Il motore elettrico per auto all’interno delle ruote
Giornale Motori
Una delle sfide maggiori per i produttori di auto elettriche sarà quella della miniaturizzazione delle componenti. Una delle più importanti sicuramente sono le batterie ma anche il motore ha una importanza fondamentale. Poter disporre di sistemi di propulsione che siano alloggiati nell’interno dei cerchi ruota in un corpo unico potrebbe consentire degli schemi di progettazione per guadagnare spazio per i passeggeri e per le batterie. L’automobile così come la conosciamo, con l’utilizzo di questo tipo di propulsore nelle ruote e tutti i comandi di collegamento con le ruote by wyre libera la scocca permettendo nuove frontiere progettuali e nuovo sfruttamento dei volumi interni per una vivibilità sempre maggiore utilizzando meglio al tecnologia che l’elettrico in futuro può garantire.
Ci sono almeno tre società che associati ad altrettanti costruttori di automobili stanno lavorando su questo tema in modo incessante con prototipi interessanti già messi su strada. Una è la Protean Electric, società americana che sta collaborando con la FAW-Volkswagen per un motore elettrico interno alle ruote. Il progetto consiste nell’utilizzo di un nuovo motore elettrico per auto che fornisce, a detta del produttore americano, più potenza e coppia abbinato ad una maggiore densità di potenza rispetto al passato. Ogni ruota viene quindi motorizzata con una propria elettronica di controllo istallata all’interno del motore che comunica con il veicolo utilizzando il sistema di controllo principale. Le caratteristiche dei motori Protean sono lo sviluppo di 75 kW ovvero 100 CV di potenza di massima. Maggiore densità di coppia per un peso complessivo di 34 kg. Una maggiore capacità rigenerante in fase di frenata, che consente un recupero fino all’85% dell’energia cinetica disponibile per poi essere immagazzinata in apposite batterie. Il motore elettrico va inserito tranquillamente all’interno di una ruota stradale da 18, una misura ormai ad appannaggio anche di utilitarie.
Un altro costruttore che si è cimentato in questo campo è la Schaeffler Ag che collabora attivamente con la Ford, approntando un prototipo perfettamente funzionante su base Fiesta. Il sistema della Schaeffler Ag è denominato come E-Wheel Drive . Il veicolo scelto non è un caso. L’ azienda tedesca ha scelto una compatta per dimostrare la sua efficacia. La Fiesta E-Wheel Drive è mossa mediante due Schaeffler E-Wheel che vengono installati nei passaruota posteriori. Tutti i componenti necessari per l’azionamento del motore, la frenata e il controllo del veicolo come i sistemi di sicurezza, ESP e altri sono integrati nel gruppo ruota elettrico. All’interno è compresa anche l’elettronica di controllo, il sistema frenante, e il raffreddamento tutti all’interno del cerchione. I dati tecnici dell’ E-Wheel Drive sono di una potenza massima di circa 40 kW per unità, ed una potenza continua di 2 x 33 kW, ciò equivale ad una media di 110 e 90 cavalli rispettivamente. L’unità mozzo ruota viene raffreddato a liquido, che in questa versione Beta può sviluppare l’impressionante valore di coppia pari a 700 Nm. Rispetto al primo prototipo che usava come base una Opel Corsa, l’ E-Wheel Beta presenta quindi un aumento di potenza di circa un terzo, così come 75% in più di coppia. La tensione elettrica del convertitore ad alta tensione è 360-420 V. L’unità mozzo ruota ha un peso totale di 53 kg, con un ingombro di 16 litri, il che lo rende collocabile in un cerchio molto più diffuso della concorrente americana con la misura di 16 pollici.
