Design of a test bench for high efficiency, low power electric motors of competition vehicles

Abstract

El objetivo principal de esta tesis es diseñar un banco de pruebas de alta precisión para motores eléctricos de baja potencia. El diseño se va a centrar en los aspectos mecánicos de un banco de pruebas y mantener los costes lo más baratos posible. Además, uno de los principales objetivos va a ser hacer un banco de pruebas que sea realmente preciso y que sea compatible con la instalación de una caja de cambios.

Este proyecto se va a desarrollar para el equipo TUfast eco, que está construyendo un coche cuyo objetivo es ser el más eficiente posible. Están participando en la competición Shell Eco-marathon. En esta competición entre diferentes universidades de todo el mundo, el ganador es el que construye el coche más rápido y eficiente posible. Y para perseguir este objetivo es evidentemente imprescindible un banco de pruebas para el ensayo del motor eléctrico. Existen muchas soluciones de bancos de pruebas en el mercado, pero o bien son muy caros o bien estarían muy por encima de las especificaciones necesarias para la propuesta de este proyecto. Por ello se ha realizado y desarrollado este proyecto a lo largo de toda este trabajo de find de máster.

Para el diseño de este banco de pruebas fue necesario realizar una primera revisión bibliográfica de todas las soluciones existentes en el mercado y conocer la funcionalidad de los diferentes elementos de un banco de pruebas. Tras adquirir toda la información necesaria se seleccionó un tipo de banco de pruebas como el más adecuado para el proyecto. A continuación, se llevó a cabo un proceso de selección de los distintos elementos del tipo de banco de pruebas seleccionado, al tiempo que se compararon los distintos fabricantes en cuanto a plazos de entrega y costes. Una vez seleccionados los elementos del banco de pruebas, se realizó un diseño completo en 3D del banco de pruebas en el software SolidWorks para su futuro montaje. La última fase del diseño fue la realización de los planos de fabricación de aquellos elementos que eran de diseño completamente nuevo en esta tesis. Esta fase se realizó teniendo en cuenta los materiales y costes de fabricación de las piezas.

Este trabajo de fin de máster trata de ofrecer una alternativa de banco de pruebas al mercado que sea más económica pero que también sea lo suficientemente precisa para realizar pruebas de alta precisión. Además, se trata de un banco de pruebas modular y compatible con múltiples motores eléctricos de baja potencia.

The main objective of this thesis is to design a high precision test stand for low power electric motors. The design is going to focus on the mechanical aspects of a test stand and keep the costs as cheap as possible. Furthermore one of the main goals is going to be to make a test stand that is really accurate and that is compatible with the installation of a gearbox.

This project is going to be developed for the TUfast eco team, which are building a car whose objective is to be the most efficient car possible. They are taking part in the competition Shell Eco-marathon. In this competition between different universities around the world, the winner is the one who builds the fastest and most efficient car possible. And to pursue this objective a test stand for the electric motor testing is evidently essential. There are many test stands solutions in the market but they are either really expensive or they would be really over the specifications needed for the propose of this project. This is why this project has been done and developed throughout this whole master thesis.

For the design of this test stand it was required a first literature review of all the actual available solutions in the market and understanding the functionality of the different elements in a test bench. After acquiring all the necessary information a test bench type had been selected as the most suitable for the project. Then a selection process of the different elements in the selected test bench type was carried out at the same time that the various manufacturers were compared in terms of delivery times and costs. Once the elements of the test bench were selected, a complete 3D design of the test stand was carried out in the software SolidWorks for its future assembly. The last phase of the design was the fabrication drawings for those elements that were completely new design in this thesis. This phase was done taking into account the materials and manufacturing costs of the parts.

This master thesis tries to offer a test stand alternative to the market that is cheaper but it is also accurate enough for high precision test. Furthermore it would be a test stand that is modular and could be compatible for multiple low power electric motors.