Formula Student: So haben wir die Kennfelder bei Elektromotoren optimiert

Anbieter zum Thema

PFLITSCH GmbH & Co. KG

Axivion GmbH

YOKOGAWA Deutschland GmbH Niederlassung Herrsching Test- und Messtechnik

Für die Formula Student hat das Team des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) einen Elektromotor entwickelt. Auf dem Prüfstand wurde mit einem Leistungsanalysator Phasenspannung, Strom und Drehmoment ermittelt.

Mit Leidenschaft und großem Ehrgeiz entwickelt, konstruiert, fertigt und testet das KA-RaceIng-Team des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) jedes Jahr für den Formula Student Konstruktionswettbewerb zwei neue Rennwagen: einer mit Verbrennungsmotor, der andere mit Elektroantrieb und seit diesem Jahr zusätzlich ein autonomes Rennfahrzeug.

Die für den Antrieb benötigten Elektromotoren werden für jede Saison neu entworfen und komplett von Hand gefertigt und anschließend auf einem Prüfstand getestet. Die permanent erregten Synchronmotoren der aktuell dritten Generation bringen eine Dauerleistung von 30 kW, 40 kW Spitze, 30.000 Umdrehungen und ein Drehmoment von 17 Nm. Obwohl ein Motor nur 4 kg wiegt, macht das bei vier Stück bereits einen beträchtlichen Anteil am Gesamtgewicht des Rennwagens von 180 kg aus.

Bildergalerie

Die meisten der 150 elektrisch fahrenden Formula-Student-Teams nutzen Radnabenmotoren, KA-RaceIng hat sich dagegen für ein anderes Konzept entschieden. Bernhard Baier vom KA-RaceIng-Team erzählt: „Bei uns sitzen die Motoren unter dem Monocoque und reichen weit in die Fahrzeugmitte hinein, um die schweren Massen tief nach unten zu bekommen. Zusätzlich sind es ja auch gefederte Massen, beides gewährleistet ein sehr gutes Fahrzeugverhalten“.

Phasenspannung, Strom und Drehmoment

In der aktuellen Saison 2017 wurden, am ebenfalls selbst entwickelten Prüfstand, die Phasenspannungen, Ströme sowie Drehmoment und Drehzahl mit einem WT3000E von Yokogawa gemessen und anschließend das komplette Kennfeld errechnet. Mit dem vierten, freien Leistungskanal des Leistungsanalysators wurde die jeweilige Rotorposition bestimmt. Der zweite Eingang des vierten Leistungsmesskanals wurde ebenfalls kreativ als Trigger für die Messdatenaufzeichnung genutzt.

Um das Maximum aus den Maschinen herauszuholen, muss auch der Wirkungsgrad der Leistungselektronik maximiert werden. Die verwendete MTPA-Regelung (Maximum Tourque per Ampere) erzeugt mit einem möglichst geringen Strom das höchste Moment. Mit dem WT3000E wurden diese Punkte aus dem Kennfeld ausgemessen. Der gemessene Wirkungsgrad der Motoren lag deutlich über 95 Prozent und im Spitzenbereich bei 98 Prozent.

Der Formel-Rennwagen kann in nur 2,5 Sekunden auf 100 km/h beschleunigen und erreicht eine durch die Endübersetzung begrenzte Höchstgeschwindigkeit von 121 km/h.

(ID:45032609)