Development of manufacturing technology and prototype of an electric motor with an ultralight composite rotor.
Opracowanie technologii wytwarzania i prototypu silnika elektrycznego o ultralekkim wirniku kompozytowym.
Project type: Research and development
Keywords: silnik elektryczny włókno węglowe samochód solarny ultralekki silnik
Keywords (english): electric motor carbon fiber solar car ultralight engine
Consortium members: Project was not implemented as part of a consortium
Project implementation period: 1/06/2024 - 1/06/2025
Funding institution: Ministerstwo Edukacji i Nauki
Program name: Studenckie koła naukowe tworzą innowacje
Project manager: Rafał Dychto
Funding value: 69 350,00 PLN
Total project value: 84 350,00 PLN
Projekt Lodz Solar Team Studenckiego Koła Naukowego Miłośników Motoryzacji od 2014 roku stale rozwija pierwszą i jedyną w Polsce serię elektrycznych aut EAGLE napędzanych energią elektryczną wytworzoną z energii promieniowania słonecznego. W tym roku głównym celem postawionym przez zespół jest znacząca modernizacja układu napędowego. Stały rozwój zespołu oraz osiąganie wybitnych wyników na arenie międzynarodowej jest skutkiem realizacji ambitnych projektów, które są możliwe dzięki wsparciu partnerów strategicznych i instytucji naukowych. Członkowie zespołu Lodz Solar Team nie tylko prowadzą własne badania i aktywnie udzielają się w różnego rodzaju targach, konferencjach naukowych, ale także konsekwentnie nabywają wiedzę w temacie najnowszych rozwiązań technicznych stosowanych w wykorzystaniu energii odnawialnej w zastosowaniach związanych z motoryzacją, co bezpośrednio przekłada się na wdrażanie do projektu technologii wpisujących się we współczesne trendy. Realizacja projektu: "Opracowanie technologii wytwarzania i prototypu silnika elektrycznego o ultralekkim wirniku kompozytowym." znacząco podniesie kompetencje działów mechanicznego i elektronicznego wchodzących w skład zespołu Lodz Solar Team. Zastosowanie nowych rozwiązań technologicznych i przeprowadzenie badań naukowych spowoduje znaczący wzrost zaawansowania technicznego projektowanego pojazdu Eagle w postaci wyższej efektywności energetycznej zastosowanego silnika, co stanowi postęp w rozwoju silników elektrycznych bezszczotkowych prądu stałego (z ang. Brushless Direct Current - BLDC). Technologia silników tarczowych BLDC o mocy dostosowanej do aut elektrycznych, jest niszową branżą, w Europie której produkcja praktycznie nie istnieje. Innowacje przełożą się również bezpośrednio na konkurencyjność pojazdów na arenie międzynarodowej, co chcemy udowodnić broniąc w roku 2024 tytułu Mistrza Europy. Głównym założeniem projektu jest maksymalne obniżenie masy wirnika. Przełoży się to na redukcję momentu bezwładności silnika (według szacunków nawet o 40%). Oprócz poprawy charakterystyki napędu, taka modyfikacja pozwoli na zmniejszenie masy nieresorowanej pojazdu (obniżenie masy całego układu napędowego o nawet 15%). Pierwszym etapem projektu będzie opracowanie sposobu wytwarzania wirnika z kompozytu oraz wytworzenie serii prototypów silnika elektrycznego typu BLDC w produkcji jednostkowej. W pierwszej fazie urządzenie będzie przystosowane do wykonania prób obciążeniowych na hamowni silników elektrycznych. Przebieg badan będzie monitorowany za pomocą urządzeń pomiarowych, a następnie zostaną przeprowadzone badania wytrzymałości nowego wirnika. Będzie ono poddane próbie na skręcanie w celu sprawdzenia, czy nowa konstrukcja będzie na tyle wytrzymała, aby można było ją zamontować do samochodu oraz na skręcanie w celu sprawdzenia czy moment, który jest wymagany do rozpędzania bądź podczas hamowania samochodu nie uszkodzi konstrukcji. Po uzyskaniu zadowalających wyników z zakresu wytrzymałości, przystąpimy do budowy kolejnego prototypu, który będzie dostosowany do obecnego zawieszenia w pojeździe EAGLE 2. Etap ten będzie miał na celu sprawdzenie w warunkach rzeczywistych poprawę efektywności energetycznej naszego pojazdu poprzez zastosowanie silnika o ultralekkim wirniku kompozytowym. Kolejnym zadaniem będzie opracowanie oraz wykonanie konstrukcji silnika elektrycznego BLDC z materiału kompozytowego. Wykonane będą min. 3 wersje wirnika, aby sprawdzić jakie ułożenie warstw włókien węglowych będzie najbardziej optymalne pod względem wytrzymałości zmęczeniowej i minimalizacji masy. Gdy zostanie wybrany najbardziej optymalny sposób wykonania silnika zostanie on przetestowany na naszej hamowni w celu sprawdzenia czy konstrukcja będzie wstanie przenieść odpowiedni moment napędowy oraz hamujący. Sprawdzona zostanie również sztywność skrętna rozwiązania, która wskaże czy nowa konstrukcja jest na tyle wytrzymała, aby mogła być zamontowana do samochodu elektrycznego, czy wymaga dalszej modyfikacji. Następnym etapem będzie analiza wpływu minimalizacji masowego momentu bezwładności wirnika i ma wirujących na charakterystykę zewnętrzną silnika i jego sprawność. Podczas tego etapu również zostaną przeprowadzone badania niewyrównoważenia masy wirującej ze wskazaniem sposobu minimalizacji tego zjawiska. Po przeprowadzeniu testów laboratoryjnych planowane jest przeprowadzenie testów w warunkach rzeczywistych z prototypem silnika zamontowanym w pojeździe. Do przeprowadzenia testów opisanych powyżej niezbędne będzie wykonanie modyfikacji układu hamulcowego, który w obecnej wersji jest montowany częściowo do silnika. Chcemy przeprojektować tę konstrukcję tak, aby zmniejszyć moment jaki oddziałuje na silnik podczas hamowania co pozwoli na zredukowanie czynników umożliwiających zniszczenie wirnika.
