Ontwerp van een innovatieve elektrische aandrijving voor pleziervaartuigen

Een innovatieve e-aandrijving

De Stifting ElektryskFarre Fryslan (SEFF) is een onafhankelijke stichting, met als doel om het elektrisch varen in Friesland te bevorderen. Daartoe is in samenwerking met Principia-SES (Senior Expert Support) een innovatieve e-aandrijving voor de pleziervaart ontwikkeld.

Bij het ontwerp van deze e-aandrijving is gestreefd naar lage kosten, te bereiken door (a) een eenvoudig en betrouwbaar ontwerp (gebaseerd op robuuste en goedkope onderdelen), en (b) een hoge efficiency, waardoor minder accucapaciteit/goedkoper accupakket) nodig is. Daarmee kan het elektrisch varen prijstechnisch interessanter worden voor het brede middensegment van de gemiddelde “consument” (watersporter).

Ontwerpstappen

Een e-aandrijving kent drie hoofdcomponenten: een accupakket, een elektromotor en een schroef. Om een efficiënte en goedkope e-aandrijving te ontwerpen is als eerste gestart met het zoeken naar een efficiënte schroef. Er is gekozen voor een 16” x 14” 2-blads schroef van het Wageningen B type.
Als tweede stap is gezocht naar een bij deze schroef passende, goedkope e-motor (inclusief regelaar). Er is gekozen voor een QS naafmotor van 3 kW.

Als derde stap is deze combinatie van schroef en e-motor als prototype ingebouwd in een stalen MienSkip-sloep, en zijn met dit prototype verschillende tests uitgevoerd.

Vervolgens is gekeken naar de range, waarin de geselecteerde e-motor leverbaar is. Ook de inkoopprijzen zijn aangegeven. Bovendien zijn een aantal argumenten/feiten benoemd, die een prijsreducerende werking hebben.

Resultaten en conclusies.

1. Uit de resultaten blijkt dat de rendementen in lichte mate afhankelijk zijn van de vaarsnelheid. De hierna genoemde waardes zijn van toepassing op een vaarsnelheid tussen 7 en 9 km/uur.
2. De benodigde stuwkracht bij gegeven vaarsnelheid is groter dan de gemeten sleepkracht. De sleeptest resultaten zijn daarom niet bruikbaar voor het bepalen van het totaalrendement. In plaats daarvan zijn de stuwkrachten berekend met een door Principia-SES ontwikkeld schroefselectieprogramma. Dat impliceert een berekend schroefrendement van circa 66%.
3. Het totaal-rendement van de ontworpen/geteste e-aandrijving is circa 56%.
4. Het motorrendement van de e-motor (incl. controller) is circa 85%. Dat is vergelijkbaar met de e-motoren bij gangbare e-aandrijvingen.
5. Het maximum toerental van de QS motor is veel lager dan wat gebruikelijk is in gangbare e-aandrijvingen. Daardoor kan een grotere schroef worden toegepast met als gevolge een hoger rendement van de aandrijving. Meer testwerk is vereist om dit te kwantificeren.
6. Deze e-aandrijving kan gunstig geprijsd zijn ten opzichte van bestaande e-aandrijvingen.

Er is gedurende ruim een jaar met veel plezier door drie SES-ingenieurs aan deze opdracht gewerkt. Op dit moment zoekt SEFF naar een onderneming, die dit product wil vermarkten. Belangstellenden kunnen met Principia contact opnemen  via www.principia.utwente.nl

 

Resultaten vermogensmetingen

Tijdens de testvaart op 18 december is bij verschillende vaarsnelheden het schroefastoerental gemeten evenals de accuspanning en de door de accu geleverde stroom. Het product van spanning en stroom geeft het door de accu geleverde elektrische vermogen. In onderstaand figuur is het gemeten elektrische vermogen weergegeven als functie van de vaarsnelheid.