Metoda lastne obremenitve za preizkušanje električnih kolesnih motorjev

HERMAN, JERNEJ (author), Bojkovski, Jovan (mentor), Fišer, Rastko (co-mentor)

Pomemben del razvoja kolesnih motorjev predstavlja področje testiranja in verifikacije. Testi se izvajajo na namenskih merilnih mestih večjih moči ali v poenostavljenem sestavu, kjer sta dva enaka motorja povezana preko sklopk in senzorja navora (angl. back-to-back test configuration – BB). V začetnem delu disertacije je BB testna metoda podrobneje ovrednotena. Zaradi časovne potratnosti in dragega merilnega sistema je primerna za uporabo v razvojni fazi motorja, manj pa za testiranja v proizvodnem procesu motorja in tekom njegove življenjske dobe. Doktorska disertacija z naslovom ''Metoda lastne obremenitve za preizkušanje električnih kolesnih motorjev'' predstavlja alternativno testno metodo lastne obremenitve za namen določitve motorskega izkoristka in temperaturnega odziva motorja. Lastno obremenitev motorske osi v BB testni metodi nadomesti dinamično obnašanje vztrajnostnega momenta rotorja. Za namen simulacije metode lastne obremenitve smo razvili simulacijski model celotnega pogonskega sistema in ga podrobneje ovrednotili z meritvami, izvedenimi na realnem pogonskem sistemu. Testno metodo lastne obremenitve smo želeli nadgraditi tako, da bo omogočala meritev motorskega izkoristka na širšem delovnem območju motorja in ne zgolj v nazivni delovni točki. Razvit simulacijski model smo nadgradili s trapezoidno tokovno referenco, ki zmanjšuje razmerje med amplitudno in efektivno vrednostjo faznih tokov. Izmerjeni rezultati motorskega izkoristka z BB testno metodo potrjujejo simulacijske rezultate metode lastne obremenitve. Analitična izpeljava poenostavljenih enačb motorskih izgub potrjuje primerljivost izgub med klasično BB testno metodo in metodo lastne obremenitve. Za dosego ekvivalentnosti izgub med obema testnima metodama je predstavljen analitični model, ki določa natančno obliko tokovne reference lastne obremenitve. V zaključnem delu je predstavljena primerjava merjenih vrednosti motorskega izkoristka z razvito metodo lastne obremenitve in klasično BB testno metodo v dvajsetih delovnih točkah motorskega obratovanja. Doktorska disertacija obravnava še merilno metodo za določitev vztrajnostnega momenta rotorja, optimizacijo merilne opreme za merjenje faznih tokov in napetosti ter direktno merilno metodo velikosti zračne reže. V sklepu so povzeta glavna spoznanja in predstavljeni prispevki k znanosti.

• Language: Slovenian
• Keywords: kolesni motorji, BB testna metoda, metoda lastne obremenitve, negotovost, simulacijski model pogonskega sistema, trapezoidna tokovna referenca, vztrajnostni moment rotorja, magneto uporovni tokovni senzorji, zračna reža, optični senzorski sistem
• Work type: Doctoral dissertation
• Organization: FE - Faculty of Electrical Engineering
• Year: 2021
• PID: 20.500.12556/RUL-134315
• COBISS.SI-ID: 92272387
• Publication date in RUL: 05.01.2022

Secondary language

• Language: English
• Title: Self-loading method for electric in-wheel motor testing

Abstract

Important parts of in-wheel motor development are testing and verification. The tests are carried out on dedicated measuring stations of greater power or in a simplified system where two identical motors are connected via couplings and torque transducer (back-to-back test configuration – BB). The BB testing method is evaluated in the first part of a thesis. Because of its time-consuming nature and expensive measuring system, the BB testing method is suitable for the development phase, less so for the manufacturing phase and testing during the motor's lifespan. The doctoral thesis titled "Self-loading method for electric in-wheel motor testing" introduces an alternative testing method to determine motor efficiency and its temperature rise. In the BB testing method, the loading of the motor axis is replaced with the dynamic performance of rotor inertia. To simulate the synthetic loading method, we have developed a simulation model of the entire propulsion system, which was compared to measurements obtained on an actual propulsion system. We wanted to upgrade the synthetic loading testing method to enable motor efficiency measurement on a broader operating area and not only in the nominal operating point. We have upgraded the simulation model with the trapezoidal current reference, which reduces the ratio between the amplitude and effective value of phase currents. The results of the motor's efficiency, measured with the BB method, confirm the simulation results using the synthetic loading method. The analytical equations of motor losses confirm that the losses with classical BB and synthetic loading methods are comparable. To achieve the equivalent loss in both testing methods, we present an analytical model which determines the specific shape of synthetic loading current reference. In conclusion, the measured values of motor efficiency using the synthetic loading method are compared with the classical BB testing method in twenty motor operating points. The doctoral thesis presents also a measuring method for rotor inertia determination, phase currents and voltages measuring equipment optimization, and a method to measure the air gap directly. The conclusion presents the main takeaways and contributions to science.

• Keywords: in-wheel motors, BB testing method, self-loading method, uncertainty, propulsion system simulation model, trapezoidal current reference, rotor inertia, magneto resistive current transducers, air gap, optical sensory system