiva informacijo senzorja pedelec in ročke za dodajanje moči oziroma hitrosti motorja. Podatke prikaže na prikazovalniku, motorju pa pošlje signal. V tem signalu je zajeto to, kar smo si nastavili na prikazovalniku ali pa signal ročke za dodajanje moči. Toliko, kolikor premaknemo ročko, takšen signal pošlje krmilnik motorju. Bolj kot premaknemo ročko, več moči mora motor oddati. 23

34 AKUMULATOR KRMILNIK Slika 4.12 Povezovalna shema komponenta 4.3 AKUMULATOR Akumulator je tipa LiFePo4, sestavljena je iz šestih celic. Vsaka celica ima nazivno napetost 4,0 V. Navedena akumulator se za svojo polno kapaciteto polni eno do dve uri. Polnimo pa jo lahko več kot 2000 krat. Slika prikazuje sestavljen akumulator iz celic. Na njega so priključeni vodniki, ki služijo za napajanje motorja in za prikazovalnik stanja posamezne celice akumulatorja. Za pravilno delovanje akumulatorja je priporočljivo, da nanjo vedno deluje neka sila, saj brez delovanja sile celice ne delujejo pravilno in iz akumulatorja ne dobimo nazivne napetosti. 24

35 ] Slika 4.13 Akumulator Polnjenje LiFePo4 celic Napetostno področje praznjenja akumulatorja e je 2,0 V, polnjenja pa 4,0 V. Optimalni tok polnjenja je 0,5 A na celico. Polnjenje pri teh celicah poteka v 2 stopnjah: 1. Stopnja: celico polnimo s konstantnim tokom (0,5A), dokler akumulator ne doseže maksimalne napetosti. 2. Stopnja: celico polnimo z maksimalno napetostjo (4,0 V), dokler polnilni tok ne pade pod 0,03 A na celico kalibracija celice.[7] Prednost LiFePo4 akumulatorjev LiFePo4 akumulatorji lahko služijo kot servisni in kot zagonski akumulator. Najpomembnejša prednost navedenih akumulatorjev je, da se lahko hitro napolnijo. Možno jih je napolniti že v 30-ih minutah. Seveda pa moramo za tako hitro polnjenje uporabiti primeren polnilec, ki to omogoča. Pri hitrih praznitvah napetost svinčenega akumulatorja strmo pada z obremenitvijo, dokler se popolnoma ne izprazni. Pri LiFePo4 akumulatorjih pa napetost z obremenitvijo najprej pade za približno 10 %, potem pa ostaja linearna.[7] 25

36 4.4 SENZOR PEDELEC Z MAGNETOM Senzor pedelec z magnetom daje krmilniku signal takrat, ko pričnemo kolo poganjati s pedalkami. Ko dobi krmilnik signal od senzorja, sam požene motor in s tem pripomore k temu, da lažje poganjamo kolo. Deluje na principu, da meri hitrost vrtenja gonilk. Ko uporabnik preneha poganjati kolo, senzor ne pošlje do krmilnika signala in s tem tudi izključi motor. Senzor je prikazan na sliki Slika 4.14 Pedelec senzor z magnetom 4.5 PRIKAZOVALNIK Prikazovalnik prikazuje trenutno hitrost in stanje akumulatorja. Stanje akumulatorja je potrebno spremljati skozi celotno vožnjo, da vemo, koliko energije je še v akumulatorju in kako dolgo bomo še lahko uporabljali električni pogon. Prikazovalnik prikazuje slika Slika 4.15 Prikazovalnik 26

37 4.6 POLNILEC Polnilec uporabljamo za polnjenje akumulatorja. Za polnjenje uporabimo štiri priključne sponke, kot je prikazano na sliki Sponki (L) in (N) sta priključeni na omrežno napetost 230 V, sponki (COM) in (V1) pa na akumulator. Izhodna enosmerna napetost polnilca je 26 V, polnilni tok pa je 5 A. Polnilec je prikazan na sliki Slika 4.16 Polnilec 4.7 KONTROLNA IN ZAVORNA ROČKA S kontrolno ročko upravljamo hitrost vrtenja motorja in s tem posledično hitrost električnega kolesa. Ročka nam prikazuje tudi stanje akumulatorja, kot je prikazano na sliki 4.17: FULL poln akumulator, HALF v akumulatorju je še pol njene kapacitete in EMPTY prazen akumulator. Zavorna ročka ima pri tem električnem kolesu funkcijo, da ko uporabimo zavoro, prekinemo električni krog, ki napaja motor in s tem onemogoči hkratno zaviranje in pospeševanje. Njena funkcija pa je tudi ta, da ustavi kolo. Prikazana je na sliki

