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download (3)Una cosa è certa, il futuro dell’auto non sarà a combustione interna. La tecnologia endotermica ha raggiunto forse i limiti di sviluppo al punto di costringere i produttori a trovare altre strade più economiche per rispettare i severi limiti che le normative antinquinamento impongono anno dopo anno. La tecnologia più immediata ed a buon mercato è quella della propulsione elettrica. A riguardo i tecnici stanno seguendo due tipi di strade. Una che porta a sviluppare unità motrici ad alta tensione, sulla convinzione in questo modo si possa abbassare le perdite all’interno degli avvolgimenti, una teoria che però non trova riscontro pratico. L’unico vantaggio che realmente hanno tensioni superiori è la possibilità di avere un filo più con ridotta trasversale, cosa vantaggiosa nel caso si parli di avvolgimenti particolarmente complessi. Un vantaggio che deve fare i conti con i costi per l’ isolamento del sistema per restare nel massimo della sicurezza e una maggiore complessità intrinseca.

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Differenze dell’andamento della forza motrice in un motore tre fasi (sinistra) e un motore 60-fasi (destra)

L’altra strada è quella di usare i motori a 48V che hanno  necessità di isolamento molto più limitate, sono più contenuti nelle dimensioni, quindi più autovetture.  Il problema sta nel dover raggiungere la stessa potenza delle unità ad alta tensione.  Recenti sviluppi hanno portato alla concezione di un motore basato su una macchina ad induzione, che in inglese porta il nome di  Intelligent Store Cage Drive, o ISCAD, grazie ad uno studio della Feaam, un’azienda tedesca all’avanguardia in queste tecnologie per l’autotrazione, e l’università di Monaco di Baviera. Il motore ha un classico statore situato in una gabbia di  alluminio aperto ad uno dei due lati. Questo sistema consente di avere correnti non elevate, con un ottimo raffreddamento delle parti. La novità tecnica sta nel fatto che lo statore è collegato a delle barre ognuna delle quali produce una fase distinta di corrente, una soluzione che consente di superare il limite dei motori a tre fasi.

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Efficienza di un motore ad induzione tipo ISCAD a 60-fasi 48v ( sinistra) e una macchina a induzione trifase 366v (destra)

I vantaggi pratici sono,  il miglioramento della coppia in maniera massiccia, il controllo del numero delle fasi permette di avere una corrente molto più omogenea e sfruttabile potendo contare su un numero variabile di fasi fino a 60-fasi come si vede nelle figure a lato dove si nota l’andamento molto più lineare delle curve di funzionamento dei due tipi di motori, oltre che ad una maggiore affidabilità. In un motore trifase, se una o due delle fasi si interrompe il motore si ferma, in un 60-fasi il motore può ancora andare bene con un piccolo calo di potenza anche con molteplici rotture di fasi, anzi questa soluzione potrebbe essere sfruttata per un utilizzo della coppia in funzione del fabbisogno necessario per un risparmio maggiore di energia, un sistema molto simile a quello che oggi si trova nei motori endotermici, con il cylinder on demand.

img_2015_09_15_48_volt_ausblick_en-dataQuesto tipo di motori che possono raggiungere potenza di 160Kw, ovvero 220cv circa, conservano un’efficienza del 97% costante, rispetto al rendimento del 94% di picco dei motori trifase classici. Questa nuova tecnologia per motori a 48v necessitava anche di una sistema di conversione specifico rispetto ai classici sistemi con transistor bipolari. Questo tipo di motore usa un sistema di controllo e conversione chiamato MOSFET che permette una relazione lineare tra la corrente e la tensione, migliorando l’efficienza soprattutto a carico parziale. Infine, la compattezza e la facilità di realizzazione, rendono perfettamente funzionale per l’utilizzo in campo automobilistico soprattutto di telaio già esistenti. I motori a 48 V necessitano anche di una diversa tecnologia per quello che riguarda le batterie. La batteria specifica ha un minore volume per effetto di una sistema di raffreddamento più piccolo. Vien da se che una batteria più piccola e anche più efficiente consentendo un migliore utilizzo degli spazi della vettura con risparmio di peso. La disposizione in celle delle batterie  parallele  piuttosto che in serie, consente anche di poter aumentare la durata delle stesse. Nuove batterie possono consentono anche di usare nuovi sistemi di ricarica più rapidi ed efficienti.

