Car Tech: можем ли мы убрать электродвигатели из автомобилей?
Porsche гоняли на мотор-колесах 127 лет назад. Теперь Orbis предлагает крутящий момент, стоимость и неподрессоренную массу, которые могут наконец вернуть моторы на наши колеса.
Электромобили девятнадцатого века с одинаковой вероятностью использовали как встроенные двигатели, так и двигатели в ступицах колес. OG-автомобильный парень Фердинанд Порше участвовал в гонках на электромобиле с двигателем в ступицах колес в Вене, Австрия, в 1897 году, а Лонер и другие строили серийные версии с 1900 по 1920 год. Порше использовал прямой привод, который устранял трение зубчатой или цепной передачи, но его двигатели также не обладали возможностью увеличения крутящего момента, которую предлагают такие приводы. Поэтому медь и железо, необходимые для создания достаточного крутящего момента для ускорения его тяжелых батарей, привели к созданию двигателей весом 320 фунтов.
Такой большой неподрессоренный вес серьезно ухудшает качество езды и динамическую управляемость автомобиля, при этом значительно увеличивая стоимость, а двигатели на колесах испытывают гораздо больше ударов, вибрации и риска загрязнения. В результате с тех пор лишь немногие электромобили использовали двигатели в ступицах колес. (Lightyear и Lordstown Motors выпустили несколько таких автомобилей, прежде чем обанкротиться, и каждая из них использовала двигатели в ступицах колес Elaphe.) Но последние разработки указывают на то, что концепция созрела для возрождения — как, например, инвестиции BMW в размере 30 миллионов долларов в поставщика двигателей в ступицах DeepDrive.
Еще в 2018 году компания Orbis Wheels продемонстрировала двигатель, установленный на ступице, который решил проблему Porsche с умножением крутящего момента, приводя в движение шестерню, которая вращала зубчатый венец на колесе. Мы протестировали концептуальный автомобиль Orbis, Honda Civic Type R с двумя электродвигателями для велосипеда мощностью 50 л. с./70 фунт-фут, приводящими в движение задние колеса. Они сократили время разгона от 0 до 60 на 1,7 секунды. Благодаря использованию небольшого тормозного суппорта, взаимодействующего с внутренней частью ротора большего диаметра и меньшей толщины, установленного на колесе, экономия веса тормозной системы эффективно компенсировала неподрессоренную массу двигателя.
Эта установка была безнадежно шумной и хрупкой, но постоянные инновации и разработки усовершенствовали ее настолько, что теперь она привлекает интерес производителей оригинального оборудования и производителей вторичного рынка.
Инновация Orbis № 1: модульный настраиваемый двигатель с осевым потоком
Двигатели с осевым потоком в стиле «блина» располагают дисковый ротор с постоянным магнитом между дисками статора. Версия Orbis настраивается двумя способами: для самой прочной и тонкой установки, какую только можно себе представить, выберите один ротор, оснащенный редкоземельными магнитами. Приложения с немного большей глубиной, но меньшим бюджетом для работы могут вместить второй ротор и использовать отечественные ферритовые магниты. Orbis может точно настроить выход, смешивая редкоземельные и ферритовые магниты на роторах. Уменьшение количества редкоземельных материалов снижает стоимость и проблемы с поставками, уменьшает выделяемое тепло, повышает эффективность и позволяет двигателям лучше справляться с «ослаблением поля» на более высоких скоростях (напряженность поля статора падает, снижая крутящий момент при сохранении постоянной мощности). Это позволяет одной базовой конструкции выдавать от 184 до 738 фунт-фут.
Инновация Orbis № 2: Планетарное увеличение крутящего момента
Эти цифры звучат впечатляюще в нашей системе отсчета выходного вала двигателя, но современные электродвигатели приводят в действие редукторный привод, который умножает крутящий момент — обычно примерно в соотношении 8:1. Orbis достигает умножения крутящего момента на ступице колеса с помощью простого планетарного редуктора, который примерно соответствует пространству, которое в противном случае занимал бы шарнир равных угловых скоростей полуоси, и обеспечивает умножение в диапазоне от 2,50:1 до 5,25:1.
Это не новая идея: в 1884 году Веллингтон Адамс из Миссури получил патент США US300827A на похожую концепцию, примененную к колесному двигателю электропоезда. Сегодня такая понижающая передача довольно распространена в электровелосипедах, но ни один другой признанный игрок в игре колесных двигателей электромобилей не использует ее. А внутреннее решение Orbis уже соответствует требованиям OEM по уровню шума.