15 Decembrie 2025, 13:26
Redacţia PiataAuto.md
Marea majoritate a maşinilor electrice nu au cutii de viteze asociate electromotoarelor de tracţiune, ci aşa-numitele cutii cu o singură treaptă, sau reductoare, cum ar fi mai corect să le spunem, unde turaţiile motorului sunt trecute printr-un singur set de roţi dinţate pentru a asigura turaţiile potrivite ale semiaxelor şi roţilor. Explicaţia de bază e că un electromotor poate livra cuplul său pe întreaga sa plajă de turaţii şi atunci cutia de viteze, necesară la motoarele cu combustie, îşi cam pierde efectul. Totuşi, în cea mai mare parte a lor, maşinile electrice devin rapid mai ineficiente la viteze mari de autostrăzi, iar de obicei o mare parte din această ineficienţă e pusă pe seama aerodinamicii. Dar există şi maşini electrice care au cutii de viteze cu două trepte pentru a deveni mai eficiente la viteze mari, ceea ce ne duce cu gândul că tot există un beneficiu datorat lor. Ei bine, inginerii BYD au patentat acum un nou electromotor cu flux magnetic variabil, care să asigure un randament record la viteze mari fără o cutie de viteze, informează publicaţia CarNewsChina.
Dacă analizăm pierderea procentuală de eficienţă la o maşină electrică odată cu urcarea la viteze mari, în raport cu una cu combustie şi cutie de viteze, vom observa că maşina electrică are o curbă mai accentuată în pierderea de eficienţă, faţă de una cu combustie, chiar dacă ambele au aceeaşi siluetă. Deci o parte de pierderea mai mare e cauzată de rezistenţa aerodinamică, dar mai există şi o altă sursă de pierdere a eficienţei.
Teoretic, electromotoarele ar trebui să păstreze aceeaşi rată a conversiei electricităţii în flux magnetic şi în forţă motrice şi asta ar face ca odată cu creşterea turaţiilor motorului să crească direct proporţional şi consumul de energie. În practică, asta s-ar transforma în aceeaşi cantitate de energie consumată pentru 1 kilometru de drum, indiferent dacă îl parcurgi cu 40 km/h sau cu 140 km/h. La 140 km/h turaţiile sunt mai mari şi consumul momentan de energie e mai mare, dar kilometrul e parcurs mai repede, ceea ce ar însemna că efectiv pentru acel 1 km s-a consumat aceeaşi cantitate de energie. Acest principiu de bază dictează lipsa nevoii de cutii de viteze la maşinile electrice, doar că asta e partea teoretică, în timp ce în viaţa reală există efecte adverse, care alterează această teorie.
În viaţa reală, electromotoare se confruntă cu forţa contra-electromotoare. E un efect fizic prezent la toate electromotoarele, dar e mai accentuat la cele cu magneţi permanenţi. Rotorul se mişcă în centrul electromotorului, dar bobinele statorului, pe lângă faptul că sunt cele care contribuie la mişcare, reprezintă şi barieră fizică pentru fluxul magnetic şi induc astfel voltaj de vector invers forţei normale aplicate. Şi astfel apare forţa contra-electromotoare, care e neglijabil de mică la turaţii mici ale rotorului, dar odată cu creşterea lor accentuată începe a deveni sesizabilă şi acţionează ca o rezistenţă pentru mişcare, ceea ce generează pierderi de randament.
Foto: Statorul unui electromotor PSM cu magnet permanent
La un anumit moment, cu creşterea masivă a turaţiilor, această rezistenţă ajunge la limita de voltaj pe care o poate furniza invertorul către rotor şi astfel se ajunge efectiv la o barieră fizică de turaţii ale electromotorului.
Foto: Rotorul unui motro cu magnet permanent
Desigur, inginerii de electromotoare moderne au învăţat de mult să minimizeze acest efect inerent prin controlul curenţilor statorici prin două componente, în axă d şi axă q, adică direcţi şi în cuadratură. Curentul pozitiv pe axa d măreşte fluxul magnetic, iar curentul negativ pe axa d s opune fluxului magnetic. Prin acest curent indus controlabil se slăbeşte câmpul magneţilor permanenţi din rotor la turaţii mari, ceea ce atenuează astfel efectul descris mai sus, al forţei contra-electromotoare. E ca şi cum, periodic, prin săgeţi bine direcţionate motorul i-ar mai tăia din forţa elanului rotorului său cu magnet permanent, pentru că acea forţă să genereze mai puţin rezistenţă şi motorul să poată prinde turaţii mai mari, rămânând în continuare relativ eficient. Din nou, cam toate electromotoarele moderne PSM cu magneţi permanenţi deja fac asta, dar oricum pe măsura creşterii de turaţii rămâne o anumită pierdere, iar curenţii necesari pentru contractare sunt provin şi ei dintr-un consum de energie.
