(VIDEO) Inginerii americani au dezasamblat şi studiat motorul electric cu flux axial Yasa, descoperind ce-l face atât de compact

În ultimul an, compania britanică Yasa, deţinută de Mercedes acum, s-a făcut remarcată mai mult decât în anii anteriori, după ce a dus tehnologia motoarelor sale electrice cu flux axial până la recorduri absolute de dimensiuni compacte şi putere imensă. Yasa avea deja motoare cu flux axial foarte performante, pe care le furniza modelelor hibride la Ferrari şi Lamborghini, cu marele avantaj de a fi foarte compacte în dimensiuni şi foarte puternice, mai livrând şi un cuplu imens, datorită formei geometrice de disc, cu diametru mai mare. Dar anul trecut Yasa a tot dezvăluit motoare mai uşoare şi mai puternică, ajungând să dezvăluie în luna octombrie un motor de 12,7 kg şi 750 kW, sau 1.020 CP. La peste 1.000 CP, acel motor putea fi ţinut cu uşurinţă în mână. Iar întreg secretul acestor creaţii vine din construcţia cu flux axial, în care rotorul şi statorul au forma unui disc, fiind suprapuse în staturi, iar fluxul magnetic circulă paralel cu axul motorului, aşa cum explicam ieri în articolul în care menţionam că şi o echipă de ingineri din China a creat un electromotor cu construcţie de principiu similar, apropiindu-se de performanţele Yasa. Ei bine, de curând inginerii americani de la compania Munro, profund specializaţi în servicii de consultanţă ingineresc şi proiectări pentru industria auto, au dezasamblat un motor cu flux axial de la Yasa, descoperind construcţia acestuia şi ce-l face atât de compact şi special.

Inginerii din SUA sunt aceeaşi care au dezasamblat în luna martie şi un electromotor de BYD, descoperind că, de fapt, motor e produs de compania americană BorgWarner pentru BYD.

Ei bine, acum inginerii au adus pentru dezasamblare motorul Yasa YM360, unul din primele şi cele mai răspândite motoare cu flux axial plasate în producţia de serie de Yasa. Indicele de 360 vine de la cuplul de 360 Nm, iar puterea livrată de acest motor e de 125 kW, ceea ce poate părea foarte puţin în comparaţie cu cei 750 kW menţionaţi de mai sus, dar construcţia de bază e aceeaşi, doar că aici avem o inginerie concepută acum câţiva ani la Yasa, plasată pe hypercar-uri plug-in hibride, care a evoluat între timp la valori mult mai mari de putere. Aparent, modele precum Ferrari SF90, 296 GTB şi Lamborghini Revuelto folosesc electromotoare de la Yasa cu caracteristici foarte similare, fapt care constituie un indiciu puternic că ar fi vorba de exact acest model.

În articolul de ieri despre electromotorul cu flux axial chinezesc, spuneam că există construcţii cu două rotoare şi un singur stator, sau cu un singur rotor şi două statoare, cum era şi motorul chinezesc. Însă Yasa foloseşte formula cu un singur stator în centru, şi două rotoare poziţionate de o parte şi de alta, toate având forme de disc, doar că statorul are grosime ceva mai mare din cauza bobinelor poziţionate radial, ca feliile unui tort.

Pentru comparaţie, inginerii americani au demonstrat şi construcţia convenţională a unui electromotor BYD, cu putere comparabilă, unde statorul şi rotorul au forme de cilindri integraţi unul în celălalt, nu de discuri. Doar că motorul BYD cântăreşte peste 40 kg, în timp ce cel de la Yasa cântăreşte circa 15 kg.

Foto: Motor cu construcţie convenţională, de la BYD

Inginerul spune că diametrul mai mare e un factor care contribuie la cuplul mai mare a motoarelor Yasa, dar nu e singurul factor. Şi a oferit exemplul unui motor de tip mai convenţional, cu diametru mare, care livrează doar 1/3 din cuplul Yasa, la acelaşi diametru.

