Οι καινοτομίες που αλλάζουν την αυτοκίνηση: Το μέλλον των επιδόσεων

Τα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα σήμερα χρησιμοποιούν ηλεκτροκινητήρες με την κλασική αρχιτεκτονική ακτινικής ροής. Πολλοί κατασκευαστές υψηλών επιδόσεων, όμως, που κάνουν τα πρώτα βήματα στον εξηλεκτρισμό με plug-in υβριδικές μονάδες ισχύος, έχουν στρέψει το ενδιαφέρον τους σε μια νέα γενιά ηλεκτροκινητήρων αξονικής ροής οι οποίοι χάρη στις μικρές διαστάσεις και την υψηλή τους απόδοση θεωρούνται από πολλούς ως ένα από τα επόμενα μεγάλα βήματα της ηλεκτροκίνησης.

Η βασική διαφορά μεταξύ των ηλεκτροκινητήρων ακτινικής και αξονικής ροής αφορά τη διαφορετική αρχιτεκτονική, καθώς στην πρώτη περίπτωση ο ρότορας και ο στάτορας που τον περιβάλλει έχουν κυλινδρική μορφή και το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται έχει ακτινική ροή από το κέντρο του άξονα περιστροφής προς τα έξω. Αντίθετα, στους αξονικούς κινητήρες ο στάτορας και ο ρότορας έχουν τη μορφή παράλληλων δίσκων δημιουργώντας ένα μαγνητικό πεδίο του οποίου η ροή είναι παράλληλη με αυτήν του άξονα περιστροφής. Βασικά πλεονεκτήματα των αξονικών κινητήρων θεωρούνται οι συμπαγείς διαστάσεις, η υψηλή απόδοση, αλλά και πολλά λειτουργικά χαρακτηριστικά.

Η επίπεδη διαμόρφωση οδηγεί σε μια δραστική μείωση των διαστάσεων και του βάρους που μπορεί να φτάσει έως και 50% σε σχέση με έναν συμβατικό ηλεκτροκινητήρα. Αυτό με τη σειρά του δίνει μεγάλη σχεδιαστική ευελιξία και καθιστά τους αξονικούς κινητήρες ιδανικούς για ενσωμάτωση σε άλλα μηχανικά σύνολα, όπως για παράδειγμα σε ένα κιβώτιο ή σε μια μετάδοση, ενώ φέρνει πιο κοντά την υλοποίηση της ιδέας ενός ηλεκτροκινητήρα απευθείας στον τροχό.

Την ίδια στιγμή η αρκετά μεγάλη ακτίνα του δίσκου του ρότορα συμβάλλει στην επίτευξη μιας σημαντικά υψηλότερης ροπής στον άξονα μετάδοσης. Επιπλέον, το πιο επίπεδο προφίλ και η μεγαλύτερη μετωπική επιφάνεια καθιστούν πιο εύκολη και πιο αποτελεσματική την ψύξη, κάτι που με τη σειρά του έχει θετικές επιπτώσεις στην ενεργειακή απόδοση.

Η YASA, με έδρα την Οξφόρδη, θεωρείται σήμερα πρωτοπόρος στους συγκεκριμένους κινητήρες. Δημιουργήθηκε ως start-up το 2009 και το 2021 εξαγοράστηκε από τη Mercedes-Benz που είδε στη βρετανική εταιρεία έναν πολύτιμο σύμμαχο για την υλοποίηση του προγράμματος εξηλεκτρισμού της.

Ο Simon Odling, επικεφαλής ανάπτυξης νέων τεχνολογιών της YASA, σημειώνει: «Δεν είναι όλοι οι ηλεκτροκινητήρες ίδιοι. Ο ακτινικός κινητήρας είναι μια καλή λύση που βοήθησε την ηλεκτροκίνηση στα πρώτα της βήματα, όμως τελικά δεν κουβαλά την τεχνολογία που θα φέρει την εξέλιξη». Οι ηλεκτροκινητήρες της YASA ξεχωρίζουν για την ιδιαίτερη σχεδίαση του στάτορα, η κυκλική επιφάνεια του οποίου είναι ουσιαστικά χωρισμένη σε μικρά τριγωνικά τμήματα, με καθένα από αυτά να έχει αυτόνομη περιέλιξη.

Αυτή η διαμόρφωση επιτρέπει, μεταξύ άλλων, καλύτερη κατανομή των θερμικών φορτίων, αλλά και ταχύτερη και πιο αποτελεσματική ψύξη μέσω κυκλώματος λαδιού, προς όφελος της απόδοσης αλλά και της σταθερότητας ακόμα και σε συνθήκες συνεχούς πίεσης. Τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά έχουν συγκεντρώσει την προσοχή πολλών κατασκευαστών supercars που βρίσκουν τους αξονικούς ηλεκτροκινητήρες ιδανικούς για την ενσωμάτωση σε plug-in υβριδικές μονάδες.

