Отдавна се възхищаваме на двигателите с вътрешно горене заради преследването им на плътност на мощността. Изключително високите съотношения конски сили към литър за автомобили с атмосферно пълнене като Honda S2000 , Ferrari 458 Speciale или, по-скоро, Aston Martin Valkyrie , са вдъхновяващи произведения на инженерното изкуство. Но и електрическите двигатели преследват същата цел.

Разбира се, те не издават примамливите звуци чрез изкусно изработени ауспуси, както в горните примери. Но точно както при бензиновите двигатели, тези, които са начело в дизайна на електрически двигатели, разширяват границите на това, което смятахме за възможно, когато става въпрос за плътност на мощността. Може би вече сте виждали заглавията за рекордния двигател на YASA , а след това и за последващия модел, който счупи първия рекорд само месеци по-късно. Британската компания за електрически силови агрегати построи и пусна електрически двигател на дино стенд, който тежи 28 паунда (12,7 кг) и е способен да генерира 1005 конски сили в пика си. Това са четирицифрени конски сили, които лесно можете да държите в ръцете си, приблизително 36 конски сили на паунд (36 конски сили на паунд). Какво, по дяволите, нали?

Когато YASA разкри своя двигател, който сега държи рекорда за електродвигател с най-висока плътност на мощност в света, компанията пазеше подробностите за себе си. В края на краищата, този двигател е прототип, който YASA признава, че най-вероятно е на няколко години от потенциално серийно производство. Трябваше да знам какво е толкова специалното в този двигател, затова се обадих на YASA и ги убедих да поговорим за това изумително технологично устройство. Саймън Одлинг, ръководител на новите технологии в YASA, отговори на обаждането и ми даде почти всичко.

Одлинг започна, като просто обясни защо YASA полага толкова големи усилия. Най-важният мотивиращ фактор е елиминирането на масата. Електрическите превозни средства са по природа тежки и Одлинг вярва, че ключът към създаването на завладяващо електрическо превозно средство е да се намали теглото максимално. Одлинг обаче е насочил поглед към нещо повече от леките електрически двигатели. Високите мощности на двигател като този отварят още повече врати чрез подобно висока рекуперативна мощност. Един ден Одлинг мечтае да намали размера или напълно да елиминира задните спирачки само чрез рекуперативна мощност.

„Работата по тези конкретни двигатели е насочена към постигане на този момент на много висока мощност, защото се стига до точката, в която може да се постигне пикова мощност на въглеродно-керамичен спирачен диск“, казва Одлинг. „И оттам нататък можете да започнете да намалявате размера на спирачките и да облекчавате масата на колелата.“

YASA дори построи прототип на точно това, за което говори Одлинг, показвайки, че е възможно да се постави по един от тези мощни и леки електрически двигатели на всяко колело. Реалността на двигателите в колелата е изпълнена с предизвикателства, включително добавено неокачено тегло, потенциал за скъпоструващи инциденти от удари на колела, излагане на атмосферни влияния и т.н. Но за тези, които броят, математиката е лесна – над 4000 конски сили, ако поставите по един на всяко колело. Озадачаващо. Нека се върнем за секунда назад и да се потопим в това, което прави тези двигатели толкова мощни.

Използването на аксиален, а не радиален дизайн на магнитния поток за електрическия двигател е това, което постави YASA на картата. Вече разгледахме аксиалния магнитен поток многократно . Това е перфектен дизайн, ако целите ви са максимална мощност и минимално тегло, но YASA прави някои забележителни промени, за да постигне това ниво на мощност в своя рекорден прототип.

„Използваме нова за нас схема на магнити, наречена Halbach Array, където вместо само отделни магнити север-юг, имаме масив от магнити, разположени север, юг, изток, запад по целия периметър“, казва Одлинг. „Топологията на разположението и броят на полюсите на магнитите спрямо броя на полюсите на статора – в тази машина избрахме различно разположение и комбинацията от тези две неща ни позволява да получим много по-висок въртящ момент от двигателя при същия размер на корпуса и всъщност по-леко тегло като цяло.“

Объркани ли сте вече? Справедливо. Магнитната схема на Halbach Array не е нова концепция. Тя е известна от 70-те години на миналия век и дори се използва в електрически двигатели за автомобили . Принципът на задвижване на Halbach Array като цяло е, че разположението на магнитите създава изключително силно и концентрирано магнитно поле от едната страна, но е сравнително слабо от другата, докато традиционният дизайн би имал еднаква (и по-малка) сила на полето както отгоре, така и отдолу. В електрически двигател, схемата на Halbach Array се прилага към цилиндричен дизайн, концентрирайки магнитното поле във ваша полза и давайки на двигателя безпрецедентни възможности за по-бързо стартиране или спиране, както и за достигане на по-високи максимални скорости.