38 Slika 4.17 Kontrolna in zavorna ročka 4.8 SIRENA Sirena nas opozarja na morebitne napake ali težave. Lahko pa jo tudi uporabimo, da v prometu opozorimo druge udeležence prometa na njihove napake, ki nam ogrožajo varnost na cesti. Njena napajalna napetost je 12 V, kar je zapisano tudi na pokrovu sirene. Prikazana pa je na sliki Slika 4.18 Sirena 28

39 5 MERITEV OBREMENITVE BREZKRTAČNEGA MOTORJA S TRAJNIMI MAGNETI Preizkus obremenitve izvajamo z namenom, da preverimo ali podatki, ki jih je navedel proizvajalec za določen motor v resnici držijo. Da lahko izmerimo vse veličine, ki jih potrebujemo moramo razpolagati tudi z ustrezno merilno opremo. V diplomski nalogi sem posredno izmeril obremenilno karakteristiko uporabljenega brezkrtačnega motorja s trajnimi magneti za električno kolo. Obremenilna karakteristika motorja nam podaja spreminjanje vrtljajev motorja v odvisnosti od vrtilnega momenta s katerim je motor obremenjen pri konstantni napetosti napajalnega vira. Sam nisem razpolagal z merilno opremo za merjenje vrtilnega momenta in potrebnim merilnim mestom za merjenje specifičnih motorjev za e-kolesa na katerem bi lahko izmeril obremenilno karakteristiko motorja direktno. Posledično sem izdelal merilno pripravo, ki mi je vseeno omogočila obremenjevanje motorja vgrajenega v platišče kolesa in vsaj delno izvedbo meritev. Merilna priprava je predstavljena na sliki 5.1. Za pritrditev platišča z motorjem, smo izdelali nosilec, ki služi kot pripomoček pri opravljanju meritev. Uporabljena materiala za izdelavo sta les, železo in prednje vilice navadnega kolesa. Da je nosilec pridobil končni videz in funkcionalnost smo porabili približno 6 ur. Na nosilec za pritrditev platišča z motorjem smo namestili 2 valjčka, ki vodita kolo in zmanjšujeta trenje pri vrtenju. Na navedeni nosilec platišča z motorjem, smo pritrdili še nosilec uteži. Nosilec uteži služi za to, da nanj položimo uteži in s tem obremenimo motor. Več uteži kot položimo, večja je obremenitev notorja. Motor smo priključili na krmilnik, tega pa na akumulator in pri povečevanju obremenitve merili naslednje veličine: tok iz akumulatorja, napetost akumulatorja in hitrost vrtenja kolesa. Vse meritve so bile izvedene na sobni temperaturi. 29

40 Slika 5.1 Nosilec platišča z motorjem Za merjenje napetosti smo uporabili digitalni multimeter MY-64. Merilno območje smo nastavili na 200 V enosmerne napetosti. Instrument je zmožen meriti enosmerno napetost v razponu od 200 mv do1000 V. pravilno pa lahko deluje v okolju katerega temperatura je od -10 do +50 C. Uporabljen multimeter je prikazan na sliki 5.2. [13] Pri meritvi toka, smo uporabili digitalni multimeter Voltcraft VC-110. Izbrali smo avtomatsko merilno območje toka. Naveden digitalni multimeter je zmožen meriti enosmerni tok od 0,1 µa do 20 A. Za pravilno delovanje je priporočena temperatura okolja enaka kot pri instrumentu za merjenje enosmerne napetosti, to je od -10 do +50 C. Instrument za meritev toka je prikazan na sliki 5.2. [12] Da smo izmerili vrtljaje, pa smo uporabili laserski merilnik vrtljajev. Da smo lahko vrtljaje izmerili, smo morali na vrteči se del pritrditi reflektirajočo nalepko. S pomočjo te nalepke laser instrumenta zazna koliko krat v minuti se vrteče telo zavrti okoli svoje osi. Merilnik meri vrtljaje v merilnem območju od 2,5 do vrtljajev na minuto. Toleranca merjene vrednosti je 0,025%. Laserski merilnik vrtljajev je prikazan na sliki 5.2. [15] 30

