Електромотор з аксіальним потоком стане невід’ємною частиною суперкарів

Ще в 1889 році Ніколь Тесла запатентував примітивний електричний мотор з аксіальним потоком. Минуло аж 126 років, перш ніж ця ідея потрапила до автомобіля, а саме до гібридного Koenigsegg Regera з потужністю 1500 кінських сил (1103 кіловат), вартістю 1,9 мільйона доларів США, у 2015 році. Навіть сьогодні майже всі електромобілі та гібриди у світі покладаються на відносно неефективні, але прості у виробництві мотори з радіальним потоком

Розпочинається нова революція в електрифікації, і на чолі стоїть YASA 

Заснована у Великобританії Тімом Вулмером у 2009 році, ця компанія виросла з його докторського проекту в Оксфорді, а її новаторські мотори з аксіальним потоком живлять гібридні суперкари від справжніх легенд автопрому: Ferrari, Lamborghini, McLaren та Koenigsegg. Серед них Ferrari 296 Speciale та Lamborghini Temerario

Завдяки компактній конструкції та чудовому співвідношенню потужності до маси ці мотори встановлюють рекорди на суші, морі та в повітрі. Найшвидший електричний літак у світі, Rolls-Royce Spirit of Innovation, оснащений трьома моторами YASA для свого пропелера, розігнався до рекордних 559,9 км/год. Використовуючи технології з програми перегонів Formula E, Jaguar за допомогою моторів YASA встановив морський електричний рекорд швидкості 142,6 км/год в англійському Озерному краї у 2018 році (хоча цей рекорд згодом перевершили)

Заявлена щільність потужності втричі перевищує найкращі показники Tesla 

У серпні мотори YASA допомогли прототипу Mercedes-AMG GT XX встановити десятки рекордів витривалості для електромобілів. Кружачи італійським треком Нардо на постійній швидкості 300 км/год, цей Mercedes з потужністю близько 1000 кіловат (1360 кінських сил) проїжджав приблизно 5300 кілометрів на день. За 7,5 днів він подолав 40 075 кілометрів, рівно стільки, скільки становить окружність Землі. Цей час включав зупинки для зарядки на 850 кіловат

Mercedes придбав YASA повністю у 2021 році. Корпоративний батько Mercedes, Daimler, переобладнує завод у Берліні, аби виробляти до 100 000 моторів YASA на рік, для наступного логічного кроку: мотори вперше живитимуть масові електромобілі, зокрема від AMG, потужного підрозділу Mercedes з високопродуктивними моделями

Компанія нещодавно представила свій найновіший мотор, і його характеристики вражають: прототип з аксіальним потоком генерує пікову потужність 750 кіловат, або 1005 кінських сил, як показав тест на динамометрі. Мотор може видавати стабільно 350-400 кіловат (469-536 кінських сил). При цьому вся одиниця важить лише 12,7 кілограма. Вулмер стверджує, що щільність потужності 59 кіловат на кілограм є неофіційним світовим рекордом для електричного мотора, приблизно втричі вищою за провідні радіальні конструкції, включно з Tesla

«І це не просто ідея на екрані – мотор вже працює на динамометрах», каже Вулмер. «Ми створили електричний мотор, значно потужніший за все попереднє, і все це з матеріалами та процесами, які легко масштабувати»

Саймон Одлінг, керівник нових технологій YASA, пояснює технічні нюанси 

Звичайні мотори з радіальним потоком нагадують форму сосиски в тісті. Обертовий ротор розміщений всередині нерухомого статора. Лінії магнітного потоку орієнтовані радіально, перпендикулярно до центрального валу мотора. Ці лінії потоку відображають взаємодію магнітних полів постійних магнітів у роторі та електромагнітів у статорі. Саме ця взаємодія створює крутний момент

