Um motor elétrico inovador que promete uma economia significativa no espaço e peso para aplicações em veículos fora de estrada, pode chegar ao mercado em breve.
A colaboração entre o especialista em transmissão americano Oerlikon Fairfield e Ashwoods Electrical Motors do Reino Unido, levou ao desenvolvimento de um novo dispositivo ultra-compacto que é até 70% menor e mais leve e 20% mais eficiente do que motores estabelecidos existentes utilizados em aplicações de tração fora da estrada que utilizam motores de corrente contínua ou motores de indução acoplados a uma caixa de engrenagens planetária. O motor elétrico inovador que ainda não recebeu um nome formal, compreende os produtos existentes de ambas as empresas - ou seja o Oerlikon Fairfield Torque Hub e o Interior Permanent Magne (IPM) da Ashwoods.
Um documento técnico publicado pelas duas empresas, fornece detalhes sobre uma unidade de 76kg, 293 milímetros de diâmetro e 408 milímetros de comprimento, que oferece até 3846Nm de torque de saída e um torque máximo de freio de 4807.5Nm. A potência máxima é de 9kW com uma velocidade superior de saída de 62rpm.
Isto é obtido com uma configuração que proporciona uma relação planetário tripla do comprimento de um design de padrão planetário duplo. Além disso, estas duas tecnologias são combinadas com um freio de estacionamento elétrico integrado, o que permitiu a eliminação de vários componentes duplicados ou redundantes - por exemplo, um veio comum é usado para o motor, freio e transmissão - uma técnica que também ajuda a economizar peso, custo e espaço de embalagem.
Aplicações mais amplas fora de estrada
Estes números de desempenho são confirmados por Dean Elmore, vice-presidente de engenharia, sistemas de acionamento das Americas para a Oerlikon Fairfield com sede em Lafayette, Indiana. "O produto Torque Hub já é amplamente utilizado em aplicações fora de estrada, tais como plataformas aéreas de trabalho (AWPs) e outras máquinas de construção, mineração e agrícolas", diz ele. "Mas, integrando os produtos Ashwoods, nós podemos produzir uma unidade muito compacta que será otimizada para atender a uma variedade de aplicações." Ele explica que os atuais produtos de acionamento elétrico da empresa centram-se principalmente no âmbito dos AWPs, mas que a compacidade da nova unidade irá torná-lo capaz de ser utilizado em máquinas tais como empilhadeiras e mini-escavadoras.
Elmore identifica "as características únicas do interior de motores com ímã permanente" como crucial para o desempenho que o novo dispositivo atinge. A este respeito, como se reconhece, o uso de motores Ashwoods é particularmente digno de nota. "O motor Ashwoods é novo para a indústria e oferece uma unidade muito compacta que excede o torque e a eficiência de produtos competitivos", diz ele. O ponto-chave de um IPM é que ele combina tecnologias de motor de imã permanente e de relutância. A característica distintiva do antigo é que ele pode produzir torque sem qualquer uso de ímãs enquanto o segundo atinge uma densidade muito elevada de torque como uma consequência da elevada densidade de fluxo no entreferro produzido pelo uso de ímãs de terras raras.
Design do ímã encapsulado
Combinar com êxito estas duas abordagens resulta em um motor que pode proporcionar uma densidade de torque semelhante a um motor de imã permanente equivalente, mas com até 70% menos material magnético. Uma das maneiras que isto é conseguido é através da incorporação dos ímãs no rotor, o que elimina o risco de falha causada por um íman de separação a partir do rotor. Um benefício adicional de encapsular completamente os ímãs deste modo que podem ser protegidos tanto da fadiga ambiental como da vibração.
