Onderwerp: Selectie E-motor, schroef en reductie

Wie kan uitleggen hoe een E-motor met onderstaande performancecurve geëvalueerd dient te worden naar geschiktheid om in te passen bij gebruik van een bestaande schroef en schroefas?



Voor bestaande boot en schroef is onderstaande samenhangende data bekend tussen 0 en rompsnelheid:
-RPM
-koppel
-vermogen
-bootsnelheid

Bij gebruik van bestaande schroef is de enige parameter om een E-motorkandidaat te evalueren de reductie. RPM aan de motor neemt dan toe met de reductiefactor en het koppel neemt daar (bijna) mee áf (rendement riemoverbrenging is ongeveer 96%)

Als ik voor mijn boot bovenstaande BLDC motor beschouw met 1:2.5 reductie, dan kruist deze de schroefcurve van mijn boot nagenoeg bij zijn “rated” werkpunt (onderste geel gemarkeerde rij). Handig om als het nodig is even met veel vermogen een haveningang aan lagerwal uit te motoren, waar je met een lichtere motor verwaaid zou liggen. Ik wil daar niet inleveren tov mijn huidige dieselaandrijving.

Echter… ik wil vooral weten hoe diezelfde aandrijving presteert op kruissnelheid, welke ik uit wil laten komen in de buurt waar deze motor haar maximale rendement haalt (mits snelheid, vaartijd en bereik daarbij acceptabel zijn)

Hoe doe ik dat; hoe interpreteer ik deze grafiek?
Ik zie daar dat bij een specifiek koppel en toerental deze motor haar hoogste efficiëntie haalt (bovenste geel gemarkeerde rij), maar míj́n schroefas+reductie vraagt dat koppel al bij een veel lager RPM. Sterker nog: in de tabel ligt dat toerental ligt hóger dan rated!

Hoe weet ik hoe efficiënt een aandrijving is op een punt dat níet op de curve uit de datasheet ligt, bv bij 1700 RPM en 9 Nm gevraagd koppel?

Nachtvlinder schreef :
Het simpele antwoord is:niet.
En het iets minder simpele maar nog steeds te simpel: lager.
Het lastige met die BLDC is inderdaad de hoge toerentallen.
Eigenlijk zou je een reductie willen van 3 of 4.
Nou heb ik mezelf wel aardig ingelezen in deze materie, maar voel me toch nog niet ervaren genoeg om hier een deugdelijk antwoord op te geven.
Wat je wel mee moet nemen is: hoeveel geluid maakt de reductie en de motor bij deze hoge toerentallen, want je wilt wel stilte.
Een toerental van 1400 aan de schroef is overigens best wel hoog, hoeveel koppel vraagt ie dan?

Weet even niet hoe groot he schip is, maar voor onze 29-voeter ga ik uit van een kruissnelheid van 4.3knts bij ongeveer 2.2 kW, dat is het vermogen waarbij je het zuinigst wil varen.
Maar die snelheid is ook al een compromis cq optimum. Want hoe lager de snelheid hoe lager de weerstand en verbruik en des te groter de afstand die je kan afleggen.
Dus een zo hoog mogelijk rendement bij 10 kW is leuk, maar bij 10 kW verstiert het energieverbruik (3e macht) dus het rendement geheel.
Een beetje extrapoleren ontkom je niet aan.

Een ander nadeel van die grote stromen bij grote vermogens: weerstandsverliezen en andere verliezen in je controller.

Dus focus je vooral op de 2-3kW en de rest gebruik je toch amper.

Precies, daarom wil ik het rendement van motor en controller juist ook in andere werkpunten kunnen bepalen; is ook niet heilig dat het een BLDC motor moet worden; mss past een ander type motor beter bij het verloop van een propellercurve.

