Dva nadšenci boří mýtus o velkých vývojových týmech na poli lehké elektromobility

Image

Na začátku byla vášeň pro motorky

Vyvinout vlastní elektromotocykl je mimořádně náročný úkol i pro zavedené výrobce. Vyvinout elektromotocykl se dvěma předními koly, vlastním naklápěcím mechanismem, vlastním elektromotorem a ve firmě o dvou lidech zní téměř nemožně…

Image

Příběh zakladatele Jaroslava Fraise nezačal na akademické půdě, ale čistou vášní pro motorky a samostudiem. Jaroslav, původním vzděláním instalatér, se před 20 lety začal intenzivně zajímat o elektromobilitu a techniku. Když v roce 2008 italské Piaggio představilo tříkolový skútr, nadchl ho koncept stability dvou kol vpředu. Chtěl takový systém, ale v dospělé, plnohodnotné motorce.

Roky ubíhaly a velcí výrobci s ničím podobným nepřicházeli. Konstrukční pokusy kutilů po světě narážely na limity – chyběly správné komponenty, ráfky umožňující umístit čep do osy kola a správná geometrie. Jaroslav se proto zdravě naštval a rozhodl se, že si motorku postaví sám. Postupně se musel sám od nuly naučit 3D modelování, teorii magnetismu a konstrukci elektromotorů.

Brzy však narazil na další strop. Na trhu neexistoval lehký a dostatečně výkonný motor, který by mohl umístit do zadního kola. Čínské alternativy byly těžké a slabé. A tak padlo další bláznivé rozhodnutí – vyvinout kromě samotné motorky i vlastní elektromotor s vysokou hustotou točivého momentu bez nutnosti těžké redukční převodovky. Vývoj se dělal na koleni, z rodinných peněz, bez dovolených a o víkendech.

Image

Všichni vám řeknou, že to nejde. A pak se najde nějaký blázen, který neví, že to nejde, a udělá to. To asi nejlépe charakterizuje naši cestu.

— Jaroslav Frais

Na hraně známých technologií a přístupů

Při návrhu unikátní vícefázové topologie motoru s duálním rotorem však intuitivní konstruování a běžné nástroje v jistou dobu přestaly stačit. Firma se dostala do bodu zlomu, kdy čelila třem zásadním výzvám:

1.    Limitace bezplatných 2D nástrojů
Dlouhé roky využívali bezplatný software pro 2D modelování magnetických polí. Ten sice zvládl statický moment, ale nedokázal spočítat dynamické děje ani složitou 3D topologii duálního rotoru.

2.    Boj s harmonickými vlnami
Při testování prototypu motoru docházelo k deformaci ideálního sinusového průběhu proudů (v průběhu vznikaly nežádoucí zvlnění a špičky). Tyto harmonické složky zásadně snižovaly účinnost motoru a způsobovaly vibrace. Bylo nutné přesně odhalit příčinu v geometrii cívek a odstranit ji.

3.    Potřeba predikce parametrů (účinnostní mapy)
Tým potřeboval získat věrohodná teoretická data a účinnostní mapy motoru ještě předtím, než vyrobí drahé fyzické prototypy a zamíří na zkušebnu.

Aby se mohli ve FraisTechnology posunout dál, výše zmíněné potřeby vyústily v hledání nástrojů, které by umožnily pokračovat ve vývoji. Pořízení komplexního simulačního nástroje bylo nutností při snaze o precizní vyladění geometrie motoru. Už to prostě nebylo možné odhadovat pouhým okem nebo zjednodušenými výpočty.

Jak na výběr řešení?

Ve FraisTechnology zjistili, že potřebují pokročilý software pro simulaci elektromagnetických polí, který dokáže pracovat s vícefázovými systémy a specifickou architekturou duálního rotoru.
Při hledání ideálního nástroje nejprve testovali zkušební verze několika konkurenčních softwarů. U jednoho poskytovatele software pohořeli ve dvou věcech. Nebyli schopni nabídnout cenové podmínky akceptovatelné pro začínající mikropodnik a jejich uživatelské prostředí spolu s technickou podporou nesplňovaly očekávání. Navíc specializované nástroje nedokázaly plně nakonfigurovat jakoukoliv trojrozměrnou konstrukci s libovolným počtem fází.

Rozhodnutí tedy padlo ve prospěch Ansys, konkrétně Ansys Maxwell. Klíčovým argumentem byla nejen technologická dominance Ansys v oblasti 3D elektromagnetických simulací, ale především možnost vstoupit do Ansys Startup Programu. Tento program poskytl malé firmě tříletou startupovou licenci za zlomkovou, ekonomicky udržitelnou cenu.

