Innovaties high performing motion systems
Ontdek onze nieuwste innovaties rond high performing motion systems
Voertuigen en machines bestaan uit bewegende delen. Om deze beter te laten presteren focussen we niet enkel op de productarchitectuur, energie-efficiëntie en -beheer, maar bekijken we ook hoe we elektrische motoren en aandrijvingen kunnen verbeteren en het gebruik ervan comfortabeler kunnen maken.
Andere thema's:
Verbeterde prestaties van de aandrijflijn met behulp van hybride beleidsleren
Conventionele controllers van aandrijflijnen kunnen over het algemeen goed overweg met veranderende operationele omstandigheden. Toch zijn ze vaak niet flexibel genoeg wanneer nieuwe omstandigheden zich voordoen.
Door gebruik te maken van machine learning zijn we erin geslaagd om de prestaties van deze controllers in complexe industriële aandrijflijnen te verbeteren door realtime data in te zetten. Onze hybride architectuur laat ons toe om “reinforcement learning” uit te rollen, wat resulteert in een zeer capabele controller. Op zichzelf is deze architectuur echter niet zo veilig om te gebruiken. Dit lossen we op door hem te combineren met een conventionele controller. Zo gebruiken we de robuustheid van de controller als hefboom zodat hij overweg kan met veranderende omstandigheden terwijl de uitgebreide aanpassingsmogelijkheden van onze datagestuurde “reinforcement learning” controller ervoor zal zorgen dat deze zich kan aanpassen aan nieuwe omstandigheden.
koetswerk controle bij rijden over vluchtheuvels
Tijdens het autorijden krijgen we allemaal te maken met vluchtheuvels of putten. Erg comfortabel is dit niet. Om deze schokken op te vangen zijn de meeste auto’s voorzien van een passief dempingssysteem. Sommige auto’s uit het hogere segment zijn uitgerust met een actieve demping waarmee je zelf de rijeigenschappen en het comfortniveau kan bepalen. Naast de wielophanging hebben elektromotoren ook een invloed op het comfort en de rijeigenschappen van een (hybride of elektrische) wagen.
Om deze reden onderzochten we een gecombineerde controle van zowel elektromotor als het actieve dempingsysteem. Het doel van deze gecombineerde controle is een hoger comfortniveau te behalen in vergelijking met de standaard gescheiden controle. Door deze techniek toe te passen hebben we de schok bij het rijden over een vluchtheuvel kunnen reduceren met 25% en de stabilisatietijd na het afrijden van de drempel vermindert met 35%.
Elektromotor met geïntegreerde magnetische veer
Elektromotoren verbruiken +/- 45% van de wereldwijde geproduceerde energie en staan voor +/- 60% van het totale industriële energieverbruik. Het spreekt voor zich dat een kleine vermindering in dit verbruik niet alleen een grote kostenbesparing betekent, maar ook een grote impact op het milieu heeft.
Sommige toepassingen hebben een cyclisch en sterk variërend laag koppelprofiel, met andere woorden, een hoge piek tot gemiddeld koppel ratio. Voorbeelden hiervan zijn weefgetouwen, persen, robots, compressoren en pompen. Dit laag koppelprofiel heeft een negatieve impact op de afmetingen, efficiëntie en energieverbruik van de motor. Voor dit soort toepassingen introduceren we een innovatieve elektromotor met geïntegreerde magnetische veer.
Deze oplossing is niet enkel compact maar ook energiebesparend aangezien de magnetische veer op een passieve manier koppel levert. De hoeveelheid energie die we hiermee besparen hangt af van het ontwerp van de magnetische veer en het lage koppelprofiel. Maar in ons voorbeeld daalt het energieverbruik met +/- 60% in vergelijking met een conventionele motoraandrijving zonder magnetische veer.
Elektromotor met geïntegreerde vermogenselektronica
Elektrische aandrijvingen worden steeds kleiner, krachtiger en zuiniger. Het is in deze context dat we de vermogenselektronica hebben geïntegreerd in een elektromotor zodat ze koelmechanisme en mechanische structuur delen.
Door een thermische camera te richten op een elektromotor kregen we een duidelijk inzicht in de temperatuur van de verschillende onderdelen. Zo konden we de thermische respons zien van de motor, de vermogenselektronica en het koelsysteem. Door het koelsysteem te delen bereiken we een gewichtsbesparing van 10 tot 20% in vergelijking met aparte koelsystemen voor motor en elektronica.
Verbeterde energie-efficiëntie door context-adaptieve controle toegepast op een hybride voertuig
De omstandigheden waarin een machine of voertuig werkt kunnen een negatieve impact hebben op de prestaties en het brandstofverbruik. Toch zijn de meeste standaard controllers van aandrijvingen voorgeprogrammeerd om op een bepaalde, op voorhand gedefinieerde manier, te handelen. Hierbij wordt geen rekening gehouden met factoren zoals de omgeving of de staat van de weg.
