E-Driver, en elektrisk stolpe driver

Developing a novel electric post driverThis project is based around Resonator´s patented idea of a linear electric motor. This motor can be used for many different applications, and in this thesis three ideas has been considered. The idea that was selected through a screening process is to use the Resonator motor in a handheld electric post driver. This master thesis describes the research done regarding post drivers and the development, prototype production and testing of a novel handheld electric post driver. The post driver shall be driven by a battery, be lightweight, cheap and efficient for use with posts up to 100mm in diameter. During the market research it is confirmed that there is potential for a cheap lightweight electric post driver. Theory and technology necessary for developing the product has been researched, and the most problematic aspect found is to keep the weight of the driver within reasonable limits. The concept was tested with a simple drop test, to make sure the design impact power would be enough to drive the posts into soil. The development process was then done in two stages. The first stage was the functional design, where the different motors that Resonator had available were considered, and new solutions proposed. Most options were discarded as a result of too much weight. The chosen solution consists of modifying and rebuilding the simplest of the Resonator motors into a much more powerful motor, based on the same simple design. This keeps both the weight and the production costs to a minimum. However, since Resonator did not have the required permanent magnets at hand, a similar solution that will give approximately the same result as the chosen solution, but fits the available magnets, was prototyped. The prototype was first tested in a test stand, to make sure it was functioning correctly, then on a 80mm in diameter post, placed in a bucket of soil. The post was successfully driven into the soil with sufficient speed. The maximum penetration rate was found at 27.5 Hz, for the given soil conditions. This gave a corrected penetration rate of 83cm/min. Some issues were discovered during the testing, which were valuable in further developing the product. With the functional design complete, the process of further concept development started, where all the functions of the product that was mapped in the functional analysis were evaluated. Different design solutions is proposed for each function, and a screening process is implemented to select the best solutions. The final design solution is then drawn in a CAD program. This model is used to consider the environmental impact of different materials, calculate the complete weight of the new design, illustrate the product in a market presentation and make workshop drawings. An economic evaluation of the product and production costs has been done, and it is estimated that minimum 698 products must be produced in order to reach a shelf price of 10 000 NOK. Sammendrag Dette prosjektet er basert på Resonators patenterte idé av en elektrisk lineær motor. Denne motoren har mange forskjellige bruksområder og i denne masteroppgaven har tre forskjellige idéer blitt vurdert. Idéen som ble valgt gjennom en screening prosess er å bruke Resonator motoren i en håndholdt elektrisk stolpe driver. Denne masteroppgaven beskriver studiet gjort av stolpe drivere og utviklingen, prototype produksjonen og testingen av en ny elektrisk stolpe driver. Stolpe driveren skal drives av et batteri, være lett, billig og effektiv for bruk med stolper opp til 100mm i diameter. Fra markeds undersøkelsen kommer det frem at det er et potensial for en billig, lett elektrisk stolpe driver. Teori og teknologi nødvendig for utviklingen av produktet er undersøkt, og det mest problematiske aspektet funnet er å holde vekten til produktet innenfor rimelige grenser. Konseptet var testet med en enkel drop test, for å verifisere at design kraften er nok til å drive stolper i jorda. Utviklingsprosessen var så gjort i to trinn. Det første trinnet var det funksjonelle designet, hvor forskjellige motorer som Resonator hadde tilgjengelige ble vurdert, og nye alternativer foreslått. De fleste alternativene ble forkastet på grunn av for mye vekt. Den valgte løsningen består i å modifisere og ombygge den enkleste av Resonator motorene til en mye sterkere motor, basert på det samme enkle designet. Dette holder både vekten og produksjonskostnadene til et minimum. Men, siden Resonator ikke hadde de nødvendige permanent magnetene tilgjengelige, ble en liknende løsning som vil gi omtrent de samme resultatene som den valgte løsningen, men passer de tilgjengelige magnetene, prototypet. Prototypen ble først testet i en test rigg, for å være sikker på at den fungerte skikkelig, så på en stolpe med 80mm i diameter, plassert i en bøtte med jord. Stolpen ble vellykket drevet ned i jorda med tilstrekkelig hastighet. Maks penetreringshastighet ble funnet ved 27.5 Hz, for den brukte jordtypen. Dette gav en korrigert penetreringshastighet på 83cm/min. Det ble oppdaget noen problemer under testingen, disse var verdifulle i videreutviklingen av produktet. Med det funksjonelle designet bestemt startet prosessen med videreutviklingen av produktet, hvor alle funksjonene til produktet, som ble kartlagt i funksjonsanalysen ble vurdert. Forskjellige design valg ble foreslått for hver funksjon, og en screening prosess er brukt for å selektere de beste løsningene. Det endelige designet er så tegnet i et CAD program. Denne modellen blir brukt til å vurdere miljø påvirkningene av forskjellige materialer, regne ut den komplette vekten av det nye designet, illustrere produktet i markedspresentasjoner og lage verkstedstegninger. En økonomisk analyse av produktet og produksjonskostnadene har blitt gjort, og det er estimert at minimum 698 enheter må produseres for å oppnå en hyllepris på 10 000 NOK.ResonatorM-MP