La McLaren ed il motore della Formula E

La McLaren ed il motore della Formula E

27 ago, 2014

di Marc Priestley

Fonte: Formula E

 

Woking. Gran Bretagna, 26 agosto 2014. Guardatevi intorno alla vostra casa, auto, o sul posto di lavoro in questo momento e potete scommettere che non state seduti troppo lontano da un motore elettrico di qualche tipo.

Sono ovunque, in spazzolini da denti, forni, trapani, sistemi di riscaldamento, ventilatori e computer, in realtà probabilmente avete sparsi una cinquantina nella vostra casa senza nemmeno rendersene conto.

I motori elettrici hanno attraversato diversi secoli e la tecnologia di base che li permette di lavorare non è cambiata troppo dai primi anni del 1800, quando sono stati inventati.

Naturalmente c’è stata una costante evoluzione e sviluppo e nel 2014 vedremo uno dei risultati più impressionanti, come quello di lanciare l’intero settore delle auto di Formula E dalla linea di partenza a Pechino, alimentati da nient’altro che una batteria e un motore elettrico.

Se stavate prestando attenzione nella classe di scienze il giorno che è stato spiegato il magnetismo, vi ricorderete che un magnete ha un polo ‘nord’ e un polo ‘sud’. Se si mettono due magneti solidi su un tavolo e spingono insieme, le due estremità opposte, o poli, si attireranno e le estremità simili si spingeranno a vicenda. Se si preme il polo ‘nord’ di un magnete verso il polo ‘nord’ dell’altro, probabilmente si farà girare uno di loro, che verrà attirato verso l’avversario ‘sud’. In termini molto semplici, la trazione e la forza di spinta dei magneti, in cui gli opposti si attraggono è il cuore di ogni motore elettrico.

Pensate il puntatore di una bussola. Se si avvicina un altro magnete fino ad essa, gira verso o lontano dal magnete che si tiene in mano, a seconda del polo del magnete.

Se tu fossi in grado di aumentare la forza dei magneti e costantemente spostare la forza di attrazione attorno alla circonferenza del quadrante della bussola, saresti in grado di rotare il puntatore. Molto semplicemente, questo è il modo in cui funziona il motore elettrico.

Quando fissiamo un certo numero di questi magneti in tutto il corpo cilindrico del nostro motore, questo viene conosciuto come lo statore. Inserendo un altro magnete, detto rotore, su un albero al centro e facendolo girare come l’ago della bussola si riproduce lo stesso fenomeno, da un lato il magnete centrale che è attratto al suo polo opposto dei magneti fissi alloggiati nel telaio.

Tuttavia questo non significa nulla da solo, perché il rotore, come la bussola, si fermerà non appena raggiunga l’attrazione del magnete.

I nostri motori elettrici superano questo facendo che i magneti intorno alla parte esterna, lo statore, siano elettromagneti, in questo modo possono essere controllati con l’elettricità e sono in grado di scambiare le loro estremità, o poli continui, sia in ‘nord’ che in ‘sud ‘in un dato momento.

Per scambiare elettronicamente i poli intorno lo statore molto velocemente, si crea l’effetto del rotore inseguendo l’attrazione magnetica in tondo all’interno del motore, un po’ come un cane che si morde la coda in circoli e quindi, il motore gira.

In questo modo molto rapidamente e in una sequenza attentamente controllata, i motori elettrici sono in grado di girare molto velocemente e produrre molta coppia, o forza torcente, per azionare le diverse cose.

Nel caso della Formula E un albero collegato al rotore esce dal corpo motore e, proprio come l’albero motore su un motore termico, spinge il cambio e poi le ruote della macchina.

Con la maggior parte delle auto elettriche, tra cui il lato ‘ibrido’ della Formula Uno, i motori elettrici agiscono anche come generatori quando la macchina non è in accelerazione, quindi l’acronimo industriale MGU, che sta per Motor Generator Unit.

