Les voitures électriques du XIXe siècle étaient aussi susceptibles d'utiliser des moteurs intérieurs que des moteurs à roue. OG Car-Guy Ferdinand Porsche a couru un EV à moteur de roue à Vienne, en Autriche, en 1897, et Lohnerandothers a construit des versions de production de 1900 à 1920. Porsche a également utilisé un entraînement direct qui a éliminé la frottement des offres de vitesses ou de chaîne, mais ses moteurs manquaient également de la multiplication du couple. Ainsi, le cuivre et le fer nécessaires pour générer un couple suffisant pour accélérer ses batteries lourdes ont abouti à 320 livres moteurs.
Ce poids non suspendu dégrade sérieusement la qualité de conduite d'un véhicule et la manipulation dynamique tout en ajoutant des coûts considérables, et les moteurs aux roues éprouvent beaucoup plus de choc, de vibrations et de risques de contamination. En conséquence, peu de véhicules électriques ont utilisé moteurs de brouillard depuis. (Lightyear et Lordstown Motors ont produit quelques véhicules de ce type avant de faire faillite, chacun utilisant des moteurs Elaphe Wheel-Hub.) Mais les développements récents indiquent que le concept est mûr pour une renaissance – comme l'investissement de 30 millions de dollars BMW vient de faire dans le fournisseur de moteur Hub Deepdrive.
En 2018, Orbis Wheels a démontré un moteur monté sur le hub qui a résolu le problème de la culture du couple de Porsche en conduisant un engrenage de pignon qui a tourné un engrenage sur la roue. Nous avons testé le véhicule de preuve de concept d'Orbis, Une Honda Civic Type R avec deux moteurs de vélos électriques de 50 ch / 70 lb-pi conduisant les roues arrière. Ils ont rasé 1,7 seconde du temps de 0 à 60. En utilisant également un petit étrier de frein, engageant l'intérieur d'un rotor de plus grand diamètre, plus mince et monté sur les roues, les économies de poids dans le système de freinage compensent efficacement le poids non traité du moteur.
Cette configuration était désespérément bruyante et fragile, mais l'innovation et le développement continus l'ont suffisamment affiné pour attirer désormais l'intérêt de la production OEM et du marché secondaire.
Innovation Orbis No. 1: moteur de flux axial réglable modulaire
Motors de flux axial de style «Pancake» Sandwich un rotor aimant permanent en forme de disque entre les disques du stator. La version d'Orbis est accordable de deux manières: pour la configuration la plus forte et la plus maigre imaginable, spécifie un seul rotor équipé d'aimants rare-terrains. Les applications avec un peu plus de profondeur mais moins de budget pour fonctionner peuvent s'adapter à un deuxième rotor et utiliser des aimants de ferrite domestiques. Orbis peut affiner la sortie en mélangeant les aimants de la terre rare et de ferrite sur les rotors. La réduction des matériaux de terres rares abaisse les coûts et l'approvisionnement en malboulages, réduit la chaleur générée, améliore l'efficacité et permet aux moteurs de mieux faire face à «l'affaiblissement du champ» à des vitesses plus élevées (la résistance au champ du stator baisse, réduisant le couple tout en maintenant une puissance constante). Cela permet à une conception de base de livrer entre 184 et 738 lb-pi.
Innovation Orbis No. 2: Multiplication du couple planétaire
Ces chiffres semblent impressionnants dans notre cadre de référence de sortie de l'arbre à moteur, mais les moteurs EV d'aujourd'hui alimentent un lecteur de réduction qui multiplie le couple – typiquement par quelque chose comme 8: 1. Orbis réalise la multiplication du couple au niveau du moyeu de roue en utilisant un engrenage de réduction planétaire simple qui s'adapte à peu près à l'espace autrement consommé par le joint à vitesse constante d'un arbre à demi-arbre et fournit une multiplication allant de 2,50: 1 à 5,25: 1.
Ce n'est pas une nouvelle idée: en 1884, le Missourian Wellington Adams a reçu un brevet US300827a américain pour un concept similaire appliqué à un moteur de roue de train électrique. Aujourd'hui, un tel engrenage de réduction est quelque peu courant dans les vélos électriques, mais aucun autre joueur établi dans le jeu de moteur de roue EV ne l'utilise. Et la solution d'engrenage interne d'Orbis répond déjà aux cibles du bruit OEM.
Trois variables importantes
Les OEM qui cherchent à mettre un PHEV abordable sur le marché peuvent électrifier un essieu non rendu avec deux moteurs à rotor monocytores à 184 lb de rarement capables de fournir entre 922 et 1 936 lb-pi à l'essieu, selon les engrenages. Passant à des aimants rare ou L'ajout d'une deuxième paire de rotors double ces chiffres; faire les deux les double à nouveau. Ces deux petits moteurs de hub de roue peuvent donc simuler un seul moteur intérieur fonctionnant de 8: 1 qui fait entre 115 et 968 lb-pi.