Inginerii BYD vor să contracareze acum acest efect al forţei contra-electromotoare printr-o altă metodă, şi anume prin proiectarea rotorului cu magneţi permanenţi care să aibă componente ce se mişcă fizic, pentru a-şi diminua fluxul magnetic la turaţii mari.
Patentările făcute acum explorează divizarea magneţilor permanenţi din centru în câteva componente ca să se poată apropia de depărta de stator, schimbând astfel fizic mărimea fluxului magnetic. Sunt luate în calcul şi elemente mobile care ar putea ecrana o parte din câmpul magnetic prin mişcările lor, dar calea principală e cea prin care magneţii se pot mişca ei direct pentru a determina modificarea câmpului magnetic.
La pornire, electromotorul ar avea magneţii permanenţi în poziţia normală, aproape de stator, şi a ar asigura cuplul necesar, neavând rezistenţă. Pe măsură ce urcă în turaţii, magneţii permanenţi din interiorul rotorului s-ar depărta mecanic spre centru, crescând distanţa faţă de stator şi slăbind astfel câmpul electromagnetic în mod natural, fără nevoia unei stăviliri din exterior, de contracarare. Astfel, motorul şi-ar minimiza în mod natural rezistenţa dată de forţa contra-electromotoare şi ar consuma mai puţină energie, pentru că nu va fi nevoit să învingă acea forţă şi nici s-o contracareze la fel de mult.
În condus, electromotorul şi-ar reduce cuplul la viteză mare din cauza acestei depărtări mecanice a magneţilor, dar şi la maşinile cu combustie maşinile îşi reduc cuplul la turaţii mari, când ajung în treptele superioare de transmisie. Deci asta nu s-ar simţi neapărat ca o problemă, mai ales dacă această reducere vine la pachet cu o păstrare excelentă a eficienţei în condus.
Desigur, patentarea nouă a inginerilor BYD aduce şi nişte provocări de complexitate, pentru că apar componente ce trebuie să se mişte fizic în interiorul electromotorului. Şi nu doar în interior acestuia, ci în interiorul rotorului, care efectuează mişcări circulare. Rotoarele nu au conexiuni de fire electrice în ele, iar instalarea unor elemente mobile care trebuie să se mişte în ele ne duce cu logica necesităţii unor asemenea conexiuni. Însă conexiunile spre rotor nu sunt niciodată o idee bună, întrucât nu sunt fiabile. Prin urmare, se va recurge, din câte pare din patente, la actuatoare electrice, care ar urma să fie acţionate prin inducţie de elemente din stator. Mai e luată în calcul, însă, şi o formă pasivă de mişcare, direct proporţională cu turaţiile, acţionată de forţa centrifugă ce ar presa mişcarea acestor elemente mobile. Sunt soluţii care trebuie testate încă, pentru a se determina care din ele e cea mai fiabilă.
Dar, în rezultat inginerii de la BYD par să fi realizat ceea ce inginerii îşi doresc de prin anii 2000 şi au tot încercat să o facă, dar au reuşit doar în aplicări limitate şi nu foarte viabile pentru a fi implementate pe maşini electrice. Dacă ingineri chinezi de la BYD reuşesc să facă asta, ei ar putea obţine un rezultat imens în păstrarea eficienţei maşinilor lor electrice la viteze mari de autostrăzi şi va dispărea efectul de acum, că dacă se circulă într-un ritm mai intens, autonomia scade la valori iritante.
Iar asta va face ca mulţi amatori de propulsie electrică să vrea asemenea maşini electrice, care pot rămâne eficiente în consum şi autonomie şi la viteze foarte mari. Germanii, spre exemplu, menţionau adeseori că una din barierele cele mai mari pentru ele e pierderea drastică a eficienţei maşinilor electrice pe autostrăzile lor de mare viteză, când ajung la 180 sau 200 km/h cu o electrică. Dacă BYD va reuşit să implementeze noua tehnologie, le va da germanilor exact ce le lipseşte acum şi-şi va asigura atractivitatea pe piaţa din Germania. E o tehnologie foarte promiţătoare şi necesară în efectul pe care vrea să-l obţină, deci.
2
12,553
ŞTIRI DE CARE AŢI PUTEA FI INTERESAT
TESTE DRIVE DE CARE AŢI PUTEA FI INTERESAT