No caso de produtos IPM Ashwoods, a Oerlikon é de opinião que eles têm o benefício particular de terem sido desenvolvidos desde o início com mercados altamente competitivos, com veículos fora de estrada, em mente. Ele também ressalta que o projeto Ashwoods efetivamente combate uma das desvantagens tradicionais do conceito de motor de imã permanente interior geral, com seu peso e volume relativamente baixo significa que o núcleo do motor não pode funcionar eficazmente como um dissipador de calor para distribuir perdas criadas dentro da máquina. As unidades Ashwoods contorna esta situação através de uma técnica de circulação de ar inteligente que permite uma operação de alta potência contínua.
Mas Elmore também foi bastante explícito quanto ao grande desafio envolvido na integração de um motor IPM em um produto que poderia satisfazer as necessidades reais do mercado - em outras palavras, a relação custo-benefício. "Motores da IPM são amplamente utilizados na indústria automobilística hoje, mas eles são altamente otimizados para desempenho e, portanto, caros. Mas Ashwoods escalou seus motores IPM de alto custo, modelos altamente otimizadas e aplicações direcionadas competitivas fora de estrada", explica.
Integrando o freio de estacionamento
Em particular, diz Elmore, uma questão-chave foi a de "integração dos dois componentes, otimizando a força da compacidade do motor." Ele também reconhece que a integração bem sucedida do terceiro elemento da unidade - o freio de estacionamento - também é importante. "Ele é um componente chave de um sistema de acionamento elétrico e essa integração é muitas vezes necessária em muitas aplicações onde o veículo necessita manter um gradiente", afirma. "A integração do freio de acionamento elétrico não é nova, mas tanto Ashwoods como Fairfield trabalharam em conjunto para integrar o componente de tal forma que a compacidade do projeto pode ser maximizada."
Curiosamente Elmore admite que, enquanto o design atual fornece dimensões competitivas em termos de compacidade, ainda há algum trabalho a ser feito para encurtar o comprimento total do pacote. "Este trabalho está em andamento", ele afirma enfaticamente, acrescentando que está confiante de que o novo produto tem algo bastante diferente para oferecer às empresas que pretendam instalar em veículos. "A força do pacote de acionamento elétrico vem da facilidade de montagem para o cliente", diz ele. "A unidade está concebida de tal modo que ele pode ser montado num veículo, sem grande modificação de design na montagem."
"Ao integrar os produtos Ashwoods e Torque Hub, nós podemos produzir uma unidade muito compacta que será otimizada para atender a uma variedade de aplicações" - Dean Elmore, Oerlikon Fairfield
Montagem simples e teste completo
O processo de montagem para o próprio produto não será complicado. "Devido à baixa quantidade anual de produtos fora de estrada, o processo de montagem é principalmente manual," ele confirma. No entanto, ele acrescenta que "100% de verificação funcional através de testes de produção automatizada" significa que Oerlikon Fairfield está totalmente confiante sobre os níveis de qualidade que será capaz de construir para o produto. Enquanto isso, a empresa também indica que o teste prático que realizou vindicou suas projeções otimistas sobre o desempenho provável do produto.
"Até agora, o teste provou que a potência e eficiência são muito impressionantes quando relacionadas ao tamanho do motor", relata Elmore. "Maior eficiência não só significa que a unidade utiliza menos energia para criar a mesma quantidade de energia durante a condição de unidade, mas também que pode recuperar mais energia durante freagem regenerativa. Isto resulta numa duração mais longa do motor para um veículo elétrico integral e maior eficiência de combustível para um veículo híbrido." Testes adicionais, no entanto, estão previstos. "Estes testes de laboratório e de campo ainda estão em andamento e metas específicas de eficiência de veículo serão medidas em poucos meses", diz ele. "Continuamos a avaliar e implementar a integração e melhoria de custos e ideias."
Ainda mais significativamente, os usuários reais possíveis estão agora também se envolvendo no processo de preparação do produto para aprovação final, fabricação e liberação para o mercado. "Também estamos avaliando vários clientes potenciais e protótipos estão sendo testados em clientes," confirma Elmore.
