Rezultati
51 Slika 4.12: Simulirana visoka obremenitev, sobna in povišana temperatura [8]
Zgoraj so prikazani izmerjeni rezultati, pri vsakem pogoju se je naredilo približno dva polna obrata senzorja, izhodni signal pa je na grafih prikazan kot procentni delež merilnega območja. Iz dobljenih rezultatov lahko sklepamo, da je vpliv temperature na delovanje senzorja zanemarljiv, na grafu je sicer jasno vidno manjše nihanje signala, ki ga povzročajo magneti statorja. Odpravljanju tega nihanja se bomo posvetili v nadaljnjem razvoju. Iz grafov lahko tudi sklepamo, da obremenitev bistveno ne poslabša napake izhodnega signala.
Ob razvoju nadaljnjih prototipov bo sicer potrebno preskušanje celotnega sestava senzorja, skupaj s torzijsko gredjo, saj bi temperatura lahko vplivala na senzor, tudi zaradi različnih termičnih raztezkov komponent.
Rezultati
52
53
5 Diskusija
Med vrednotenjem se je kot najprimernejši izkazal koncept rešitve K2, njegov detajlni model je prikazan na sliki 5.1, vendar so se med izdelavo modela in izbiro komponent pojavili pomisleki o izvedljivosti koncepta. Glavna ideja je bila montaža preizkuševališča na že obstoječo temperaturno komoro, ki bi zagotavljala zelo natančno regulacijo temperature. Na sliki 5.2 je predstavljen prerez detajlnega modela preizkuševališča.
Slika 5.1: Model koncepta K2
Diskusija
54
Slika 5.2: Prerez modela koncepta K2
Glavni pomisleki pri izbranem konceptu so bili predvsem na račun togosti celotnega sistema, saj bi z vidika sestavljanja moralo biti uležajenje preizkušanca izdelano kot samostojna enota, vstavljeno v komoro in nato naknadno povezano s pogonom na zunanji strani. Pri tem je problematično tudi dno komore, ki ni dovolj togo in ne omogoča fiksiranja uležajenja. Ker bi se pogon nahajal na zunanji strani komore, bi za povezovanje potrebovali precej dolge gredi, kar bi lahko vneslo še dodatne vibracije, prav tako je vprašljiva togost zunanjega ogrodja, ki bi moralo prenašati relativno velike sile.
Odločili smo se za nekoliko drugačno zasnovo preizkuševališča, opisano v poglavju Rezultati. Glavni problem nove zasnove je zagotavljanje preskušanja pri različnih temperaturah. Predvidena je izgradnja manjše izolirane komore, kot prikazano na sliki 5.3.
Ker bo večina preskusov potekala pri sobni temperaturi, se bo manjšo komoro namestilo le v primeru preskušanja pri spremenjenih pogojih, komoro se bo takrat preko cevi in dodatnega ventilatorja povezalo na obstoječo temperaturno komoro v laboratoriju. Zaradi izgub toplote bo potrebno še dodatno spremljati in regulirati temperaturo v komori. Rešitev seveda ni idealna, vendar precej izboljša osnovno funkcijo preizkuševališča, torej preskušanje občutljivosti senzorja na vrtilni moment. Glede na že opravljene preskuse senzorja pri povišani temperaturi, ne pričakujemo občutljivosti senzorja na temperaturo in posledično velikih potreb za preskušanje senzorja pri spremenjenih temperaturnih pogojih.
Diskusija
55 Slika 5.3: Preizkuševališče z majhno izolirano komoro
Z nekoliko spremenjeno zasnovo sicer nekoliko slabše izpolnjujemo zahteve po preskušanju pri spremenjenih temperaturnih pogojih, vendar občutno povečamo togost celotnega preizkuševališča, kar omogoča natančnejšo montažo in boljše centriranje preizkušanca.
Izbrani servomotorji sicer ne omogočajo konstantnega delovanja pri najvišjih zahtevanih vrtljajih in vrtilnem momentu, vendar precej dobro pokrivajo območje, kjer se bo izvajalo večino preizkusov. Glede na interne podatke v podjetju, povprečen uporabnik električnega kolesa med poganjanjem generira vrtilni moment v rangu 20 Nm, ob večjih naporih pa lahko kratkotrajno dosega do 100 Nm, preskusi pri visokih obremenitvah se bodo tako uporabljali le v redkih primerih, predvsem na zahtevo naročnika senzorja. Podobno je z maksimalnimi vrtljaji, takšni preskusi bodo praviloma kratkotrajni in se jih bo izvedlo z vrtenjem servomotorjev izven optimalnega območja delovanja. Natančnost regulacije obremenitve bo odvisna predvsem od programskega krmiljenja servomotorjev. Opisani koncept dobro izpolnjuje ostale zahteve, kot so enostavna menjava preizkušancev, preizkušanje različnih preizkušancev, dobro pozicioniranje elektronike in kompaktnost preizkuševališča.
Med začetnimi meritvami nismo opazili občutljivosti prototipov na temperaturo, za veliko bolj problematične pa so se izkazale motnje na signalu, zaradi zaznavanja direktnega magnetnega polja magneta. Prav tako smo med montažo senzorja na začasnem preizkuševališču opazili potencialne probleme z občutljivostjo senzorja na mehansko in magnetno nekoncentričnost sestavnih delov ter vpliv pozicije elektronike senzorja na kakovost signala. Ker so se prototipi izkazali kot zelo dinamično odzivni, bo v nadaljnjem detajliranju in izdelavi preizkuševališča več poudarka predvsem na natančni izdelavi
Diskusija
56
elementov uležajenja in veliki ponovljivosti montaže vzorcev. Z natančnejšimi meritvami na novem preizkuševališču, bomo lažje zaznali in odpravili vzroke napak pri naslednjih prototipih senzorja.