Παρά το γεγονός πως η YASA είναι θυγατρική της Mercedes-Benz, η βρετανική εταιρεία διατηρεί ισχυρές συνεργασίες μεταξύ άλλων με τη McLaren, τη Ferrari, τη Lamborghini και την Koenigsegg. Ενα από τα πιο πρόσφατα δείγματα αυτών των συνεργασιών είναι οι αξονικοί ηλεκτροκινητήρες που εξέλιξε η YASA για τη Lamborghini Temerario.

Η Temerario διαθέτει συνολικά τρεις ηλεκτροκινητήρες, δύο στον μπροστινό άξονα και έναν τρίτο που συνεργάζεται απευθείας με τον V8 κινητήρα που στέλνει ισχύ στους πίσω τροχούς. Καθένας από τους ηλεκτροκινητήρες της YASA αποδίδει 150 PS και 300 Nm, ενώ έχει διάμετρο 295 mm, πάχος 70 mm και ζυγίζει μόλις 17,3 kg.

Μέχρι στιγμής οι περισσότερες εφαρμογές κινητήρων της YASA αφορούν υβριδικά μοντέλα, όμως πολύ σύντομα αναμένεται να τους δούμε και σε αμιγώς ηλεκτρικά μοντέλα. Το πρωτότυπο Mercedes-Benz Vision One-Eleven είναι ενδεικτικό των σχεδίων που υπάρχουν για αξιοποίηση της τεχνολογίας της YASA σε ηλεκτρικά οχήματα υψηλών επιδόσεων.

Παράλληλα η εταιρεία, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο του Κράνφιλντ, δουλεύει επάνω στην κατάλληλη προσαρμογή της τεχνολογίας για την ανάπτυξη κινητήρων που θα είναι ενσωματωμένοι στον τροχό. Ενα τέτοιο επίτευγμα θα ισοδυναμεί με μια μικρή επανάσταση για την ηλεκτροκίνηση, καθώς θα επαναπροσδιορίσει πολλά δεδομένα και πιθανότατα θα μεταμορφώσει τη συνολική αρχιτεκτονική και τον σχεδιασμό των μελλοντικών ηλεκτρικών μοντέλων.

Ο ρόλος της Mercedes-Benz για την εξασφάλιση των απαραίτητων ερευνητικών πόρων αλλά και για την υποστήριξη ενός συνεχώς αναπτυσσόμενου εμπορικού χαρτοφυλακίου είναι καθοριστικός. «Από την άποψη της ανάπτυξης προϊόντων, η Mercedes μας παρομοιάζει με ταχύπλοο. Για εμάς η ίδια είναι ένα πετρελαιοφόρο», αναφέρει ο Odling.

Σήμερα η παραγωγή της εταιρείας κυμαίνεται σε περίπου 20.000 κινητήρες ετησίως, όμως μελλοντικά αυτός ο αριθμός θα πολλαπλασιαστεί όταν θα ξεκινήσει η τοποθέτηση των προϊόντων της σε αμιγώς ηλεκτρικά μοντέλα της Mercedes-Benz και άλλων συνεργαζόμενων εταιρειών.

Οι πόροι και κυρίως η τεχνογνωσία της Mercedes-Benz στον τομέα της παραγωγής θα επιτρέψουν στη YASA να βελτιώσει την απόδοση, τον όγκο, την ικανότητα και την ποιότητα σε βαθμό που δεν θα μπορούσε ποτέ να διαχειριστεί μόνη της. «Μπορεί να είμαστε σε θέση να κατασκευάζουμε δεκάδες χιλιάδες κινητήρες ετησίως, όμως η ανάπτυξη της τεχνολογίας μας και η συνεχής διεύρυνση της εμπορικής δραστηριότητας σε περισσότερα τμήματα της αγοράς θα οδηγήσει σε εκτόξευση των απαιτήσεων», τονίζει ο Odling.

«Είναι πολύ διαφορετικό να εξυπηρετούμε εφαρμογές υβριδικών σπορ μοντέλων μικρότερου όγκου παραγωγής από το να απευθυνόμαστε σε μια τεράστια αγορά αμιγώς ηλεκτρικών μοντέλων. Ενας τέτοιος όγκος παραγωγής χρειάζεται περισσότερη αυτοματοποίηση, ταχύτερα μηχανήματα και καλύτερη διαχείριση των πόρων. Η Mercedes-Benz μας προσφέρει όλα αυτά».

Ταυτόχρονα όμως αυτή η πρόκληση που καλείται να διαχειριστεί η YASA αποτελεί το κλειδί για την απελευθέρωση της δυναμικής της ηλεκτροκίνησης. Μέσα από την αύξηση του όγκου παραγωγής θα προκύψει μείωση του κόστους, ανοίγοντας τον δρόμο για την εφαρμογή σε περισσότερα και πιο προσιτά οχήματα.

«Αυτό ήταν πάντα το όραμά μας», επισημαίνει ο Odling. «Είναι η κατάλληλη τεχνολογία όχι μόνο για σπορ αυτοκίνητα επιδόσεων, αλλά για όλα τα ηλεκτρικά οχήματα. Πρόκειται για τεχνολογία υψηλής απόδοσης με χαμηλό βάρος και μειωμένες απαιτήσεις σε πρώτες ύλες: όλα όσα χρειάζεται το μέλλον της αυτοκινητοβιομηχανίας».