The Lodz Solar Team project of the Student Scientific Circle of Automotive Enthusiasts has been continuously developing the first and only series of electric cars, EAGLE, in Poland since 2014. These cars are powered by electric energy generated from solar radiation. This year, the team's main goal is a significant upgrade of the drivetrain. The team's constant development and outstanding international achievements result from ambitious projects made possible by the support of strategic partners and academic institutions. Members of the Lodz Solar Team not only conduct their research and actively participate in various trade fairs and scientific conferences, but they also consistently acquire knowledge about the latest technical solutions in the use of renewable energy in automotive applications. This directly translates into implementing cutting-edge technologies into the project, aligning with contemporary trends. The project's realization, "Development of technology for manufacturing and prototype of an electric motor with an ultralight composite rotor," will significantly enhance the competencies of the mechanical and electronic departments within the Lodz Solar Team. The application of new technological solutions and conducting scientific research will lead to a substantial advancement in the technical sophistication of the designed Eagle vehicle, specifically in the higher energy efficiency of the applied motor. This marks progress in the development of brushless direct current (BLDC) electric motors. The technology of BLDC disc motors adapted for electric cars is a niche industry in Europe, practically non-existent in production. These innovations will directly contribute to the competitiveness of vehicles on the international stage, a goal the team aims to prove by defending the title of European Champion in 2024. The main objective of the project is to maximize the reduction of the rotor's mass, resulting in a reduction of the motor's moment of inertia (estimated by up to 40%). Besides improving the drive characteristics, such modifications will allow for a decrease in the unsprung mass of the vehicle (lowering the mass of the entire drivetrain by up to 15%). The first stage of the project involves developing a method for manufacturing the rotor from a composite material and creating a series of prototypes of the BLDC electric motor in unit production. In the initial phase, the device will be adapted for load tests on the electric motor dynamometer. The testing process will be monitored using measurement devices, followed by durability testing of the new rotor. It will undergo a torsion test to verify if the new construction is robust enough for installation in a car and another torsion test to ensure that the required torque for acceleration or during vehicle braking does not damage the structure. After obtaining satisfactory durability results, the team will proceed to build another prototype, tailored to the current suspension in the EAGLE 2 vehicle. This stage aims to assess the real-world improvement in the energy efficiency of the vehicle by using a motor with an ultralight composite rotor. The next task involves developing and constructing the BLDC electric motor from composite material. At least three versions of the rotor will be produced to determine the optimal arrangement of carbon fiber layers concerning fatigue strength and mass minimization. Once the most optimal method of motor construction is selected, it will be tested on our dynamometer to verify its ability to transmit the necessary driving and braking torque. The rigidity of the torsional solution will also be checked to determine whether the new construction is robust enough to be installed in an electric car or requires further modification. The subsequent stage will analyze the impact of minimizing the mass moment of inertia of the rotor and the rotating masses on the external characteristics and efficiency of the motor. During this phase, tests will also be conducted on the imbalance of the rotating mass, indicating a method for minimizing this phenomenon. After completing laboratory tests, the plan is to conduct tests in real conditions with a prototype motor installed in a vehicle. To carry out the described tests, it will be necessary to modify the current brake system, which is partially mounted to the motor. The team aims to redesign this structure to reduce the moment exerted on the motor during braking, allowing for a reduction in factors that could lead to rotor damage.
Go back