Электромобили тяжелые, но слышали ли вы, что они еще и быстрые? Когда дело доходит до того, чего хотят автолюбители, автопроизводители делают это неправильно. Легкие электрические спорткары и спорткары в настоящее время не продаются, и хотя главным виновником являются сверхмощные аккумуляторы, это далеко не вся история. Мы можем решить многие из этих проблем до того, как ионные батареи сядут на диету.
Это начнется с таких вещей, как электродвигатели. Сегодняшние электромобили почти полностью приводятся в движение машинами с радиальным потоком. Они эффективны и относительно просты в производстве, но в зависимости от того, как они работают, они должны быть относительно длинными и иметь бочкообразную форму, чтобы обеспечить достаточную мощность автомобиля. Напротив, двигатели с осевым магнитным потоком могут быть меньше и более плоскими, как фрисби, и при этом показывать тот же потенциал. Это из-за того, как устроены их магниты. Магнитная сила (или поток) в аксиальном двигателе распространяется параллельно оси вращения двигателя, а не перпендикулярно или радиально. Это означает, что они могут принимать разные формы.
Проблема в том, что их гораздо сложнее производить в больших масштабах, что препятствует их широкому внедрению в электромобилях. Однако благодаря усилиям одной компании концепция, похоже, наконец-то готова расправить крылья.
Как и другие технологии электромобилей, двигатели с осевым магнитным потоком не являются новой идеей. Идея оформилась в руках Майкла Фарадея еще в начале 1800-х годов. Однако за возобновившийся интерес к автомобильной промышленности во многом следует поблагодарить одного человека: доктора Тима Вулмера. Доктор Вулмер был одержим этой концепцией с момента написания докторской диссертации. защитив диссертацию почти 20 лет назад, его исследования привели к созданию безярмового двигателя с сегментным якорем и осевым магнитным потоком. В 2009 году он основал компанию YASA, чтобы продолжить рост, подписав несколько сделок с автопроизводителями на поставку двигателей YASA для электромобилей, прежде чем в 2021 году ее приобрела Mercedes-Benz.
Его путешествие началось с простого вопроса: «Почему не существует электромобилей?» Очевидным ограничением в 2000-х годах были технологии аккумуляторов, но сегодня это уже не является серьезным препятствием. Чтобы стать по-настоящему эффективными и легкими, электромобили должны быть переосмыслены как целостная система с нуля, и доктор Вулмер нашел ключевую часть головоломки. Во многих отношениях технологии его компании являются ключом к созданию спортивного электромобиля, который вы, возможно, действительно захотите купить.
Вы можете задаться вопросом, почему доктор Вулмер решил заняться разработкой электродвигателей, если существующие блоки радиального потока почти во всех электромобилях настолько эффективны. В конце концов, он сказал мне: «Я был бы рад поработать над аккумуляторами, зарядными устройствами и всем остальным, что мне интересно». Однако идея «массового разложения» привела его к конструкции осевого потока. По крайней мере, на бумаге новая конфигурация обещает уменьшение размера на 30% и значительную экономию веса по сравнению с радиальным потоком аналогичной мощности. Этот процент важнее, чем вы думаете, особенно в электромобиле с двумя или тремя двигателями. «Если мы сможем сэкономить 100-200 килограммов [220-440 фунтов], вы начнете серьезно влиять на свой автомобиль».
Не только с точки зрения трансмиссии, но и с точки зрения общего качества и упаковки. Если такой компонент, как электродвигатель, может значительно снизить вес и объем, это фактически означает, что все, что его поддерживает, может стать легче и компактнее. Как система автомобили могут стать более эффективными. Забудьте о батареях большего размера — те, которые у вас есть, помогут вам двигаться дальше. На самом деле мы не видели, чтобы практика доходила до крайностей в этом направлении, но мы определенно видели противоположное. Я, конечно, говорю о 9-фунтовом электромобиле Hummer EV.
Двигатели с осевым магнитным потоком хороши по своей концепции, но их труднее производить серийно, чем двигатели с радиальным магнитным потоком. Кроме того, двигатели с осевым магнитным потоком бывают различных конфигураций, поэтому доктору Вулмеру пришлось определить, какие из них лучше всего подходят для крупномасштабной разработки.
Он начал работать над конфигурацией YASA в конце 2000-х годов после того, как заинтересовался материалом, называемым магнитомягкими композитами, широко известными как SMC. «Вместо того, чтобы складывать пластины друг на друга, вы можете придать им трехмерную форму, используя очень простые инструменты». Это имеет много преимуществ с точки зрения конструкции двигателя и эффективности, но «есть ограничение, заключающееся в том, что вы можете изготавливать детали только размером с вашу руку». Это связано с огромным давлением, необходимым для сжатия SMC в твердую форму.