Ik kwam (rendement volgens grafiek in OP alleen als functie van koppel verondersteld…) op onderstaande getallen bij een 15 kWh accupakket. Om de 15 NM van het Noordzeekanaal te doen mag je niet sneller varen dan 3,8 kn… Kielerkanaal tot Rendsburg bij daglicht lukt net niet…

Helaas heb ik zeer weinig verstand van de huidige DC e-motoren. Maar lees wel aandachtig mee. De vraag die bij me op komt is; hoe kom je aan de propellercurve ? Is dat louter RPM of doet de snelheid, dus slip, er ook toe.

Wat we verder wel weten is dat het in de praktijk bij een aantal boten goed te doen is om elektrisch te varen. Dus moet het ook theoretisch kunnen.

Wat deze discussie complexer maakt is dat TS de bestaande schroefas en schroef wil behouden. Iets in mij zegt dat de vermogenscurve/versus toerental van een diesel niet een opeen past opdat van een electromotor en dat ook de schroefkeuze er in rol in speelt om het verbruik zo gunstig mogelijk te krijgen. Mischien ook even op een rijtje zetten bij welk toerental van de diesel nu welke snelheid gehaald wordt onder verschillende omstandigheden en kijken welk vermogen daar theoretisch bij deze Bukh diesel tegenover staat. Dan heb je alvast een beeld van de vermogensvraag onder verschillende omstandigheden met de huidige schroef. Verschil in toerental opvangen is een kwestie van reductie maar ook de schroefkeuze kan daarbij gebruikt worden. Dat de Griende relatief gemakkelijk op gang komt gaat vast wel helpen in deze puzzle.

Herman Hartman schreef :
Hoe weet je het afgegeven vermogen bij een bepaald toerental van de Bukh ? Je weet slechts het maximum vermogen dat die theoretisch kan halen. Maar het werkelijk benodigde vermogen kan stukken lager zijn.

LOL! Ja, dat NOK, ik had de dag van Rendsburg naar Brunsbüttel een oosten wind, en ik heb nog twee keer drie kwartier op de Buitenboordmotor gevaren.
Dus zeil er op en motor op 1 kW. Brunsbüttel ruim gehaald.
Maar ook al een keer van Harlingen naar Dokkum op de motor gedaan. Af en toe een klein beetje gezeild op het van Harinxmakanaal.

Maar bij nood kan je ook door de Gieselauschleuße, en dan iets naar het noorden. Daar zit op een mijl of vier van de sluis een jachthaven, met stroom.

Ik vind het knap dat je zo recht in de leer bent v.w.b. het elektrisch varen, petje af!
Praktischer lijkt me om er een wat grotere motor in te leggen en om zoiets in de bakskist te zetten:



Ik snap wel dat het een stukje sport bederft

Ik heb eerst propking.xls gevalideerd door de huidige aandrijving proberen te reproduceren. Wvpl gezet op 4000 kg (fabrieksopgave 3600 kg) en breedte, lengte en diepte van de romp op waterlijn doorsnede zo precies mogelijk uit de tekeningen opgemeten. Bukh bij z’n max. 10 pk, 3000 RPM, 1:2.5 reductie de schroef te laten berekenen die maximum snelheid geeft. Daar kwam precíes mijn 14x10 2-bladschroef en 5,3 kn uit. Klopt precies met wat ik zie in de praktijk! Propking houdt rekening met wake factor, slip, schroef efficiency, blokcoëfficient etc. Deze resultaten hebben mij vertrouwen in propking gegeven.

Daarna deze sheet getweaked om weerstandscurve van deze romp bij lagere snelheden uit te rekenen. Daar komt een tabel “kW vs. kn” uit.

Daarna via de sheet “propellor HP” de C-factor van mijn schroef (bij een gekozen exponent van 2.7) gefit aan de eerder berekende 5,3 kn en 1200 RPM. Deze exponentiële relatie gebruikt om de schroefcurve (onder déze romp) te berekenen van 0 tot 1400 RPM.

