Gewinn des Weltmeistertitels bei der Solar Challenge: Optimierung des Axialflussmotors der Halbach-Anlage des belgischen Innoptus Solar Teams

Das belgische Innoptus Solar Team hat sich nach dem Gewinn des Titels bei der World Solar Challenge erneut zum Weltmeister gekrönt. Diesmal brachten sie ihr neuestes Wunderwerk mit, den "Infinite"-Rennwagen, der mit einem einzigartigen, selbst entwickelten Axialflussmotor mit fortschrittlichen Halbach-Arrays in seinem Doppelrotor ausgestattet ist. Als es darum ging, die höchsten magnetischen Qualitätsstandards für diesen Motor zu gewährleisten, wurde Magcam ihr bevorzugter Partner.

Vor dem Zusammenbau des Rotors begann Magcam mit der Messung der hochauflösenden Magnetfeldverteilung des gesamten Stapels einzelner Magnete mit ihrer hochentwickelten Magnetfeldkamera Combi Scanner. Bei den Messungen wurde die Magnetfeldkamera MiniCube3D von Magcam in mehreren Schritten mit hoher Geschwindigkeit über die Magnetoberfläche geführt und die einzelnen Bilder anschließend zusammengefügt. Das integrierte On-Chip 2D-Array aus über 16000 Hall-Effekt-Sensoren ermöglichte kurze Zykluszeiten.
Aus der anschließenden Analyse der gemessenen Magnetfeldverteilungsdaten ergab sich eine Reihe von Qualitätsparametern für jeden Magneten, einschließlich Magnetstärke, Magnetisierungswinkelfehler und Karten der lokalen magnetischen Homogenität, die eine eingehende Qualitätsbewertung ermöglichten, wie sie mit keiner anderen magnetischen Prüftechnik möglich ist.

Nachdem die Ergebnisse in Histogramme gegossen wurden, konnten die Qualitätsunterschiede innerhalb der Magnetpartie visualisiert und weiter analysiert werden.
Da ein Halbach-Array aus Magneten mit unterschiedlichen Magnetisierungsausrichtungen besteht, die in einer genau definierten Reihenfolge angeordnet sind, wurde die Analyse für jede Art von Magneten separat durchgeführt.
Ziel dieser Analyse war es, nur Magnete mit engen Qualitätstoleranzen auszuwählen und nicht konforme Magnete auszusortieren, um so zu verhindern, dass schlechte Magnete in die Rotoren gelangen und folglich deren Leistung verschlechtern.
Eine erste Vorauswahl von Magneten wurde getroffen, indem alle Magnete, die eine zu große Abweichung des Magnetisierungsvektors aufwiesen, aussortiert wurden. Als nächstes wurden Magnete entfernt, die große Inhomogenitäten in ihrer internen Magnetisierungsverteilung aufwiesen, ein Merkmal, das nur durch die Kombination von Magnetfeldkartierung und Magcams firmeneigenen Analysealgorithmen gemessen werden kann. Bei den verbleibenden Magneten gab es immer noch eine gewisse Variation in der internen Magnetisierungsstärke, eine Metrik, die Magcams Algorithmen auch aus der externen Magnetfeldverteilung extrahieren können. Da das Ziel darin bestand, einen leistungsstarken und gleichmäßigen Motor zu entwickeln, wurden die Extremwerte des Histogramms aus der Auswahl ausgeschlossen.

Mit den verbleibenden Magneten, von denen jeder einzelne genau charakterisiert war, optimierten die cleveren Motorkonstrukteure des Innoptus Solar Teams die Magnetanordnung für ihre beiden Rotoren und verteilten die verbleibenden Unterschiede in den Magneten auf die Rotoren, um eine möglichst gleichmäßige Magnetfeldverteilung zu gewährleisten. Mit ausgeklügelten Techniken wurden die Magnete dann in die Rotoren eingebaut. Nach dem Zusammenbau war der Combi-Scanner der Magcam erneut im Einsatz, um schnelle, hochauflösende Magnetfeldverteilungspläne der Rotoren zu erstellen.
Den magnetischen Messungen ging ein Laser-Oberflächenmapping mit dem integrierten hochgenauen Lasersensor des Scanners voraus. Diese Messungen geben Aufschluss über die mechanische (axiale) Höhenverteilung der Magnete entlang des Rotorumfangs, die Auswirkungen auf die resultierende Magnetfeldverteilung haben kann.
Die resultierenden Magnetfeldkarten wurden mit Magcams hochentwickelten Algorithmen analysiert, um magnetische Rotorparameter wie Polwinkelkonsistenz, Polstärkegleichmäßigkeit, Feldgradientenvariationen und Nord/Süd-Symmetrie zu ermitteln. Diese Parameter korrelieren bekanntermaßen mit funktionalen Motorparametern wie Rastmoment, Drehmomentwelligkeit und Effizienz.

"Dank der Magnetvorauswahl und der Rotoroptimierung durch Magcam konnten wir den Wirkungsgrad unseres Motors maximieren, was uns einen klaren Wettbewerbsvorteil im Rennen verschaffte", sagt Stan Kelchtermans, der den innovativen Motor entworfen und gebaut hat.

All diese Arbeit war nicht ohne Ergebnis. Nachdem sich das Innoptus Solar Team bei der Qualifikation in Darwin einen zweiten Startplatz gesichert hatte, übernahm esach dem zweiten Startplatz bei der Qualifikation in Darwin übernahm das Innoptus Solar Team mit seinem innovativen Fahrzeug "Infinite" nach nur einer Stunde Renndauer am ersten Tag schnell die Führung und behauptet diese seither mit einer noch nie dagewesenen Geschwindigkeit bei dem 3022 km langen Rennen durch das australische Outback. Nach einem perfekt durchgeführten Rennen über fünf Tage kamen sie in Adelaide mit einem Vorsprung von 20 Minuten vor dem zweitplatzierten Team aus den Niederlanden als Erste ins Ziel und wurden damit zum zweiten Mal in Folge Weltmeister.

Magcam ist sehr stolz darauf, einen Beitrag zu diesem außergewöhnlichen Ergebnis geleistet zu haben.