Team Sonnenwagen zu Gast beim IEM

  The Sonnenwagen at the World Solar Challenge (WSC) 2017 Urheberrecht: DOCO
08.10.2018
Der Prüfstandsaufbau zur Vermessung des Elektromotors beim IEM Urheberrecht: IEM

Studenten des Teams Sonnenwagen Aachen waren in den letzten Wochen zu Gast beim IEM, um den von ihnen entwickelten Elektromotor zu vermessen. Sonnenwagen Aachen e.V. ist ein studentischer Verein, welcher an der Entwicklung und der Herstellung eines Solarfahrzeuges arbeitet, um damit an Solarrennen rund um die Welt teilzunehmen.

 

Nach der erfolgreichen Teilnahme an der World Solar Challenge (WSC) 2017, dem „härtesten Solarrennen der Welt“, durch das australische Outback von Darwin nach Adelaide, arbeitet das Team Sonnenwagen Aachen derzeit an der Neuentwicklung eines Solarfahrzeuges, um damit bei der WSC 2019 erneut an den Start zu gehen. Um die Ergebnisse aus dem Jahr 2017 noch zu verbessern und sich gegen die 44 Teams anderer Spitzenuniversitäten, wie beispielsweise der TU Delft, dem MIT und Stanford, durchsetzen zu können, liegt vor dem Team allerdings noch ein langer Weg der Optimierung. Angetrieben durch die Motivation, Teil eines Leuchtturmprojektes für nachhaltige Mobilität zu sein und durch Innovationen die Zukunft mitzugestalten, analysieren die ca. 45 Studenten in welchen Bereichen das nächste Solarauto das größte Verbesserungspotential aufweist. Neben der Fahrzeug-Aerodynamik, der Leichtbaukarosserie und dem Fahrwerk steht dabei insbesondere der elektrische Antriebsstrang im Fokus. Als wesentliches Bauteil nimmt die Auslegung der elektrischen Traktionsmaschine hinsichtlich Gewicht und Effizienz einen hohen Stellenwert ein. Hierbei hat das Institut für Elektrische Maschinen (IEM) der RWTH Aachen dem Team Sonnenwagen Aachen in den letzten Monaten die Möglichkeit geboten, den Elektromotor aus dem Sonnenwagen von 2017 auf den hauseigenen Prüfstanden zu vermessen. Bei dem Motor handelt es sich um eine eisenlose, permanentmagneterregte Synchronmaschine in Axialflussbauweise, die im Fahrzeug direkt im Rad integriert und somit als Direktantrieb ausgelegt ist. Da es sich bei dem Motor um einen Außenläufer mit einem hohen Durchmesser handelt, lag die erste große Herausforderung bereits in der konstruktiven Anbindung des Motors an die Lastmaschine des Prüfstandes. Die Lösung wurde von den Studenten in enger Absprache mit dem IEM entwickelt und umfasste neben dem Motor zwei Prüfstandswinkel. Einer zur Fixierung der Motorachse und ein weiterer zur Führung der drehmomentübertragenen Welle. Das Drehmoment selber wurde mit Hilfe eines eigens konstruierten Adapters über den Lochkreis der Scheibenbremse des Elektromotors übertragen.

Ziel der Vermessung war es einerseits Wirkungsgrade in verschiedenen Betriebspunkten zu ermitteln, um daraus ein Kennlinienfeld von Drehzahl, Drehmoment und Wirkungsgrad abzuleiten. Dieses ist essenziell für die Entwicklung einer effizienten und optimalen Fahrstrategie für das Rennen in Australien. Weiterhin wurde daraus ersichtlich, dass der selbst entwickelte Motor Wirkungsgrade bis zu 98% erreicht und damit vergleichbar zu vielen am Markt verfügbaren Elektromotoren ist. Andererseits galt es, Verlustleistungen des Gesamtsystems, also Spulen, Inverter und Motor, zu identifizieren und zu quantifizieren. Zu nennen sind hierbei, neben den elektrischen Verlusten, vor allem die Verlustleistungen, die sich aus der Lagerung und der Motor-Aerodynamik ergeben. Es konnte gezeigt werden, dass die Luftreibung einen erheblichen Anteil der Gesamtverlustleistung einnimmt, indem die Rotorgeometrie mit einer speziellen Aero-Folie abgeklebt wurde und Vergleichsmessungen durchgeführt wurden. Auch die Ergebnisse der Lagerverluste haben deutlich gemacht, dass eine zukünftige Auslegung der Lager auf verlustarme Keramik-Lager abzielen sollte.

Das IEM hat sich gefreut, dass Team Sonnenwagen Aachen bei den Vermessungen des Motors unterstützen zu können und so Teil des ambitionierten Projektes zu sein. Wir hoffen, dass die gesammelten Erfahrungen dazu beitragen, die gesteckten Ziele bei der World Solar Challenge 2019 in Australien zu erreichen: Dann heißt es Daumendrücken für das Team aus Aachen und für einen Sieg für nachhaltigere Mobilität!