Inginerul spune că, de fapt, limitările mai importante de cuplu vin de la fluxul magnetic care atinge limitări practice la trecerea lui prin oţelul ce înconjoară un rotor obişnuit. Şi asta pentru că oţelul poate menaja în mod practic doar aproximativ 2 Tesla de câmp magnetic, Tesla fiind aici unitatea de măsură pentru câmpul magnetic, bineînţeles. Oţelul e folosit pentru proprietăţile lui bune şi fiabile de a menaja acest câmp, doar că induce şi aceste limitări practice.

O altă limitare vine de la cupru şi proprietăţile fizice ale lui în capacitatea lui de a face faţă intensităţii unui curent electric. Cuprul e folosit în bobine, iar limitele acestuia sunt de circa 40 A per milimetru pătrat ca valoare maximă şi 10 A drept valoare continuă, dacă nu se aplică soluţii mai avansate de răcire.

Ca să evite aceste limitări, motoarele Yasa folosesc ambele feţe ale statorului pentru a aplica forţa rotativă spre rotoarele din ambele părţi. Inginerul spune că atunci când se calculează suprafaţa efectiv de contact a fluxului electromagnetic la un motor Yasa, ea e comparabilă cu suprafaţa dintr-un motor convenţional BYD, doar că această amplasare îi permite electromotorului Yasa să fie mai compact şi mai uşor, livrând acelaşi cuplu.

De asemenea, plasarea acelor bobine mici în formă radială, face ca suprafaţa oţelului prin care trec curenţii să fie mai mică, deşi cea a cuprului a rămas aproximativ egală.

Cantitatea de magneţi permanenţi e la fel una similară, doar că la motorul Yasa ea e integrată într-o formă mai plată, tot radial, pe ambele discuri cu rol de rotoare.

Foto: Rotorul motorului Yasa

Marele secret, însă, vinde din reducerea suprafeţei şi cantităţii de oţel integrat în acest electromotor, spune inginerul. Asta face posibilă creşterea atât de substanţială a parametrilor, cu o dimensiune atât de mică. Prin urmare, geometria inteligentă e cea care le-a permis celor de la Yasa să atingă asemenea performanţe, fără a încălca vreo lege a fizicii, spune inginerul.

Inginerul american atrage atenţia că bobinele din stator au o formă uşor înclinată, în timp ce magneţii de pe rotor au marginile drept şi simple, îndreptate spre centru. Secretul e că aceste bobine sunt înclinate pentru ca vârful unei bobine să e suprapună uşor cu baza bobinei alăturate, iar astfel fluxul magnetic să aibă întotdeauna continuitate în forţa pe care o livrează.

Pe lângă asta, oţelul de pe centrul bobinelor, nu e un simplu oţel, ci e un compozit magnetic „moale” , care e „turnat” din milioane de granule, care primesc material izolant între ele. Rolul acestui izolant e în prevenirea formării curenţilor Eddy, care taie de obicei din randamentul funcţionării unui electromotor.

Răcirea statorului la acest electromotor are loc prin ulei, ales pentru a nu fi conductor de electricitate. Circuitul e creat cu precizie înaltă, pentru a ajunge către bobine şi a prelua căldura de la ele, făcându-le capabile să suporte curenţi mari. Această abordare de răcire internă rezolvă efectiv dilema de a răci un stator „prins” între două rotoare care se învârt din ambele părţi, obstrucţionând degajarea de căldură.

Deci, aceste electromotoare Yasa, cu flux axial şi cu parametri fascinanţi au explicaţii cât se poate de argumentate în ingineria inteligentă pe care o folosesc. Iar între timp Yasa are deja construcţii cu puteri şi mai mari, inclusiv pe noul Mercedes-AMG GT 4-door Coupe electric.

Foto: Construcţia motorului Yasa de pe Mercedes-AMG GT 4-door Coupe

Vezi totul în video-ul de mai jos.