Это ограничение в конечном итоге привело к сегментации статора (неподвижной части двигателя, содержащей медные обмотки). Это создает эффект водопада в технологичности, эффективности и плотности крутящего момента. В то время он этого не знал, но он просто строил будущее для этой технологии. Теперь, когда он это понял – и он так просто объяснил это – ему просто нужно было найти инвесторов для своего проекта в 2009 году, прежде чем электромобили для массового рынка выйдут на рынок. Точно так же не существует инструментов для создания этих продвинутых двигателей. «Для создания машин нам необходимо спроектировать большое количество оборудования», — объясняет доктор Вулмер, добавляя, что 70 процентов инструментов, используемых в настоящее время для создания двигателей компании, изготавливаются компанией YASA по индивидуальному заказу.
Как и следовало ожидать, доктор Вулмер был встречен с большим скептицизмом. По его словам, первые разговоры с инвесторами были примерно такими: «Электрических транспортных средств не существует. Для вашего продукта нет рынка. Даже если бы рынок был, даже если вы начнете продавать свою технологию, вы потеряете деньги, и это приведет к быть катастрофой».
Это не помешало Асафу остановиться. Вскоре после своего основания в 2010 году компания совершила первый большой прорыв, создав двигатель для концептуального автомобиля Jaguar C-X75. Неортодоксальный гибридный электрический суперкар с турбинным двигателем так и не поступил в производство, хотя в 2015 году он произвел фурор в фильме о Джеймсе Бонде. Фильм «Призрак». Затем в 2015 году компания поставила двигатели YASA для подключаемого гибридного суперкара Koenigsegg Regera стоимостью 2 миллиона долларов, ставшего первым серийным автомобилем, оснащенным этой технологией. Затем были получены заказы от Ferrari и McLaren, прежде чем компания была приобретена Mercedes, хотя компания все еще работала с внешними партнерами.
Тем не менее, в 2023 году на рынке по-прежнему не будет массовых электромобилей с осевым магнитным потоком. Почему? Что ж, многие автопроизводители только начинают продавать свои первые электрические продукты, которые были разработаны до того, как работы YASA действительно стали доступны. Кроме того, двигатели с осевым магнитным потоком идеально подходят для установки между двигателем и трансмиссией благодаря своему плоскому профилю, поэтому высокопроизводительные гибриды кажутся производителям естественной отправной точкой для тестирования этой технологии.
Реальные возможности создания электромобилей еще не материализовались, но доктор Вулмер говорит, что это только вопрос времени. Он понимает будущее автомобилей для энтузиастов лучше, чем кто-либо в автомобильной промышленности, с которым я когда-либо разговаривал (официально), и он понимает, что дело не только в том, насколько быстро вы можете разогнаться до 60 миль в час. «Все строят быстрые электромобили, и в этом есть небольшая прибыль», — сказал он мне. Оказывается, это легко сделать. Мы можем увидеть множество быстрых и мощных машин от таких компаний, как Tesla, General Motors и других. Но теперь «менталитет изменился. Все понимают, что они быстрые. Теперь следующее изменение заключается в том, как сделать их более привлекательными, как сделать их более интересными».
Для этого необходимо снизить вес и более эффективно использовать энергию, а не просто запихивать в автомобиль больше аккумуляторов. Это именно то, что позволяет технология двигателей с осевым магнитным потоком. «Поскольку батареи совершенствуются, архитектура оптимизируется, а вес компонентов снижается, на самом деле нет причин, по которым они не могут быть легче автомобилей с двигателем внутреннего сгорания», — сказал мне доктор Вулмер.
Все это привело к появлению нового поколения двигателей YASA с осевым магнитным потоком, которые в настоящее время находятся в стадии разработки и появятся на рынке в этом десятилетии. Двигатели «будут производить более 30 кВт [40 л.с.] на килограмм». Эффект почти невероятный. 300-маленький автомобиль выходного дня, имеющий лошадиную силу, может быть оснащен двигателем, который весит меньше среднего арбуза.
Самое главное, что электромобили будут ездить и чувствовать себя по-другому, чем сегодня, даже если батареи по-прежнему тяжелее, чем хотелось бы большинству людей. «[Производители оригинального оборудования] пытаются найти дифференциацию в электромобилях, особенно когда у них есть бензиновые и дизельные автомобили». Новые технологии, подобные той, в которой преуспевает YASA, будут иметь ключевое значение для завоевания нишевых рынков и обеспечения уникальных впечатлений от вождения.
Идеальная конфигурация двигателя еще не определена. Автомобили с двигателями внутреннего сгорания разрабатывались на протяжении большей части 100 лет, и мы не можем ожидать, что электромобили сразу станут лучше во всем. Тем не менее, обещание ясно. Когда выйдет двигатель YASA следующего поколения, также будут усовершенствованы аккумуляторы, силовая электроника и многое другое. Скептицизм оправдан, но технология действительно существует и готова открыть двери новому поколению дешевых, легких и простых спортивных автомобилей.