Deze twee tabellen gecombineerd om voor bootsnelheden van 0 tot 6,5 kn het benodigd schroefastoerental, vermogen (waarmee koppel ook vast ligt) te bepalen.

Sheet bijgaand maar absoluut nog niet gedocumenteerd of enige poging gedaan leesbaar voor anderen te houden.

Daarna bijbehorend koppel en rpm aan motor berekend met reductie en 0,96 efficiency riemoverbrenging.
Efficiency curve uit motor datasheet gefit met polynoom om ingaand vermogen te bepalen…

Extensie hernoemen naar .xls

holtere schreef :
Dan heb je nog steeds maar 2kW gemiddeld.

Ik heb trouwens een seriemotor die max. iets van 10 of 12 kW doet. Voordeel van een seriemotor is dat ie koppel en toerental zelf regelt, bij zwaardere belasting meer koppel en minder toeren, dus zelfaanpassend op de schroef, dus geen reductie. Nadeel, het ding weegt iets van 50 of 70 kg, voordeel hij kostte maar EUR 200.

Voor een BLDC-motor zou ik dus gaan voor een schroef met heel kleine spoed, dat scheelt weer reductie, en geeft een hoger toerental voor re-gen. Met m'n seriemotor kan ik dus geen re-gen doen.

Van die verschillende type motoren zou ik graag meer willen leren, vooral hoe ik efficiency van zo’n motor en bijbehorende controller kan berekenen voor verschillende werkpunten…

Voor een diesel is dat vrij eenvoudig: voor elk toerental is het specifiek vermogen bekend (in g/kWh). Die ligt het laagst op het punt waar de motor haar maximale koppel kan (kán…) leveren. Voor een E-motor weet ik niet hoe dat werkt…

Zwaardere, lichtere, bestaande of nieuwe schroef… Aanpassing wordt al kostbaar genoeg, ik wil niet regenereren maar klapschroef behouden. Ongeacht wat eronder hangt: verloop van een schroefcurve blijft exact gelijk want is fysisch bepaald en laat zich met een reductie schalen. Als die reductie er tóch moet komen, koop ik van de uitgespaarde eur 1200 voor een schroef liever wat extra kWh’s een bestaande reductie is ook veel goedkoper en in kleinere stappen aan te passen dan het verwisselen van een schroef. Deze uitspraak nog niet gehinderd door…

Re-gen is toch meer een theoretische optie dan eentje die praktisch wat oplevert? Je kan dan beter flink wat zonnepanelen monteren.

Only Fools Rush in schreef : Afhankelijk van de opstelling(en vooral de schroef) is re-gen ongeveer tussen de 9 en 14% van de aandrijving. Dus stel dat je 5 knopen kunt halen met 10kW vermogen, dan is de re-gen opbrengst bij zeilen met 5 knoop rond de 0.9 tot 1.4kW. Daar heb je best een groot zonnepaneel oppervlak voor nodig. Bedenk wel dat als je re-gen gebruikt dat je boot ook met zoveel vermogen afgeremd word en dat je dus langzamer zeilt wanneer in gebruik.

En-en is natuurlijk ook altijd goed.

Dat laatste (zo hard mogelijk kunnen zeilen) is juist de reden van mijn klapschroef Daar ga ik niet én een uit de kluiten gewassen driebladschroef voor in de plaats zetten én deze dusdanig belasten dat deze maximaal afremt. Zeil ook geen lange afstanden: motor is voor haven in/uit en af en toe een windstilte of kanaal door…

Met het verwijderen van de Bukh en dieselvoorraad komt bijna 200 kg vrij; daar kan best wat accucapaciteit in de plaats voor aan boord komen.

Erikdejong schreef :
Het is eerder 5kn met 2-3kw to be honest. Dan zit je op 200-300 watt. Op zee lijkt me dat zinvol. In Nederland, waar je in 3u het IJsselmeer oversteekt en je dan weer ad stroom ligt , niet heel nuttig. Dat is 6% van je accu capaciteit die je dan geladen hebt.

