Onderwerp: Een elektrische aandrijving voor zelfbouw

Oudejaarsavond, een mooi tijdstip om een nieuw projecttopic te starten.

Er is een topic over elektrisch zeilen… Eigenlijk kan dat niet; ‘elektrisch zeilen’ want de winddruk in het zeil wordt niet elektrisch opgewekt. Met ‘elektrisch zeilen’ wordt de inzet van de 2e (elektrische) aandrijving van een zeilboot bedoeld. Het is nog vrij kort dat er in de pleziervaart van elektrische aandrijving gebruik wordt gemaakt. In de vrachtvaart zijn gasturbines die generatoren aandrijven gemeengoed geworden. Dit geeft de ontwerper van het vrachtschip veel vrijheden voor de plaatsing van toestellen en installaties die de trim van het schip beïnvloeden en zo de trim te optimaliseren. Dat zouden we voor een zeiljacht ook wel willen. In het bijzonder als er een lange reis is geplanned.
Iets anders is, dat we op de boten steeds vaker en meer energie willen gebruiken voor andere dingen dan ‘varen’. Dan wordt de motor vaker gebruikt om de service accu te laden om de navigatieapparatuur te laten werken, dan om de boot door het water voort te stuwen. Dat doet immers de wind…
Een dergelijk systeem heeft een groot brandstof gebruik in verhouding tot de opbrengst. Deze minder goede prestatie is vooral te wijten aan het feit dat de verbrandingsmotor wordt ingericht om de schroef met variabel toerental en vermogen aan te drijven.

De situatie bij een elektrische auto.
Stadsverkeer kost meer energie dan een rit buiten de stad met een gelijkmatige snelheid. Ik rijd wel eens in een Smart 100%E en trap ik dan het ‘gas’ in, dan krijg ik 100% vermogen en ben ik tot 60km/h sneller dan een motorfiets en worden mijn ogen zowat platgedrukt in de oogkassen door de versnelling. Doe je gewoon, dan gebruik je eigenlijk nooit meer dan 50% van het vermogen bij wegrijden en je kunt ook de ‘economy start’ doen en proberen met 25% van het vermogen weg te rijden. Dat kan wel, maar het schiet niet op en je ziet soms mensen geërgerd kijken omdat je ‘weinig dynamisch rijdt’ hetgeen soms met handgebaren (the one-fingered gesture) wordt ondersteund. Die E-Smart geeft je hooguit 125km actieradius als je normaal rijdt. Zorg je ervoor dat je niet meer dan 25% van het vermogen gebruikt (in de slipstream van een vrachtauto rijden) en heel ‘ZEN’ rijden, dan redt je wel 200km. Als je in de winter met maar 50% accu uit Arnhem zuid wegrijdt en je ‘plakt’ het karretje achter een vrachtwagen, dan kom je met meer dan 50% accu in Zeist aan, omdat de accu dan is opgewarmd.

Nu de situatie bij een boot.
Afhankelijk van de lengte en de waterverplaatsing van de boot komt er een motor in de boot te staan tussen de 10 en 50pk. (Ja, meer en veeel meer kan ook) Achter die motor komt dan een keerkoppeling omdat we ook wel eens achteruit moeten. Die keerkoppeling heeft ook meestal een reductie, maar dat is niet altijd zo. Als ik de cijfers daarover bekijk heb je een goede keerkoppeling als deze rond de 10% verlies heeft.
Op de motor komt een wisselstroom dynamo (meestal) die dan wel wat ‘in de mouwen’ moet hebben en bijna 3kW aan elektrische energie levert (20A bij 15V) en alleen voor ‘het laten draaien’ al 1kW voor de V-snaar en de snaarschijven vraagt. Dan is er bij een 10pk (7.5kW) motor nog maar 3,5kW over om nog snelheid in het water te maken… Daar gaat nog 10% verlies van de keerkoppeling van af. Nou, dat schiet niet op.