Avec 0% des aimants rare-terrains (par exemple, ferrite)
Avec des aimants à terre rare (par exemple, le néodyme)
Masse et performance non suspendues
Un OEM mondial majeur a organisé un événement pour évaluer les options Hub-Motor pour électrifier les véhicules existants, invitant Deepdrive, Elaphe, Protean et Orbis. Avant d'évaluer ces moteurs, il a équipé une voiture de sport à combustion de sa gamme avec environ 50 livres de poids mort ajouté à chaque roue à un seul essieu. Seuls trois participants pourraient identifier correctement lesquels des deux voitures autrement identiques portaient la masse non suspendue supplémentaire.
Pourtant, une expérience approfondie d'optimisation du couple par masse a donné à Orbis un avantage spécifique à Torque, offrant 49 à 117 pour cent de meilleur couple de roue / poids que ses concurrents à entraînement direct. Les moteurs de démonstration d'Orbis ont ajouté environ 25 livres à chaque coin, mais ceux de la production n'ajouteraient qu'environ 5 livres, et la voiture devrait finir par au moins 50 à 100 livres plus légère. Ces économies permettent de passer des batteries NMC à une chimie de phosphate de fer plus chère, plus volumineuse et plus lourde avec une pénalité peu ou pas de gamme, de coût, de poids ou d'emballage.
La démo OEM était basée sur un modèle EV hérité avec le moteur intérieur retiré. La voiture d'essai était la consommation de batterie limitée à environ la moitié de la sortie totale nominale des deux moteurs d'Orbis, laissant 0 à 60 performances inchangées, mais la voiture de démonstration a gagné la capacité de vectorisation de couple, et le retrait du moteur intérieur a libéré le volume de passager / cargaison utile.
Et la durabilité?
Parce que le boîtier moteur sert de suspension vertical et mène toutes les charges de pneu à suspension, elle est très rigide. L'étanchéité est aux normes IP67 (poussière serrée et étanche à l'eau pendant 30 minutes à 3 pieds de profondeur) et Orbis conserve les roulements de roue OEM. Et avec des précautions appropriées-déformation-relief, le câblage haute tension et les connexions de plomberie de liquide de refroidissement en glycol ne sont pas problématiques.
Opportunités du marché secondaire
Orbis a passé deux ans à certifier un kit pour électrifier l'essieu non entraîné d'une camionnette de livraison qui ne prend que trois heures à installer. Sur un Ford Transit, l'utilisation d'une batterie NMC de 14 kWh sur un marché où le carburant coûte 5 $ le gallon devrait retourner 2 650 $ en économies de carburant annuelles, remboursant facilement un coût initial de 16 000 $. Et le GLOV Fitment de Global ci-dessus partage une plate-forme avec un véhicule de marché nord-américain populaire auprès de l'ensemble de tuner, il y a donc un intérêt du marché secondaire pour la production d'un kit de rénovation AWD Orbis (peut-être avec les lecteurs de médias plus tard cette année).
Une application que nous n'avons pas vue venir
Saviez-vous que les semi-remorques réfrigérés utilisent leurs propres moteurs diesel? Les alternatives entièrement électriques nécessitent une très grande batterie plus la charge de niveau 2 ou de niveau 3. L'utilisation de versions refroidies par air plus simples des moteurs de roue Orbis pour générer de l'énergie – 23 kW pendant le freinage, 9 kW continu pendant la croisière – permet de couper la taille de la batterie en deux. Cette configuration est déjà en vente, aidant à réduire les coûts pour électrifier les flottes de camionnage réfrigérées.
Je dois me demander: où serait le monde en ce moment que Ferdinand Porsche a rencontré Wellington Adams à l'époque? Les moteurs de moyeu électrique légers et à engrenages auraient-ils établi un statu quo du groupe motopropulseur?
La conception modulaire d'Orbis permet à l'emballage de base représenté, mesurant 16,5 pouces de diamètre de 4,3 pouces de large et en ajoutant moins de 25 livres non devises, pour livrer entre 461 et 1 936 lb-pi à chaque roue avec un seul rotor, selon l'engrenage et la charge d'aimant rare. L'ajout d'un deuxième rotor élargit l'emballage de 2,4 pouces, ajoute environ 10 lb et augmente la sortie de couple de roue à 922–3 872 lb-pi. Dans cette image, le rotor se connecte à la vitesse solaire, tandis que le tambour, le disque de frein et la roue se connectent au transporteur de la planète. L'engrenage de l'anneau reste stationnaire.
Miracle d'emballage: c'est le lecteur de réduction de l'équipement emballé dans ce «chapeau» où une articulation CV irait, entre les liaisons de suspension de production existantes. L'étrier de service et de frein de stationnement se balance à l'intérieur pour retirer le disque et le boîtier de moteur extérieur «cloche» pour le service. Les lignes électriques (orange) et les tuyaux de liquide de refroidissement (noir) sont conçues pour se fléchir à travers les voyages de suspension complète.
La partie verte de la chaux du moteur reste stationnaire; Les «rayons» noirs qui tournent avec la roue se fixent également au rotor de frein.