41 Slika 5.2 Voltmeter, ampermeter in laserski merilnik vrtljajev 5.1 REZULTATI MERITEV Rezultati meritev obremenitev so predstavljeni v preglednici 5.1. Različne obremenitve motorja smo dosegli s spreminjanjem mase uteži. Podani vrtljaji v preglednici, so vrtljaji sprednjega platišča s pnevmatiko in ne vrtljaji motorja. V pestu kolesa je zobniški mehanizem, kateri zmanjša število vrtljajev, zato ima sam motor višje vrtljaje kot kolo. Sprejeto moč v sistem smo izračunali iz produkta merjene napetosti in toka akumulatorja. Tabela 5.1 Rezultati meritev U[V] I[A] n[vrt/min] UTEŽ[kg] P[W] 25,5 1,38 201,9 0 35,2 23,6 3, ,3 23,3 3,61 174,7 8,5 84,1 23,1 3, ,2 23,1 3, ,5 87,8 23,1 3, ,1 23,1 4, ,5 95,4 23,1 4, ,5 23,1 4, ,5 99,3 23 4, ,8 22,9 4, ,5 111,1 22,9 4, ,0 22,8 5, ,5 114,9 22,8 5, ,6 31

42 Z večanjem obremenitve je napetost akumulatorja padala do določene vrednosti, nato pa povečanje obremenitve motorja ni več vplivala nanjo. V prostem teku je bila napajalna napetost akumulatorja 25,5 V, pri zadnji meritvi pa 22,7 V. Tok iz akumulatorja je z obremenitvijo naraščal. V prostem teku je bila vrednost toka 1,38 A, v najbolj obremenjenem primeru pa 13,1 A. Vrtljaji motorja so se z obremenitvijo manjšali. Iz 201,9 vrt/min v praktično neobremenjenem stanju so padli na 118 vrt/min pri največji obremenitvi. Iz UI-karakteristike akumulatorja, ki je predstavljena na sliki 5.3 je razvidno, da tok z obremenitvijo motorja narašča, napetost pa do določene obremenitve pada, nato pa obremenitev več na napetost akumulatorja ne vpliva. Napetost pada zato, ker smo za vir napajanja motorja uporabili akumulator in ne stalni-konstantni vir napetosti. Vrtljaji kolesa v odvisnosti od mase uteži so predstavljeni na sliki 5.4. Slika 5.3 UI-karakteristika akumulatorja 32

43 Slika 5.4 Vrtljaji kolesa v odvisnosti od mase uteži Iz slike 5.4 lahko razberemo, da večja kot je obremenitev manjši so vrtljaji kolesa. V prostem teku so vrtljaji kolesa 209,1 vrt/min, pri zadnji meritvi obremenjenega motorja pa se kolo vrti z 118 vrt/min. Izvedli smo še primerjavo med izmerjenimi rezultati obremenilnih testov motorja, ki smo jih izvedli sami in podanimi obremenilnimi karakteristikami proizvajalca krmilnika in motorja Golden Motor. Obremenilna karakteristika 250 W motorja proizvajalca je grafično predstavljena na sliki 5.5, številčno pa podana v prilogi B. Primerjava rezultatov naših meritev in karakteristik proizvajalca je podana na slikah 5.6 in 5.7. Slika 5.5 Obremenilna karakteristika 250 W motorja [3] 33