Schaeffler_Immagine-02Il risultato finale a parità di potenza è di un risparmio netto rispetto alla tecnologia che oggi viene usata al alta tensione per esempio nelle  Tesla e del  25%  del consumo di energia corrispondente per ogni 100 km  percorsi. (https://www.giornalemotori.com/2016/02/14/engine-tesla-model-s/ ) Oggi questo tipo di motori sono allo studio nei centri ricerche dei più importanti marchi del mondo. Più volte nei nostri articoli, abbiamo parlato di modelli ibridi che usano motori a 48v. Questa tipologia di propulsione  è allo studio di case come Continental e Michelin che che inglobano sistemi nelle ruote già trattati in un articolo dedicato, (https://www.giornalemotori.com/2014/07/29/motore-elettrico-per-auto-allinterno-delle-ruote/ ), oppure possono essere inglobati nel sistema di sospensioni già esistenti come ha dimostrato la stessa Audi nei recenti modelli Ibridi che riescono a sfruttare il movimento generato dagli ammortizzatori per generare corrente elettrica per le batterie. Ma la forza di questa nuova tecnologia elettrica, è che consente di sfruttare tecnologie per telaio e sospensioni già esistenti con piccoli adattamenti come dimostrano progetti in corso di Zf che tratteremo nello specifico , ma  sono anche allo studio moduli per propulsioni ibride con motori a 48v applicabili a vetture già in listino, da parte di Schaeffler, consentendo l’adeguamento del parco auto esistente o immediatamente futuro con un dispendio economico delle case produttrici relativamente contenuti.

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Sistema ZF adattabile a schemi sospensioni esistenti

Infine questa tecnologia può essere usato nei veicoli a trazione integrale per limitare la presenza di organi di trasmissione ingombranti il cui rendimento nuoce ai consumi in modo anche considerevole. In sostanza il futuro dell’elettrico è tracciato e passa per la tecnologia dei motori a 48v. Esistono moduli con motori a 48v talmente versatili di Bosch adattabili al telaio di una bicicletta per la pedalata assistita con batteria. Quindi tutto oro quello che luccica? In effetti il problema più grosso sta proprio nella crescente domanda. Molti costruttori non sono attrezzati per produrre questo tipo di motori essendo prevalentemente aziende di tipo meccanico. Un esempio su tutti è la Delphy. Il colosso americano di componentistica per automotive, sta tentando di trovare un accordo vantaggioso  con un produttore esterno per dotare i suoi moduli con motori elettrici 48v. Il problema è che anche altri produttori stanno tentando la stessa strada con un evidente difficoltà nelle forniture. In ogni caso la strada è stata tracciata, per arrivare a veicoli ZEV, si deve passare per la tecnologia di motori a 48v.

Daniele Amore

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3 COMMENTS

  1. Bell’articolo Shadow.
    Non conoscevo questo tipo di motori. In effetti qualcosa di nuovo ci voleva. La maggior parte dei motori di oggi sono semplici affinamenti di quelli dei primi del 900.
    L’unico motore elettrico “nuovo” che conoscevo fino ad oggi, è quello “piezoelettrico” che risale agli anni 70 se non erro.

  2. Grazie Jigen75, in effetti quando abbiamo trattato la trazione elettrica a differenza di quella meccanica ci siamo imbattuti in una tecnologia che era già in uso sa decenni in altri campi adattata alle bene e meglio per la trazione automobilista con evidenti limiti, di efficienza e di funzionalità. Come sempre le esigenze portano i costruttori ad evolversi ed i tecnici a fare ricerca. Di solito le attività agonistiche fanno da sprone, e la Nuova Formula e più libera nei regolamenti va in quella direzione, anche la nostra Marelli sta studiando un sistema a più fasi anche se il numero non è chiaro proprio per la Formula e, e sono allo studio sistemi di ricarica ad induzione che limitano il problema dell’uso statico delle prese fisse. Noi Giornale Motori trattiamo i motori a 360 gradi, storia, corse, uso quotidiano, ed il futuro!

  3. volevo ricordare che a differenza di cio che si crede,il motore elettrico per autotrazione e nato e camminato prima del motore endotermico. dando buoni risultati di affidabilità e di velocità massima (vedi i primi record di velocità). quindi mi dispiace ma stiamo solo migliorando cio che i nostri vecchi hanno già inventato. in ogni caso grazie shadow che ci ricordi che il mondo non va solo a pistoni.

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