Esattamente la stessa tecnologia utilizzata, ma invece di applicare una corrente o elettricità, per fare girare i magneti, fa girare il motore, che a sua volta aziona il riduttore, le ruote e il cambio della vettura ora aziona il motore e ottimizza il sistema elettrico piuttosto che usarlo come in modo convenzionale.

Nei circuiti di automobilismo il processo di rigenerazione di potenza è noto come ‘rigenerazione’, proprio come l’alternatore sulla vostra vettura stradale, che genera energia per metterla nella batteria. Quindi si preme l’acceleratore e si invia la corrente al motore. Maggiore accelerazione, più quantità di corrente e quindi maggiore coppia o trazione.

Sollevando il pedale dell’acceleratore in prossimità di una curva, le correnti diminuiscono e la macchina trasforma il motore in un generatore, un po’ come una dinamo sulla ruota posteriore che alimenta le luci di una bicicletta. Questo processo inizia a rallentare la macchina immediatamente, come un freno motore e molto più aggressivo di quanto faccia la dinamo di una bicicletta, poiché l’energia cinetica del movimento di rollio della vettura viene attivata rapidamente, attraverso la resistenza all’interno del motore, in energia elettrica e immessa nella batteria.

La Formula E aveva bisogno di un tipo abbastanza specifico di motori per la sua monoposto quando l’idea è stata concettualizzata.

Uno motore che possa offrire velocità ed efficienza emozionanti, essere affidabile in condizioni di gara ed essere coerente nella sua erogazione di potenza, oltre ad essere abbastanza piccolo e leggero da stare nei vincoli stretti di una macchina da corsa. La Formula E doveva essere qualcosa di innovativo e leader al limite della tecnologia.

 

Diamo un’occhiata a ciò che è venuto fuori …

Il motore elettrico in questione è un kit impressionante. E ‘stato progettato e sviluppato da una società con una serie formidabile di credenziali nel motorsport e una che mi capita di conoscere bene.

Ho recentemente tornato ai dintorni familiari del Technology Centre, a parlare con un uomo che sa più del diavolo su questo argomento.

è il Vice Presidente della -- il braccio del gruppo McLaren che prende conoscenze acquisite attraverso i loro programmi vettura di F1 e stradali e la usa per effetto pionieristico attraverso altre imprese e industrie. Egli è anche l’uomo incaricato di sovrintendere il significativo coinvolgimento della società nel FIA Formula E Championship.

 

Il video (in lingua inglese)

 

Il motore elettrico, o eMotor come è noto, insieme alla sua unità di controllo elettronica separata, sono componenti originariamente creati per il maestoso supercar . Il P1 utilizza l’eMotor come parte del suo sistema ibrido a fianco di un potente motore a combustione interna, ma nella Spark-Renault di Formula E è l’unico mezzo di propulsione, il che significa che le esigenze dell’unità sono notevolmente diverse.

Van Manen rivela:

“Abbiamo iniziato lo sviluppo di motori elettrici e controller diversi anni fa perché non siamo riusciti a trovare niente sul mercato che fosse abbastanza piccolo e abbastanza potente per ciò che volevamo ottenere con la McLaren P1”.

Bisogna mettere in prospettiva, “che stai ricevendo intorno circa 5 kW/kg da ​​questo motore e che questo è più del doppio rispetto ai tipi di densità di potenza che si vedono nella maggior parte dei motori elettrici per autoveicoli”.

Quindi un motore potente con una dimensione e peso molto modesti.

A circa lo stesso tempo quando la McLaren si stava dirigendo verso la produzione dei loro nuovi motori elettrici, la Formula E veniva portata alla vita. I due si sono riuniti e si formarono gli inizi di un rapporto visionario e produttivo.

E’ un rapporto nel quale McLaren crede e li ha già beneficiato notevolmente e continuerà a farlo. “Abbiamo già imparato molto sui motori elettrici con la Formula E, perché è la prima volta che siamo stati coinvolti con un programma di cui non si ha il lusso di un motore a combustione interna da appoggiarsi”.