44 ) 200 in m rt/ (v 150 rja to o m100 ji v rtlja 50 0 meritev podatki meritve proizvajalca napetost iz meritve proizvajalca napetost iz meritve tok iz akumulatorja (A) Slika 5.6 Primerjava rezultatov meritev testnega motorja in podanih podatkov meritev proizvajalca (vrtljaji motorja v odvisnosti od toka akumulatorja) ) (V rja to la u m a k u st to e a p n 350 ) (W 300 rja to 250 la u m200 a k u iz 150 č o m100 ta je re 50 sp 0 meritev podatki meritve proizvajalca tok iz akumulatorja (A) Slika 5.7 Primerjava rezultatov meritev testnega motorja in podanih podatkov meritev proizvajalca (primerjava sprejete moči iz akumulatorja) 34

45 Primerjava rezultatov predstavljenih na slikah 5.6 in 5.7 posredno dokazuje zadovoljivo natančnost naših meritev in logično ujemanje med izmerjenimi rezultati in podanimi karakteristikami proizvajalca motorja in krmilnika. 35

46 6 ZAKLJUČEK V diplomski nalogi sem opisal brezkrtačni motor s trajnimi magneti za pogon električnih koles in predelavo mestnega kolesa v električno kolo. Namen naloge je izbira elektromotorja za pogon električnih koles. Sami smo se odločil za brezkrtačni motor, saj njegova moč zadovoljuje pogoje za normalno mestno vožnjo s kolesom, je pa tudi cenovno ugoden. Moč motorja in hitrost kolesa sta omejena na določeno vrednost. Te vrednosti nismo smeli preseči, ker smo se s predelanim kolesom udeležili meddržavnega tekmovanja v izdelavi električnih koles. Tekmovalni pogoji so bili omejeni. V diplomski nalogi smo teoretično in praktično opisali pogon kolesa in samo predelavo mestnega kolesa v električno kolo. Teoretični del opisuje motor in zgradbo le tega, praktični del pa prikazuje kako mestno kolo predelati v električno. Ugotovili smo, da je tovrstnih koles na tržišču vse več, kajti ljudje, ki imajo težave pri premikanju ali hoji vse bolj uporabljajo takšna kolesa, ker so jim v veliko pomoč. Kolo je praktično za uporabo, največja prevožena razdalja brez dopolnitve akumulatorja je 70 kilometrov. 36

47 VIRI IN LITERATURA [1] Miljevec D. Jereb P. Električni stroji: temeljna znanja, Ljubljana [2] Zagradišnik I. Slemenik B. Električni rotacijski stroji, Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko računalništvo in informatiko, Maribor [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Fisher, R. et al Motorno vozilo. 29. prenovljena izdaja. Tehniška založba Slovenije. [11] Moreton, P Industrial Brushless Servomotors. 1st edition. London: Reed Educational and Professional Publishing Ltd. [12] VC-110-CAT-III-600-V-Anzeige-Counts-2000 [13] 37

48 [14] Toliyat, H.A. in Kliman G. B Handbook of electric motors. 2nd edition. New York: Marcel Dekker Inc. [15] [16] [17] Jezernik, K., Razdelitev in primerjava različnih tipov električnih motorjev. [online]. [Datum zadnjega popravljanja ]. Dostopno na spletnem naslovu: [18] [19] [20] [21] H2014Altoumaimi.pdf [22] [23] [24] BYwDQ&url=http%3A%2F%2Fwww.zilog.com%2Fmanage_directlink.php%3Ffilepath %3Ddocs%2Fappnotes%2FAN0260%26extn%3D.pdf&ei=Tb0NVNvAJ6eaygPCmYGIB Q&usg=AFQjCNFYAgpwjSbn0okb9c8FOCZu2K7j2g&sig2=OhVB9rxnHrxJ5QIQt5St5 Q&bvm=bv ,d.bGQ&cad=rja 38