Halbach Array е и измама за намаляване на масата от ротора, помагайки на YASA да постигне това абсурдно леко тегло от 12,7 килограма. Типичният електрически ротор ще използва желязото в ротора, за да „управлява потока и да ви осигури част от производителността“, казва Одлинг. Магнитната схема на Halbach Array обаче не се нуждае от толкова много метал, за да ви осигури цялата необходима магнитна производителност.

„Това ви дава възможност да използвате алтернативни материали в нашите ротори и именно оттам излиза голяма част от масата на двигателя, защото обикновено роторите са доста тежки и стоманени“, казва Одлинг.

Този рекорден двигател използва композитно роторно тяло, използващо въглерод, но не толкова екзотично, че Одлинг да смята, че е извън обхвата на ограниченията за производствените разходи, когато става въпрос за бъдещи приложения в спортни автомобили.

Има тайни номер едно и две, но тайна номер три е свързана с охлаждането и е такава, която YASA държи по-близо до жилетката си, поне засега.

„За моделите с много висока мощност, другото нещо, което направихме, е да разработим стратегия за охлаждане“, казва Одлинг. „Нашата мед е изцяло потопена в масло и е от навита по ръб тел. Направихме малко развойна работа там, където разработихме още една стъпка и увеличихме охлаждането на медта. Има известно хитро разположение. Нищо подобно на моторните спортове, никакво адитивно производство. Нищо, което не бихте могли просто да произведете с нормалното оборудване, с което разполагаме за производствени серии, но малко хитрост в начина, по който разполагаме медта.“

За какво говори тази малка хитрост Одлинг? Той казва, че ще има повече за разказване, след като YASA подаде патент за дизайна, но междувременно предложи предварителен преглед.

„Разработихме стратегия за значително намаляване на загубите в медта, без да губим директно охлажданата си намотка“, казва Одлинг. „Това ни позволява да намалим загубите в медта, така че можем да поемем повече ток и следователно да получим повече мощност от машината, без да имаме проблем с охлаждането. Все още използваме нашите намотки с ръбово навиване. Все още използваме нашия напълно потопен статор, където имаме директно охлаждане на цялата мед. Променихме леко пътя на потока през статора, така че маслото преминава през статора в малко по-различна ориентация от начина, по който го правехме преди, което помогна.“

Топлината е враг на мощността, когато става въпрос за електрически двигатели. Инженерите са разработили охлаждане на двигатели с вътрешно горене за състезателни приложения, но някои от най-важните иновации в производителността на електрическите двигатели, които тепърва предстоят или ще бъдат разкрити, ще бъдат свързани с охлаждането. Пиковата мощност за този двигател е значително различна от това, което YASA цитира за непрекъсната мощност. Въпреки че е способен да достигне 1005 к.с., YASA оценява, че непрекъснатата мощност е между 469 и 536 конски сили.

Друг ключ към постигането на тези екстремни стойности на мощността е контролът, което ни води до инвертора. YASA използва инвертори от трети страни, които според Одлинг няма да отговарят на възможностите на такъв, проектиран вътрешно. С този нов двигател YASA създадоха нов двоен инвертор.

„Този ​​двигател, поради разположението с увеличения брой полюси на машината, работи с много по-висока честота на управление“, започва да обяснява Одлинг. „Разработваме този двоен инвертор, при който използваме комбинирани централни кондензатори с две независими платки за управление, всички вградени в едно устройство, където споделяме част от разпределението на мощността и балансираме управлението между двата инвертора, но това ни позволява да предложим инвертор, който е напълно съобразен с производителността на двигателите, вместо да се опитваме да го напаснем с инвертор от трета страна. Виждаме го като основна част от технологията, предлагаме цялата система, следователно, по същество цялостна система за задвижване.“

Тази технология за електрическо задвижване също не е твърде далеч от реалността. YASA казва, че вече е в ход по своя цикъл на разработка и може да е готова за производство на малки партиди още (или по-рано) от 2029 г. Не мислете, че тази технология е ограничена само до изцяло електрически автомобили, както посочва Одлинг, бихте могли да използвате този дизайн на двигателя в хибридни превозни средства, точно както е при автомобили като Ferrari 296 GTB или Lamborghini Revuelto . Представете си, че тези автомобили получават хибридно-електрическо усилване от 500 конски сили вместо под 200 конски сили, на които се радват сега.

„Физически, размерът му не е различен от този на други двигатели, които имаме“, казва Одлинг. „Подобен магнитен диаметър, подобна обща дебелина… ние сме в рамките на реалистичното производство.“

Одлинг казва, че YASA току-що достави своя 50 000-ен електрически мотор. Планира да достави още 20 000 през следващата година, с надеждата да увеличи мащаба на производството, след като официално е свързана с Mercedes-Benz . Все още сме на години разстояние от това да видим електрически мотор с тази шокираща плътност на мощност в сериен автомобил, но това се случва.

Road&Track