Конструкція з аксіальним потоком більше схожа на млинець. У конфігурації YASA пара набагато більших роторів розташована по обидва боки статора, і всі три елементи мають приблизно однаковий діаметр. Магнітний потік орієнтований аксіально, паралельно до валу. Оскільки крутний момент пропорційний квадрату діаметра ротора, конструкція з аксіальним потоком може генерувати значно більше крутного моменту, ніж подібний радіальний агрегат. Подвійні ротори з постійними магнітами подвоюють ключові компоненти для створення крутного моменту та забезпечують короткий магнітний шлях, що підвищує ефективність за рахунок зменшення втрат у магнітному полі

Одлінг зазначає, що мотори компанії важать приблизно третину від подібних радіальних машин і коротші, з цікавими перевагами для компонування автомобіля та зменшення маси. «Мотор ідеально вписується між двигуном і коробкою передач у гібридній системі, або створює дуже компактний привід для електромобіля», каже Одлінг. Така конфігурація також чудово підходить для колісних моторів, бо плоска форма легко вміщується в ширину автомобільних чи навіть мотоциклетних коліс

YASA також підкреслює економію маси. Каскадні переваги в архітектурі автомобіля можуть усунути щонайменше 200 кілограмів з сучасних електромобілів, стверджує компанія, приблизно половину з самих моторів, а решту з менших акумуляторів, гальм та легших опорних структур

Секретний соус YASA – м’який магнітний композит 

Назва компанії дає ще одну підказку щодо її технічної переваги: YASA розшифровується як «Архітектура без ярма та сегментована» (Yokeless and Segmented Architecture). Мотори позбавлені важкого залізного чи сталевого ярма, структурної та магнітної основи для мідних котушок у звичайному статорі. Натомість використовується м’який магнітний композит (SMC) – матеріал з дуже високою магнітною проникністю. Ця властивість робить матеріал ефективним провідником магнітного потоку, тож його застосовують для концентрації та спрямування поля в моторі. У типовому випадку котушки статора обгорнуті навколо структур з SMC

Вулмер почав вивчати SMC у середині 2000-х, коли ще не було потенційних клієнтів для його моторів: перша Tesla Roadster з’явилася на дорогах лише у 2008 році, а постачальники та інструменти для таких моторів тоді не існували. Ранні конструкції Вулмера з аксіальним потоком нарешті потрапили до Jaguar C-X75 у 2010 році, концепту, який скасували перед виробництвом. До 2019 року Ferrari інтегрувала один з моторів Вулмера у свій перший гібрид SF90

SMC став ключовою інновацією, бо мотори з аксіальним потоком не можна виробляти зі стекових сталевих ламінацій, як радіальні. Вулмер розділив статор на окремі «полюсні елементи» з SMC, які формують під тиском у різноманітні 3D-форми. Така гнучкість значно зменшує масу та втрати від вихрових струмів, а також полегшує охолодження. Там, де звичайний мотор може мати 30 кілограмів заліза, подібна конструкція YASA потребує лише 5 кілограмів для тієї ж потужності та крутного моменту

Статори YASA також включають плоскі мідні обмотки з прямим масляним охолодженням, каже Одлінг, без «захованої міді», до якої масло не дістається. Це значно покращує теплові характеристики та відновлення в напружених умовах, що може стати справжнім благом для високопродуктивних електромобілів

YASA проектує та розробляє свої мотори в Оксфордському центрі інновацій. У травні компанія відкрила нову «суперфабрику» аксіальних моторів у сусідньому Ярнтоні з потужністю понад 25 000 моторів на рік. Компанія також завдячує Британському центру передових рушійних систем (APC) як ключовому елементу свого зростання. Співпраця між урядом Великобританії, промисловістю та академією прискорює розвиток транспортних засобів з нульовими викидами для досягнення цілей Net Zero

YASA планує оприлюднити більше деталей про свій найновіший прототип мотора в грудні. Керівники компанії запевняють, що мотор готовий для клієнтів, без екзотичних матеріалів чи виробничих технік