Chi invece fa un deciso passo in avanti su questa tecnologia è la Michelin. Il colosso del pneumatico ha una divisone che esplora tutte le possibilità che il futuro può offrire all’ automotive dal punto di vista della salvaguardia dell’ambiente. Il progetto Michelin si chiama Active Wheel System ed è un sistema dotato di due motori elettrici alloggiati all’interno della ruota, uno che si occupa della trazione e la frenata e un altra unità per il controllo elettrico delle sospensioni attive. Questa soluzione rende nettamente rivoluzionario il progetto Michelin rispetto ai concorrenti citati sopra. Non c’è più infatti nessun motore sotto il cofano, il sistema di sospensione è completamente diverso da come è inteso sui modelli odierni. Non esiste più nemmeno la classica trasmissione con cambio marcia, differenziale e semiassi per portare movimento alle ruote, tutte le componenti essenziali sono stati integrati nella stessa ruota. Senza motori, trasmissioni e sistemi ausiliari, si lasciano liberi gli spazi che una volta dovevano essere progettati per la sicurezza per assorbimento degli impatti. Le auto possono essere più piccole, leggere ed avere uno spazio più funzionale rispetto alle dimensioni esterne per trasportare più persone e merci. Tecnicamente ogni motore Michelin pesa 42 kg sviluppando una potenza di 30 kW raffreddato ad acqua per una dimensione simile ad un motorino per avviamento. Il motore ha una serie di ingranaggi che azionano direttamente il mozzo. Un secondo motore elettrico invece opera la regolazione delle sospensioni attive tramite una cremagliera e pignone che sostituisce in pieno ed efficacemente l’azione di un normale ammortizzatore idraulico. Insieme, i due motori ruota anteriori sviluppano una potenza di 60 kW (81 CV), che possono toccare un picco fino a 120 kW (163 CV) per brevi istanti. Una vettura con questa tecnologia dovrebbe coprire il classico 0-100 km in 10 secondi con una velocità massima di 140 km / h. L’accordo tra Michelin e Heuliez Will prevedono diverse configurazioni del sistema, abbinati a diversi moduli di batterie agli ioni di litio, che offrirebbe dai 150 ai 400 km di percorrenza. Il sistema Michelin lascerebbe addirittura al cliente la scelta di utilizzare diversi moduli di batterie a seconda delle esigenze in un ottica di massima flessibilità. L’ Active Wheel è in grado di recuperare energia in frenata per aumentare la percorrenza dei veicoli. I motori elettrici nelle ruote hanno un efficienza del 90%, rispetto a circa il 15% di efficienza per un veicolo endotermico convenzionale come un utilitaria.
I costruttori di auto e di sistemi elettrici quindi si stanno dando da fare per avere un veicolo elettrico il più funzionale ed economico possibile sul mercato. Ora il passo sta ai produttori di batterie, che devono trovare sempre nuovi metodi di ricarica veloce per rendere una volta per tutte efficienti le alternative elettiche rispetto alle comode vetture endotermiche. Una ricaduta sull’immediato di questa corsa alla miniaturizzazione dei motori elettrici ha portato vantaggi nell’introduzione di alternatori e motirini di avviamento più efficienti e potenti, soprattutto resistenti per i sistemi di start end stop indispensabili per le attuali vetture ibride. Ormai ci sono costruttori che già usano alternatori a 48v che hanno due velocità con un minicambio all’interno per gli avviamenti a freddo ed a caldo. Questi alternatori/motori possono essere anche usati come spinta per motori endotermici ai bassi regimi creando una soluzione microibrida. Come sempre è la meccanica classica che mostra i suoi limiti rispetto alla nuova tecnologia. Infatti per far funzionare questo alternatore/motore necessita un impianto elettrico adeguato sia nella potenza che nelle specifiche di sicurezza. Inoltre tutto il comparto delle cinghie e tendicinghia di comando dovono essere riprogettate con un costo che si rifletterebbe pari pari sulla manutenzione sulle spalle del cliente finale. Un utilità maggiore invece viene per i sistemi ibridi. Infatti i motori elettrici così rimpiccioliti possono essere usati in diretto collegamento con l’asse delle ruote non alimentate dal motore termico. In questo modo si ha la possibilità di poter andare sia in modalità elettrica che in modalità ibrida trasformando il veicolo in una trazione integrale intelligente in tutto e per tutto. Si possono eliminare collegamenti meccanici di alberi, differenziali e semiassi che assorbono una quantità enorme di energia. In questo modo i costruttori applicano alla meccanica attuale motori elettrici intanto che la nuova tecnologia sia resa accessibile per costi ed affidabilità per i clienti. La strada è tracciata, indipendente dalla lungimiranza o meno di certi capitani di industria perennemente in ritardo, nessun costruttore può lasciare la via dell’elettrico. Passando attraverso l’ibrido le autovetture moderne stanno andando verso una nuova disposizione delle componenti interne, un nuovo modo di intendere l’auto che già comincia ad affacciarsi con il prototipo Google.
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