@nachtvlinder, als je electronisch gaat regelen, verander je als het ware het voltage wat je de motor aanbied.

Je ziet dat jouw motor over een hele brede range efficiënt is.

Het koppel wat jouw schroef vraagt is niet lineair gekoppeld aan toerental. Dat gaat ongeveer kwadratisch(-ish)

Je toerental en koppel van je bldc gaat wel lineair(-ish) met voltage.

Bij lage voltages zal je motor dus op een relatief hoog toerental draaien. Je wilt dus bij 48V een beetje links in je grafiek zitten. Maar niet lager dan 6k rpm, want dan gaat je efficiëntie er aan. En je wilt wat vermogen over houden.

Een reduceer lijkt me een goed idee. Die hoeven op zich geen lawaai te maken.

Only Fools Rush in schreef :
Voor lange oceaanreizen toch wel belangrijk, maar pas vanaf 5 knts een beetje, en vanaf 6 knts wat meer.
Tenzij je zo'n servoprop van oceanvolt hebt zoals Sailing Uma, maar die is zo duur dat een verlengsnoer rendabeler lijkt bij wijze van spreken.

Niet met een blcd motor masr met een dc pannekoeken motor zoals de perm/agni/lemco. Een sloep electrisch gemaakt. Eerst met een 1:3 overbrenging op 48 volt als max voltage. Later naar een 1:1 overbrenging gegaan en 24 volt. Dat gaf minder geluid en ook minder efficiëntie. Uit eindelijk een 1:1.5 overbrenging gekozen als compromis tussen geluid en efficiëntie. Ik had voor verschillende voltages een efficiëntie grafiek icm de amp en toerental Die van 12 enn24 volt was veel smaller dan die van 36 en 48 volt. Ik heb altijd de zelfde schroef gebruikt enkel met de overbrenging ea geoptimaliseerd. Controller heeft een zeer constant rendement de overbrenging ook. Blijft de motor en de schroef over.

Als je de schroef niet veranderd is je huidige motor een goede referentie. Met de propeller wet kan je een constante uitrekeken die je een inschatting geeft van de vermogen wat je schroef nodig heeft. Als je dat weet kan je het verzorgen terug rekenen naar de emotor met toerental en reductie.


In het boekje van bellman / id technologie zeilenn zonder zeil staan diverse berekeningen die helpen met de ombouw. Mocht je die niet kunnen vinden kan ik je hem wel opsturen dan graag even een pb.

Streef naar zo efficiënt mogelijke componenten, ivm warmte opbouw en totaal rendement. mogelijk kan je met water koeling van je controller en motor het rendement constanter houden. Warme elektronica is veel minder efficient.

Only Fools Rush in schreef : Nachtvlinder schreef 10pk bij 5,3 knoop. Dat is 7.5kW. Inderdaad iets minder als ik even uit de losse pols deed, maar nog steeds 2.5 tot 3.8 zoveel als jij hier schetst.

boarderbas schreef :
Ik dacht dat lage spanning juist een laag toerental geeft, omdat er minder ruimte is voor de snelheids afhankelijke tegen-EMK tussen I*R en de aangelegde spanning. Of geldt dat alleen voor borstelmotoren en minder voor borstelloze motoren?

Ik heb er geen verstand van maar worden bij borstel loze motoren niet door middel van frequentie het toerental geregeld ?

Ja, dat gaat idd via frequentie en stroom.
Je zet de frequentie iets hoger dan het huidige toerental, daardoor gaat de fase iets voorlopen op de magneten, en als je dan wat extra stroom er door stuurt dan levert ie kracht. En kracht maal afstand is energie.
De spanning is daar slechts een afgeleide van, bedoeld om de stroom er door te duwen.

It Paradyske schreef :
Voor mijn begrip. Wordt dan het koppel bepaald door de puls duur ? Zolang de puls duur korter is dan een half λ.