Om de algemene efficiëntie te vergroten van machines en voertuigen die te maken krijgen met veranderende operationele omstandigheden, heeft Flanders Make een nieuwe context-adaptieve controlestrategie ontwikkelt. Deze strategie detecteert en karakteriseert de werkomstandigheden op basis van de sensor data van het voertuig en past vervolgens de controleparameters van het voertuig aan. In een test met een hybride voertuig waarin we de controller de wisselwerking tussen elektromotor en verbrandingsmotor laten controleren zien we dat we gemiddeld 1% minder brandstof verbruiken ten opzichte van een standaard benchmark controller.
Energiebeheer voor meerdere machines
De elektriciteitsdistributie in bedrijven gebeurt traditioneel met AC-netwerken. Toch bieden innovatieve DC-netwerken meerdere voordelen: ze kunnen efficiënter overweg met bi-directionele energiestromen; ze elimineren verschillende stappen om stroom om te zetten en het is gemakkelijker om buffer elementen en/of opslagsystemen te integreren in het netwerk.
We hebben een DC-netwerk ontwikkeld dat machines in staat stelt om tegelijk energie uit te wisselen, wat resulteert in energie-efficiëntie winsten voor het hele bedrijf. In een DC-netwerk kan de energie uit verschillende bronnen komen zoals de netvoeding, hernieuwbare energiebronnen en/of brandstofcellen. Om vervolgens verdeeld te worden over verschillende verbruikers zoals je machinepark. Dit systeem kan ingevoerd worden in bestaande productieomgevingen door een aantal componenten te vervangen. Daarnaast zijn sommige veelvoorkomende componenten uit een AC-netwerk, niet langer nodig in een DC-netwerk. Wat zorgt voor een vereenvoudigd stroomnetwerk. DC-netwerken in de industrie leiden dus tot minder verliezen, en een potentieel lagere investeringskost.
Modulair bewegingssysteem
Om prestaties en flexibiliteit in bewegende mechanische systemen te verbeteren hebben we een alternatieve architectuur ontwikkelt die gebruik maakt van gedistribueerde en modulaire actuatie. Het doel van deze architectuur is het demonstreren van betere prestaties van bewegende systemen met modulaire aandrijvingen.
Door gebruik te maken van gedistribueerde actuatie kunnen we de snelheid bij heen-en-weer-gaande bewegingen sterk verhogen. Dit principe beïnvloedt zowel de prestaties (die verbeteren door de lagere inertia) als de dynamische beperkingen van het systeem. Door een non-modulaire en een modulaire referentie te vergelijken op een schuifslingermechanisme kunnen we het interne dynamiek niveau demonstreren. Dit soort bewegingen vinden we bijvoorbeeld terug bij weefgetouwen of verpakkingsmachines. Deze hoogdynamische toepassingen hebben voordeel bij het modulaire bewegingssysteem.
Onze resultaten tonen dat ons systeem kostenneutraal is op systeemniveau. Een modulaire actuatie zorgt voor een snelheidstoename van 40 tot 50%, en biedt “single failure handling” zonder de volledige functionaliteit te verliezen.
Multifunctionele vermogenselektronica-omvormer
Elektrische voertuigen hebben veel voordelen. Ze hebben minder slijtagegevoelige onderdelen, zijn milieuvriendelijker, stiller, fiscaal interessant, etc. Maar door de zware accupakketten zijn ze zwaarder dan voertuigen met een interne verbrandingsmotor (ICE). Dit extra gewicht heeft een impact op de rijeigenschappen, het rijbereik en slijtage van onderdelen zoals remmen en banden. In de constante zoektocht naar kleinere, lichtere en beter presterende elektrische aandrijflijnen ontwikkelden we een geïntegreerd aandrijfsysteem dat een hoger vermogen koppelt aan betere functionaliteit. Dit multifunctionele concept heeft een omvormer die verschillende bedrijfsmodi uitvoert. Dit resulteert niet alleen in lagere kosten, maar ook in een gewichts- en volumevermindering van 40% voor de vermogenselektronica-omvormers in een elektrische aandrijflijn. Even belangrijk is dat we de efficiëntie en betrouwbaarheid van de aandrijflijn verhogen. Daarnaast verlengen we de levensduur van de batterij, wat de onderhoudskost van de batterij over de hele levensduur van het voertuig verlaagt.
Op deze manier verlagen we zowel de initiële als de operationele kosten van het voertuig. Daarnaast zorgen deze verbeteringen aan de multifunctionele vermogenselektronica-omvormer voor een vlottere overgang van conventionele ICE-voertuigen naar plug-in hybride naar elektrische voertuigen.