De opwekking en opslag van elektrische energie op een boot is relatief duur ten opzichte van het gebruiksdoel en het gebruik van die energie. Dat is jammer.
Er is nu de mogelijkheid het om te keren: je wekt elektrische energie op, om het op verschillende manieren te gaan gebruiken, waarvan aandrijving er één is. In dit topic wordt een 5kW dieselgenerator opgevoerd om de elektrische energie op te wekken. Door de instelling van het optimale toerental van de dieselmotor is het rendement van de motor rond de 35%. De dynamo zit direct op de krukas en heeft geen ‘snaarverlies’.
Dan heb je een elektromotor met schroef nodig met een schakelaar om de draairichting om te draaien en achteruit te varen. Dat is geen extra verlies. Een elektromotor heeft ‘op z’n slechtst’ 20% verlies (het grootste deel ervan wordt gevormd door de koolborstel weerstand en de commutator verliezen). “hé, en een BLDC motor dan… Die hebben geen koolborstels!” Heel goed! Die redden het meestal met maar 5% verlies en zijn met een elektronische regelaar in totaal ongeveer 10% kwijt.
Dit is gunstiger dan: lagerverlies in de keerkoppeling, werkingsverlies in de keerkoppeling, verlies in het schroefas lager (is klein), verlies in het eindlager van de schroefas bij de schroef met waterkering.
Wat je dan hebt is een elektrische as en die mag best krom zijn zonder dat er onbalans of slingering in komt.

Om de generator te starten zou je een startaccu kunnen gebruiken en deze direct uit de generator kunnen laden. “oh jee, komt ie weer met z’n accu’s…” Nou nee, ik wilde het vooral over motoren en generators hebben. De energie opslag heeft dan vooral de vorm van gasolie of benzine. De opslag van energie in brandstof is voorlopig groter dan in accu’s mogelijk is. De ‘wedstrijd’ in het project is met name de conversies zo gunstig mogelijk te maken. Dat wordt dan ook een nieuw project…
“Een elektrische aandrijving voor zelfbouw”

Ik had mijn oog laten vallen op ROV motoren. Je weet wel die motoren voor onderwater robots en onderwater scooters zoals in de James Bond films, dat leek me wel vet. Ik heb er één aan Sinterklaas gevraagd en aangezien ik zelf mijn eigen Sinterklaas ben, hoeft er dan niet veel over de eigenschappen van een dergelijke motor te worden gecommuniceerd.

Sinterklaas was al terug naar Spanje en de kerstman heeft het werk overgenomen…
Een ROV elektromotor hoeft niet per definitie als buitenboord motor te werken, het kan ook als een POD motor worden ingezet of als een saildrive (is bijna hetzelfde). Wat voor jou het beste is, bepaal je zelf.
Ik heb als eisen geformuleerd:
*) Het vermogen van de motor moet gelijk zijn aan de 4kW van mijn Torqeedo R4 dat is voldoende voor mijn vaargebied en meer heb ik niet nodig.
*) Er een regeling van de snelheid en de draairichting van de schroef moet zijn
*) Het gewicht van de motor moet gelijk of lager zijn dan de Torqeedo R4 Dan blijft de trim van de boot hetzelfde.
*) De motor moet met het roer mee kunnen draaien zodat de stuwdruk de besturing van de boot verbetert.
Dit is geen harde eis, maar sturen met een meesturende motor maakt de draaicirkel van de boot kleiner.
*) De motor geheel uit het water gehaald moet kunnen worden voor onderhoud indien er een lijn of plastic zak of fonteinkruid in de schroef is ‘opgedraaid’ of als er voorlopig niet op de motor gevaren gaat worden.
Dit is ook een ‘zachte eis’ maar ik heb er een hekel aan als de boot uit het water moet om rotzooi uit de schroef te halen en ik vind het nog vervelender om zelf in het koude water te moeten om de schroef leeg te ‘pulken’. Verder; als je van Kornwerderzand naar Scapa Flow zeilt, ben je sneller als je geen ‘drag’ van een schroef hebt die je toch niet gebruikt.

Bepalen motorvermogen
Wil je wat voor je eigen boot maken, bepaal dan eerst welk vermogen je nodig hebt voor de 2^e aandrijving, welke regeling je wilt gebruiken, hoeveel schroeven je wilt, of de motor vast onder de boot komt of aan het hek en of je de aandrijving mee wilt laten sturen (da’s wel fijn hoor, vooral als je een ‘langkieler’ hebt).
Het ligt voor de hand dat je niet terug wilt gaan in motorvermogen bij een bestaande installatie, 1 pk = 0,745699kW en gebruik je een 10 pk dieselmotor dan heb je een 7,5kW motor (of twee 3,7kW motoren) nodig om dezelfde prestatie te leveren. Of je de pk’s lineair kunt converteren naar kW voor deze elektromotoren is niet helemaal duidelijk. Er is ook een vuistregel die uitgaat van 3pk motorvermogen voor elke ton scheepsgewicht. De ROV motoren zijn ‘shrouded’ en hebben daardoor minder wieleffect hetgeen meer stuwkracht kan betekenen en dus meer snelheid van de boot bij hetzelfde motorvermogen. De lengte van de waterlijn speelt hierbij ook een rol.
Hoge elektrische motorvermogens hebben een hogere prijs en voordat je denkt dat de ‘sky’ de limiet is, zit de limiet in werkelijkheid in je portemonnee.







