Nowa generacja mechanizmów napędowych zębatych wysokiej wydajności
Obecnie silniki w pełni elektryczne i hybrydowe osiągają swoją najwyższą wydajność — około 95% — w zakresie prędkości od jednej czwartej do jednej trzeciej maksymalnej prędkości obrotowej. Jednak w mnogości cykli jezdnych silnik operuje w szerszym zakresie prędkości i przy częściowym obciążeniu, czego efektem jest niższa wydajność całkowita. W finansowanym przez UE projekcie "Materials and drives for high & wide efficiency electric powertrains" (HI-WI) skupiono się na niedopasowaniu między regionem wysokiej wydajności a szerokim regionem częstego działania z naciskiem na postępy w projektowaniu i wytwarzaniu mechanizmów napędowych. Przedmiotem szczególnej uwagi była optymalizacja osiągów mechanizmów napędowych w całym cyklu jezdnym, nie zaś w pojedynczym jego punkcie. Uczestnicy projektu HI-WI zademonstrowali, że całkowita wydajność systemu może zostać zwiększona, dzięki użyciu mechanizm napędu rozproszonego wraz z odmiennymi technologiami maszynowymi w jego przedniej i tylnej części. Aby uzyskać wysoką wydajność w szerokim zakresie działania, silniki dla jednej z osi powinny mieć wysoką wydajność, natomiast silniki dla drugiej osi powinny wykazywać się niską stratą na biegu jałowym. Kolejnym osiągnięciem projektu było opracowanie inteligentnych systemów zasilania, aby zapewnić wysoce zintegrowaną, wydajną energetycznie konwersję mocy przy użyciu technologii, które zmniejszają straty energetyczne i potencjalne perturbacje mogące zakłócić działanie innych komponentów elektronicznych. Poza korzyściami w zakresie wydajności, zespół projektu HI-WI zestawił swoją nowatorską metodę projektowania z osiągnięciami w dziedzinie materiałów magnetycznych. Postępy w dziedzinie wytwarzania w skali nano pozwoliły stworzyć magnesy trwałe o idealnej geometrii, zmniejszonym rozmiarze i masie, a także ulepszonych właściwościach mechanicznych i termicznych. W przypadku projektowania i produkcji wysokosprawnych materiałów magnetycznych, naukowcy zbadali syntezę nowatorskich kompozytów magnetycznych jako wstępnie formowanych komponentów ogólnych i przeprowadzili modelowanie ich właściwości i zachowania. Użycie tego typu materiałów pozwoliło zminimalizować zależność od metali ziem rzadkich, zredukować zawartość dysprozu o blisko 80% i poprawić moment obrotowy silnika. Postępy dokonane w ramach projektu w dziedzinie modelowania magnetycznego i narzędzi do symulacji powinny stworzyć możliwość przeprowadzenia dogłębnych badań materiałów o strukturze nano i nanokompozytów, a także obliczenia wydajności maszynowej. Rezultaty projektu HI-WI powinny przyczynić się do opracowania europejskiej platformy standardowej technologii referencyjnej dla potrzeb projektowania pojazdów elektrycznych. Platforma ta będzie obejmować architektury, modele, metody i narzędzia do tworzenia, weryfikacji, walidacji i testowania systemów wbudowanych operujących w czasie rzeczywistym.
Słowa kluczowe
Mechanizmy napędowe, silniki elektryczne, systemy napędowe, metale ziem rzadkich, pojazd elektryczny