49 PRILOGE PRILOGA A: TEST VZDRŽLJIVOSTI LIFEPO4 AKUMULATORJEV Test pri nastanku kratkega stika Celica je bila pri temperaturi 20 C pri 90 % napolnjenosti njene nazivne kapacitete izpostavljena zunanjemu kratkemu stiku za 10 minut. Celica ni eksplodirala ali povzročila ognja.[7] Test poškodbe s strelnim orožjem Celica je bila pri temperaturi 20 C pri 90 % napolnjenosti njene nazivne kapacitete izpostavljena naboju izstreljenemu iz pištole iz navpične smeri. Naboj je prebil celico. Celica ni eksplodirala ali povzročila ognja.[7] Test prenapolnjenosti/preizpraznjenosti Polnjenje: Celica z napetostjo 4,0 V je bila pri temperaturi 20 C polnjena s tokom 1 A na celico do njene napetosti 8 V. Praznjenje: Celica z napetostjo 2,8 V je bila pri temperaturi 20 C praznjena s tokom 1 A na celico do njene napetosti 0 V. Ni prišlo do izlitja, celica ni eksplodirala ali povzročila ognja.[7] Test vodo odpornosti Celica je bila pri temperaturi 20 C pri 90 % napolnjenosti njene nazivne kapacitete potopljena v vodo za 1 uro. Ni prišlo do izlitja, celica ni eksplodirala ali drugače škodovala okolju.[7] Test ognje varnosti Celica je bila pri temperaturi 20 C pri 90 % napolnjenosti njene nazivne kapacitete postavljena v ogenj, dokler se ni upepelila. Celica ni eksplodirala.[7] 39

50 Test odpornosti na vibracije Celice so testirane na odpornost proti vibracijam s frekvenco HZ v trajanju 2 ur, na kar so bile praznjene s tokom 3 A na celico do končne napetosti 10 V. Na celicah ni bilo znakov poškodb ali puščanja.[7] 40

51 PRILOGA B: PRIDOBLJENI REZULTATI MERITEV BREZKRTAČNEGA MOTORJA U[V] I[A] P1[W] M[Nm] n[vrt/min] P2[W] ȵ[%] 24,02 0,75 18,03 0,13 225,7 3,16 17,5 24,02 0,836 20,1 0,12 224,4 2,96 14,7 24,02 0,827 19,87 0,13 225,4 3,16 15,9 24,02 0,851 20,45 0,13 224,9 3,2 15,6 24,02 0,037 20,11 0,18 224,8 4,37 21,7 24,02 1,044 25,09 0,35 223,8 8,24 32,8 24,02 1,296 31,14 0,64 222,5 14, ,02 1,689 40,58 1,02 221,3 23,77 58,5 24,02 1,931 46,1 1,28 220,3 29,52 63,6 24,02 2,207 53,02 1,52 220,2 35,13 66,2 24,02 2,491 59,84 1,82 218,4 41,75 69,7 24,02 2,805 67,38 2,14 216,9 48,73 72,3 24,02 3,148 75,62 2,49 216,4 56,41 74,5 24,01 3,508 84,26 2, ,74 75,6 24,01 3,872 93,01 3,23 213,8 72,34 77,7 24,01 4, ,7 3,63 212,1 80,78 78,6 24,01 4, ,7 4,07 210,5 89,7 79,5 24,01 5, ,7 4, , ,01 5,55 133,3 4,93 207,5 107,1 80,4 24,01 5, ,4 206,2 116, ,01 6,47 155,3 5,86 204,3 125,3 80,6 24,01 4, ,37 202,3 134,9 80,7 24,01 7, ,2 6,86 200,6 144,2 80,8 24,01 7, ,36 199,4 153,7 80,6 24,01 8, ,1 7,88 197,4 162,9 80,6 24 8, ,7 8,41 195,7 172,3 80,2 24 9,42 226,1 8,92 194,1 181,3 79,7 24 9,94 238,6 9,45 192,3 190,3 79, ,43 250,4 10,01 190,5 199,6 79, ,96 263,3 10, ,9 78, ,5 276,2 11, ,4 78, , ,66 185,4 226, ,55 301,4 12,22 183,7 235,1 77, ,1 314,5 12,79 181,8 243,5 76, ,48 323,6 13, ,3 75, ,71 329,2 13,9 171,6 249,7 74, ,9 333,7 14,45 164,7 249,7 73, ,01 336,3 15,03 157,9 248,5 72, ,1 338,5 15,59 150,5 245,6 71, ,15 339,8 16,13 143, ,2 41

52 PRILOGA C: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV 42

53 PRILOGA D: IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA 43