Zaradi zamikov projekta v podjetju, preizkuševališča žal nismo uspeli izdelati in preskusiti pred zaključkom magistrske naloge. Tako je v sklopu naloge predstavljena le teoretična zasnova preizkuševališča, dodane pa so meritve izvedene na začasnih preizkuševališčih.
57
6 Zaključki
V magistrski nalogi smo predstavili delovanje brezkontaktnega senzorja vrtilnega momenta in zasnovali preizkuševališče za prototipe tega senzorja. Preizkuševališče bo namenjeno predvsem preskušanju vzorcev v fazi razvoja in potrjevanju primerne zmogljivosti in učinkovitosti senzorja, za vgradnjo v pogonski sklop električnih koles. S podrobnim preskušanjem vzorcev bomo tako lažje zaznali ključne dejavnike pri razvoju senzorja in lažje zasnovali kakovosten končni produkt. Delo lahko predstavimo v sledečih točkah:
1) Zasnovali smo preizkuševališče senzorjev vrtilnega momenta, ki bo omogočalo preizkušanje pri različnih hitrostnih, obremenitvenih in temperaturnih pogojih.
Omogočalo bo karakterizacijo senzorja in simuliranje realnih obratovalnih pogojev.
2) Izbrali smo primerne komponente za izgradnjo preizkuševališča, pri tem smo ob finančnih omejitvah kar se da dobro izpolnili dane zahteve.
3) Izvedli smo meritve na prvih vzorcih senzorja, te meritve so bile izvedene na začasnih preizkuševališčih in bodo osnova za nadaljnjo detajliranje in izgradnjo preizkuševališča.
Iz prvih meritev smo ugotovili dobro dinamično odzivnost senzorja, prav tako smo potrdili neobčutljivost senzorja na temperaturne spremembe.
Predlogi za nadaljnje delo
V prihodnosti sledi izgradnja samega preizkuševališča, velik poudarek bo potrebno nameniti natančni izdelavi in montaži uležajenja, za kar se da ponovljivo nameščanje prototipov na preizkuševališče. Predvideva se, da bo večina preskusov potekala pri sobni temperaturi, zato bo manj poudarka na zagotavljanju temperaturnih razmer. Dodatna manjša temperaturna komora bo tako dograjena naknadno. Velik poudarek bo potrebno nameniti tudi krmiljenju servomotorjev, izdelati bo potrebno shemo električne vezave, izbrati primerne krmilnike in uporabniški vmesnik. Kakovost programa za krmiljenje servomotorjev bo imela velik vpliv na kakovost meritve.
58
Literatura
[1] M. Urbančič, Načrtovanje in izdelava električnega kolesa: diplomsko delo, Ljubljana, 2016. Dostopno na:
https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?id=82725&lang=slv, ogled: 19.11.2020.
[2] J. G. Webster, Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook. CRC Press, 1998.
[3] C. W. de Silva, Second Edition, Sensors and Actuators, CRC Press, Boca Raton, 2016.
[4] R. Kalister, Razvoj in nadgradnja preizkuševališča za polimerne zobnike: diplomsko delo, Ljubljana 2020. Dostopno na:
https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?id=117033&lang=slv, ogled: 24.6.2021.
[5] R. Schicker, G. Wegener, Measuring Torque Correctly. Dostopno na:
https://www.hbm.com/fileadmin/mediapool/files/torque-book/HBM_Measuring-Torque-Correctly_COMPLETE-EDITION.pdf, ogled: 19.11.2020.
[6] J. Fraden, Handbook of Modern Sensors Physics, Designs and Applications. 3.
izdaja. Springer, 2003.
[7] D. Angleviel, Development of a Contactless Hall effect torque sensor for Electric Power Stearing. Dostopno na:
https://pdfs.semanticscholar.org/ba3c/52ba1d66d8d58b6aae11a18c662d24531b99.pd f, ogled: 19.11.2020
[8] Interni dokumenti podjetja Hidria (poročila preizkusov).
[9] J. Hlebanja, Metodika konstruiranja. Fakulteta za strojništvo, Ljubljana, 2003.
[10] Kistler 4501A datasheet. Dostopno na: https://www.kistler.com/files/document/000-596e.pdf, ogled 26.6.2021.
[11] Kistler Bellows Coupling 2301A datasheet. Dostopno na:
https://www.kistler.com/files/document/000-673e.pdf, ogled 26.6.2021.
[12] R+W SK2 Torque Limiter Coupling. Dostopno na:
https://dpbrowntech.com/products/RW/RW_SK2.php, ogled 26.6.2021.
59 [13] ETP Techno Product Sheet. Dostopno na:
https://www.etp.se/sites/default/files_two/ETP-TECHNO-PRODUCT-SHEET_0.pdf, ogled 26.6.2021.
[14] XYZ Stage. Dostopno na:
https://www.optics-focus.com/xyz-stage-p-985.html?zenid=ngqtlvev5kna3c00l51med9p57#.YNmZGRFxdPZ, ogled 28.6.2021.