Silnik na miarę XXI wieku
Technologia silników elektrycznych ewoluuje w zawrotnym tempie, a kolejne bariery wydają się być pokonywane niemal z miesiąca na miesiąc. W tym wyścigu o coraz lżejsze i mocniejsze jednostki napędowe jedna firma konsekwentnie przoduje, regularnie poprawiając własne osiągnięcia. Podczas testów w Oxfordzie prototypowy silnik strumienia osiowego YASA osiągnął gęstość mocy 59 kW/kg. Urządzenie o wadze zaledwie 12,7 kilograma jest w stanie generować krótkotrwałą moc szczytową na poziomie 750 kW, co odpowiada ponad tysiącowi koni mechanicznych. To o 40% lepszy wynik niż poprzedni rekord tej samej firmy, ustalony zaledwie kilka miesięcy wcześniej.
W imieniu całego zespołu YASA jestem dumny i podekscytowany, że tak szybko mogliśmy przebić nasze już i tak niezwykłe wyniki. Osiągnięcie mocy szczytowej 750 kW i gęstości 59 kW/kg to wielka walidacja naszej technologii strumienia osiowego nowej generacji – stwierdził Tim Woolmer, założyciel i dyrektor techniczny YASA
Wartości te robią jeszcze większe wrażenie, gdy porównamy je z ofertą konkurencji. Inni producenci, tacy jak Helix, Donut Labs czy H3X, oferują rozwiązania o gęstości mocy mieszczącej się w przedziale od 13 do 25 kW/kg. Nawet poprzedni rekordzista, firma Evolito z silnikiem D250, osiągał wynik 28 kW/kg – warto przy tym zaznaczyć, że ta spółka również wywodzi się z wczesnych technologii YASA.
Gdzie leży fenomen nowej technologii?
Czym właściwie jest silnik strumienia osiowego i dlaczego jego konstrukcja pozwala na takie osiągi? Kluczowa różnica polega na ułożeniu szczeliny między rotorem a statorem. W tej geometrii strumień magnetyczny jest równoległy do osi obrotu, co przekłada się na szereg korzyści w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami promieniowymi.
Wydajność silnika na hamowni przewyższyła nawet nasze najbardziej optymistyczne symulacje. To rzeczywisty sprzęt, w rzeczywistym życiu, dostarczający rzeczywistych danych – i działa pięknie – dodaje Simon Odling, dyrektor ds. nowych technologii w YASA
Zalety tej konstrukcji są niepodważalne: oferuje ona trzykrotnie większą gęstość mocy przy jednoczesnym zmniejszeniu wagi o dwie trzecie i rozmiaru o jedną trzecią. Do tego dochodzi czterokrotnie wyższy moment obrotowy i lepsza sprawność energetyczna. Jedynym istotnym ograniczeniem jest niższa prędkość maksymalna, co jednak w praktyce ma marginalne znaczenie dla większości zastosowań. Nazwa YASA to skrót od „Yokeless And Segmented Armature”, co odnosi się do technologii opracowanej przez Tima Woolmera podczas studiów doktoranckich.
Byłem na piątym tygodniu doktoratu na Uniwersytecie Oksfordzkim, kiedy nagle zdałem sobie sprawę, że istnieje znacznie lepszy sposób budowy maszyny elektrycznej zwanej silnikiem strumienia osiowego typu torus. Moje odkrycie polegało na tym, że usuwając jarzmo statora i dzieląc go na segmenty, mogliśmy zmniejszyć wagę silnika, a jednocześnie poprawić jego moment obrotowy, gęstość mocy, sprawność i technologiczność – tłumaczy Woolmer
Co ciekawe, ten przełomowy wynik osiągnięto bez stosowania egzotycznych materiałów. Sukces wynika przede wszystkim z zaawansowanego zarządzania termicznego i precyzyjnej inżynierii, co budzi optymizm co do możliwości masowej produkcji.
Genialne osiągi nie tylko w ścianach laboratorium
Technologia YASA nie jest jedynie laboratoryjnym eksperymentem. Jej praktyczne zastosowanie możemy już obserwować w supersamochodach takich jak Koenigsegg Regera czy hybrydowe Ferrari Stradale SF90. Po przejęciu firmy przez Mercedesa w 2021 roku, silniki strumienia osiowego trafiły również do konceptu Vision One Eleven, a pod koniec ubiegłego roku zintegrowano je z architekturą Mercedes AMG.EA. Obecnie prototyp przechodzi zaawansowane testy w ośrodku badawczym YASA w Oxfordzie. Fakt, że mamy do czynienia z w pełni funkcjonalną jednostką, a nie tylko koncepcją, sugeruje, iż technologia może trafić do seryjnej produkcji w ciągu najbliższych kilku lat.
Czytaj też: Toshiba i Airbus łączą siły. Nadprzewodzący silnik napędzi samoloty na wodór
Patrząc na te liczby, trudno nie odnieść wrażenia, że stoimy przed kolejnym kamieniem milowym w rozwoju napędów elektrycznych. Oczywiście laboratoryjne rekordy to jedno, a masowa produkcja w akceptowalnej cenie to zupełnie inna sprawa. Jeśli jednak YASA zdoła utrzymać podobne parametry w jednostkach seryjnych, możemy być świadkami prawdziwej zmiany w projektowaniu przyszłych pojazdów elektrycznych. Ciągła moc na poziomie 350-400 kW przy tak niewielkiej wadze otwiera zupełnie nowe możliwości przed konstruktorami, którzy zyskają bezprecedensową swobodę w rozmieszczaniu komponentów napędowych.