Van Manen continua a spiegare alcune delle differenze più grandi. Egli ha detto:

“Un auto da corsa elettrica è molto diversa da un’ibrida, perché il motore elettrico deve fare tutto e reagisce immediatamente alle richieste del driver. Quindi, avete coppia istantanea, avete una frenata immediata. Inoltre è molto immediato nella sua risposta”.

Alcune delle più grandi sfide nella progettazione dei motori elettrici, in particolare quelli di veicoli abbastanza potenti da guidare, provengono dal dissipare l’immenso calore sviluppato dal loro lavoro.

L’installazione sulla vettura di Formula E utilizza un sistema di raffreddamento dedicato a questo.

Sia l’eMotor che la sua unità di controllo funzionano con tensioni elevate e correnti elevate e soprattutto in un ambiente così ben confezionato come una macchina da corsa, che la domanda di raffreddamento è alta.

Analogamente a una normale auto monoposto da corsa, i radiatori sono montati nelle pance, che invece di raffreddare l’acqua che circola intorno ad un motore termico, raffredda l’acqua pompata in giro per i carter del motore ed il controller dell’unità elettrica.

Van Manen sottolinea che sono attualmente aumentate le capacità di raffreddamento del sistema, aspetto piuttosto difficile nei test a Donington Park, a causa dei lunghi rettilinei del circuito e delle curve veloci, che si traducono in lunghi periodi a pieno gas e di corrente elevata che alimenta il motore, “per un veicolo elettrico “dice, “che è la prima fonte di calore”.

I circuiti dove la Formula E effettivamente correrà quando la stagione prenderà il via saranno molto più adatti alle esigenze della macchina da corsa completamente elettrica, con rettilinei brevi, un misto di curve lente e veloci e più di frenate pesanti per rigenerare energia e opportunità di raffreddamento. Quindi, con le unità estremamente spinte finora, la McLaren si aspetta di avere una vita un po’ più facile una volta che si comincerà con le vere corse.

A differenza del motore di una vettura di Formula Uno, non ci sono la miriade di connessioni, accessori, scarichi o idraulica di cui preoccuparsi durante l’installazione, la parte relativamente semplice dell’eMotor è di fissarlo alla macchina con sistemi meccanici. Si trova longitudinalmente in un contenitore, simile ad una tradizionale campana frizione, tra il modulo batteria dietro il guidatore ed il cambio. Con solo i cavi elettrici e due tubi di raffreddamento necessari per farlo funzionare, la sua relativa semplicità è un’altra caratteristica impressionante.

I motori elettrici, insieme con la tecnologia delle batterie, sono due delle più grandi aree che la Formula E spera di essere in grado di sviluppare attraverso la concorrenza e Van Manen è desideroso di parlare del beneficio per la McLaren e per il mondo automobilistico in generale.

“Il know-how viene creato in modo rapido nelle corse, quindi può essere letto attraverso l’ambiente automobilistico e noi stessi stiamo già pensando alla prossima generazione di parti di automobili stradali, sulla base delle conoscenze che abbiamo acquisito attraverso la P1 e la Formula E , che ci hanno costretto ad operare a estremi”.

Egli fa notare che il controllo dell’ambiente di una categoria da competizione, in contrasto con le relative incognite più imprevedibili, beneficeranno di base i clienti globali delle auto stradali della McLaren, intendendo che la tecnologia può essere spinta un po’ di più nella Formula E.

Come risultato, il motore elettrico, alloggiato ordinatamente all’interno della parte anteriore della scatola del cambio della SRT_01E, lancerà i 20 piloti dalla griglia a settembre con livelli impressionanti di accelerazione e saranno parte dell’importante processo di apprendimento e di sviluppo a lungo termine della Formula E.

 


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TAGS: Formula E holdings McLaren McLaren Applied Technologies mclaren p1 Peter van Manen SRT_01E

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