Uit het lijstje:

	Voedingspanning:	Stuwkracht:	Vermogen:
Topmotor	54,6V	46kgf (101.4 lbf, 452N)	4200W
Torqeedo R4	60V max	50kgf (110.2 lbf, 490N	4641W

Nou, dit ding komt aardig overeen met de R4 van Torqeedo! Het verschil in stuwkracht zou kunnen worden verklaard uit het feit dat de Torqeedo een wat grotere schroefdiameter heeft en een toerental reductie door een planetair tandwiel stelsel.

Forummers: kijk uit met werk! Vooral met vuurwerk!
Een heel goed 2022! Peper

De Marine gebruikt ze wel, maar via een tandwielkast direct op de schroef. En de belastingbetaler betaald de brandstof

Nu de situatie bij een boot.
Afhankelijk van de lengte en de waterverplaatsing van de boot komt er een motor in de boot te staan tussen de 10 en 50pk. (Ja, meer en veeel meer kan ook) Achter die motor komt dan een keerkoppeling omdat we ook wel eens achteruit moeten. Die keerkoppeling heeft ook meestal een reductie, maar dat is niet altijd zo. Als ik de cijfers daarover bekijk heb je een goede keerkoppeling als deze rond de 10% verlies heeft.
Op de motor komt een wisselstroom dynamo (meestal) die dan wel wat ‘in de mouwen’ moet hebben en bijna 3kW aan elektrische energie levert (20A bij 15V) en alleen voor ‘het laten draaien’ al 1kW voor de V-snaar en de snaarschijven vraagt. Dan is er bij een 10pk (7.5kW) motor nog maar 3,5kW over om nog snelheid in het water te maken… Daar gaat nog 10% verlies van de keerkoppeling van af. Nou, dat schiet niet op.

Ik heb een Torqeedo R4 achter mijn scheepje gehad, niet te vergelijken met mijn 10 pk Bukh met dynamo, zeker met achteruitslaan legt de Torqeedo het ruim af. Heeft misschien met de schroef te maken ?

Frodoo schreef : Heel veel hangt af van de schroef. De bewering dat je met een E-aandrijving met minder vermogen toe kan heeft alles te maken met de gebruikte schroef. (Al heeft Peper natuurlijk wel gelijk met z'n veliezen in keerkoppeling, dynamo)
Door een grotere schroef te gebruiken met een lager toerental kan je de schroef efficiëntie flink opkrikken. En bij een E-motor kan je dit ongestraft doen omdat je geen rekening hoeft te houden met vermogens krommen van een verbrandings motor.

Lijkt er nooit in te willen, koppel speelt in het water geen rol vanaf 0, dat water en schroef doen niet aan het gewenste spelletje mee.

Weg spuiten, betekend gewoon weg kruipen, koppel doet niets.

Google eens op sailing UMA, zij zijn begonnen met de elektrische motor van een heftruck, en beschrijven goed welke stappen ze hebben doorlopen en waar ze tegenaan zijn gelopen

Klopt, en dan kom je eigenlijk uit een een efficiënte Oceanvolt motor welke watergekoeld is en ook als generator (re-gen) kan dienen, uiterst prijzig nog wel

Gaaf Jack!

Misschien apart draadje openen over de bouw van jouw catamaran?

Daar heb ik dan weer bovengemiddelde belangstelling voor! (En vooral de combi catamaran en electrische aandrijving...)
Ooit wil ik een kleine catamaran aanschaffen, liefst dan ook gelijk electrisch...

Interessant topic dit, ik ga dit met boven gemiddelde belangstelling volgen.
Dit omdat ik zelf een electrische catamaran aan het bouwen ben.
Hiervoor heb ik 2 stuks 3 Kw GoldenMotor BLDC motoren aangeschaft welke gekoppeld gaan worden aan gebruikte Suzuki DT-6 staartstukken.

Grt. Jack

Mijn catamaran wordt 100% electrisch zonder zeil, dat kan niet op een zeilforum.