Uvedení řešení do praxe

Implementace pokročilého simulačního nástroje v takto malé firmě přinesla logické komplikace. Ansys Maxwell je robustní nástroj, který vyžaduje hluboké znalosti v elektrotechnice a numerickém modelování. Pro zakladatele, který je technologickým samoukem, v kombinaci s anglickým rozhraním, představovalo využívání software další velkou výzvu na cestě za naplněním jeho vize.

Největším oříškem bylo správné nastavení modelu, kde si tým zpočátku nebyl jistý věrohodností generovaných výsledků. Do simulací se proto musel intenzivně zapojit druhý kolega. Přestože byli oba extrémně časově vytíženi samotnou výrobou a administrativou, dokázali se s naší pomocí v softwaru zorientovat natolik, aby vyřešili nejkritičtější technické problémy.

Výsledky – stavy „PŘED“ a „PO“

Stav PŘED

Motor trpěl nelinearitami, harmonickými špičkami v průběhu proudů, které způsobovaly vibrace a snižovaly celkovou účinnost. Vývoj geometrie cívek probíhal metodou pokus-omyl na základě intuice.

Stav PO

Díky simulacím v Ansys Maxwell tým přesně lokalizoval příčinu vzniku harmonických vln. Na základě získaných dat upravili a optimalizovali geometrii cívek a magnetického obvodu tak, že nežádoucí jevy zcela eliminovali.

Vize do budoucna

Aktuálním cílem pro konec roku 2026 je dokončení optimalizace třífázového motoru pro sériovou výrobu s důrazem na snížení výrobních nákladů. Tento motor půjde na trh jako první (s využitím již existující komerční elektroniky), aby firmě zajistil stabilní cashflow. Následně bude uveden prémiový vícefázový motor s vlastní řídicí jednotkou. Samotná elektromotorka se momentálně dokončuje v produkčním designu (rám, kapotáže).

Z hlediska simulací podává firma žádost o dotační projekt na vývoj zcela nové generace motoru s 3D magnetickým tokem, kde se pole šíří axiálně i radiálně zároveň. Navrhnout takový motor intuitivně je nemožné. Tady by mohlo jít o další výjimečný technologický posun, ve kterém FraisTechnology vidí svoji budoucnost. Zkrátka je zde ambice stále inovovat a udržet se celosvětově na špici v oboru. Pokud dotace vyjde, od ledna 2027 opět nasadí Ansys. Tentokrát v kombinaci s expertním školením od SVS FEM, nebo formou přímých inženýrských konzultací na zakázku.
Aby bylo možno plány a vize uskutečňovat, neobejdou se ve FraisTechnolgy bez značných finančních prostředků. Proto stále hledají zdroje financování například skrze investory, aby své produkty uvedli na trh. Máte zájem je podpořit? Zavolejte Jaroslavu Fraisovi na +420 777 088 159 nebo napište na post@frais.tech.

Nějaká doporučení od FraisTechnology nakonec?

Jaroslav Frais na základě své dnes skoro dvacetileté trnité cesty došel k silnému osobnímu poznání:

Za celou tu dobu, co vývoj táhneme, se nám potvrdilo jedno: Co si sám neudělám, to nemám. Čekal jsem roky, že někdo postaví velkou naklápěcí motorku – neudělal to nikdo. Čekal jsem, že někdo vyvine ideální motor do kola – musel jsem si ho udělat sám. Pokud máte v sobě vůli a zápal, nenechte se odradit tím, že vám okolí říká, že jste blázni. Kde je vůle, tam je i cesta.

 A co by vzkázal ohledně simulačního softwaru?

Ansys nám neskutečně pomohl vyřešit trable v geometrii pohonů. Pokud bych mohl dát vývojářům Ansys software zpětnou vazbu, přál bych si, aby nastavení okrajových podmínek bylo v budoucnu ještě intuitivnější a více či plně automatizované, například s větším zapojením AI. Ale i tak – pro startupy jako jsme my, je možnost získat tenhle špičkový nástroj skrze startupovou licenci neocenitelná příležitost, která nás hodně posunula a ukázala další cesty.

Máte i vy v hlavě inovativní technický produkt nebo odvážnou vizi a narážíte na limity běžných výpočetních nástrojů?

Nemusíte na to být sami a nemusíte investovat miliony hned na začátku. Inženýrské multifyzikální simulace Ansys jsou díky zvýhodněným startupovým programům dostupné i pro začínající mikropodniky a garážové projekty jako je ten Jaroslava Fraise. Podíváme se na Váš projekt a navrhneme optimální simulační nástroje.