Отдавна се възхищаваме на двигателите с вътрешно горене заради стремежа им към висока плътност на мощността. Изключителни съотношения на конски сили спрямо работен обем при атмосферни автомобили като Honda S2000, Ferrari 458 Speciale или по-скорошния Aston Martin Valkyrie са вдъхновяващи произведения на инженерното изкуство. Оказва се обаче, че електрическите мотори също преследват тази цел.
Вярно е, че те не произвеждат съблазнителния звук от майсторски изработени изпускателни системи. Но точно както при бензиновите двигатели, пионерите в проектирането на електромотори разширяват границите на възможното по отношение на съотношението мощност/тегло. Британската компания YASA, специализирана в електрически задвижващи системи, наскоро постигна впечатляващ пробив. Инженерите ѝ създадоха и тестваха на диностенд електромотор, който тежи едва 12,7 кг, но е способен да генерира пикова мощност от 1005 к.с. Това означава четирицифрена мощност, която може да се държи в ръце, или близо 80 к.с. на килограм.
Философията зад иновацията
Когато YASA разкри своя рекорден мотор, компанията запази повечето технически подробности в тайна. Все пак това е прототип, който според YASA вероятно е на няколко години от потенциално серийно производство. За да разберем какво го прави толкова специален, се свързахме със Саймън Одлинг, ръководител на отдела за нови технологии в YASA.
Одлинг обясни, че основният мотивиращ фактор е премахването на маса. Електрическите автомобили са тежки по природа и според него ключът към създаването на завладяващ спортен електромобил е максималното намаляване на теглото. Визията му обаче се простира далеч отвъд леките електромотори. Високата мощност на такъв агрегат отваря врати и за изключително ефективна регенерация на енергия при спиране. Одлинг мечтае един ден мощността на регенерацията да позволи намаляване на размера на задните спирачки или дори пълното им премахване.
Според него работата по тези мотори е насочена към постигането на много висока моментна мощност. Целта е да се достигне точка, в която мощността на регенерацията може да се сравни с пиковата спирачна сила на карбоново-керамичен диск. Одлинг добави, че оттам нататък може да се започне с намаляване на размера на спирачките и премахване на ценна маса от колелата.
Компанията YASA е създала прототип, който демонстрира възможността за вграждане на мощен и лек електромотор във всяко колело. Реалността при подобна технология обаче е изпълнена с предизвикателства, сред които са увеличеното неподресорено тегло, рискът от скъпи повреди при удар в колелото и излагането на външни влияния. На теория обаче подобна конфигурация с по един двигател на колело би могла да генерира обща мощност от над 4000 к.с. – наистина изумително постижение. Нека обаче разгледаме какво прави тези двигатели толкова мощни.
Аксиален поток и иновативен магнитен дизайн
Това, което отличава YASA, е използването на дизайн с аксиален, а не с радиален магнитен поток. Тази концепция е перфектна, когато целите са максимална мощност и минимално тегло. За своя рекорден прототип обаче компанията въвежда и някои ключови промени.
Тим Одлинг, ръководител на развойния отдел, обяснява, че екипът му използва нова за тях конфигурация на магнитите, наречена „масив на Халбах“. При нея, вместо стандартни магнити със северен и южен полюс, се използва сложна подредба, която включва и източни, и западни полюси.
Одлинг допълва, че топологията на този дизайн и съотношението между броя на магнитните полюси и полюсите на статора са напълно различни. Комбинацията от тези два фактора позволява постигането на значително по-висок въртящ момент при същия размер на двигателя и дори при по-ниско общо тегло.
Концепцията за масива на Халбах не е нова – известна е от 70-те години на миналия век и дори вече се използва в автомобилната индустрия. Основният ѝ принцип е, че специфичната подредба на магнитите създава изключително силно и концентрирано магнитно поле от едната страна, докато от другата то е сравнително слабо. Приложена в електромотор, тази конфигурация концентрира магнитното поле в своя полза и дава на двигателя безпрецедентна способност да ускорява и спира по-бързо, както и да достига по-високи максимални обороти.
Намаляване на теглото и нововъведения в охлаждането
Масивът на Халбах е и ефективен трик за намаляване на масата на ротора, което помага на YASA да постигне впечатляващото тегло от малко под 13 кг. Според Одлинг, типичният ротор използва желязо, за да насочва магнитния поток. Конфигурацията на Халбах обаче не се нуждае от толкова метал, за да осигури необходимата магнитна ефективност.
Това дава възможност за използване на алтернативни материали в роторите, откъдето идва и голяма част от спестеното тегло, тъй като те обикновено са тежки и стоманени. Рекордният двигател използва ротор от композитни материали с карбонови влакна, но според Одлинг технологията не е толкова екзотична, че да бъде извън рамките на производствените разходи за бъдещи спортни автомобили.
Третата тайна на двигателя е свързана с охлаждането – тема, която YASA за момента пази в по-голяма тайна. Одлинг разкрива, че за постигането на много висока мощност е разработена нова стратегия за охлаждане. Медните намотки са изцяло потопени в масло и са изработени от проводник с правоъгълно сечение. Екипът е усъвършенствал този подход, като е подобрил охлаждането на медта чрез интелигентна промяна в разположението, без да прибягва до скъпи технологии от моторните спортове.
Одлинг намеква, че ще разкрие повече детайли, след като компанията патентова дизайна. Междувременно той споделя, че екипът е намерил начин да намали значително топлинните загуби в медта, без да се отказва от директното охлаждане на намотките. Това позволява през тях да премине по-силен ток и съответно да се генерира повече мощност, без да възниква проблем с прегряване. Пътят на маслото през статора е леко променен, което също допринася за по-доброто охлаждане.
Топлината е основният враг на мощността при електромоторите. Докато инженерите отдавна са усъвършенствали охлаждането на двигателите с вътрешно горене, при електрическите задвижвания предстоят още важни иновации. Пиковата мощност на този двигател от над 1000 к.с. е много различна от продължителната му мощност, която YASA оценява на между 470 и 540 к.с.
Собствен инвертор и бъдещи приложения
Ключ към постигането на тези екстремни стойности е и управлението, което се осъществява от инвертора. Досега YASA е използвала инвертори от външни доставчици, но за новия двигател компанията е разработила собствен двоен инвертор. Одлинг обяснява, че заради увеличения брой полюси, двигателят работи на много по-висока контролна честота. Новият двоен инвертор е проектиран да бъде перфектно съчетан с възможностите на мотора, като YASA го разглежда като основна част от технологията и предлага цялостна система за задвижване.
Тази технология не е твърде далеч от реалността. От YASA съобщават, че разработката напредва и двигателят може да бъде готов за производство в малки серии още през 2029 г. Технологията не е ограничена само до напълно електрически автомобили. Одлинг посочва, че този дизайн може да се използва и в хибридни превозни средства, подобно на двигателите, които компанията доставя за модели като Ferrari 296 GTB и Lamborghini Revuelto. Представете си тези автомобили да получат хибридна подкрепа от 500 к.с. вместо сегашните под 200 к.с.
Одлинг уверява, че физическите размери на новия двигател не се различават съществено от тези на другите им мотори и са в рамките на реалистичното за серийно производство. Към днешна дата YASA е доставила своя 50 000-ен електромотор и планира да произведе още 20 000 през следващата година, с надеждата да разшири производството си благодарение на партньорството си с Mercedes-Benz. Макар да остават няколко години, докато видим електромотор с такава шокираща плътност на мощността в сериен автомобил, бъдещето изглежда вълнуващо.
Последвайте ни в Google News
