La nueva era del automóvil: El Porsche Taycan Turbo S eléctrico.
Casa de máquinas en el Porsche Taycan: el motor eléctrico y la caja de cambios de dos velocidades (delantera) están dispuestos en paralelo al eje trasero. La electrónica de potencia se encuentra en la parte superior.
Pieza central del motor eléctrico en el Porsche Taycan: el estator del motor electrónico consiste esencialmente en discos circulares de chapa metálica en capas en un tubo y las bobinas de cobre. Los alambres doblados en forma de U se insertan en los huecos del tubo y se conectan entre sí.
Compacto: la transmisión del eje delantero del Porsche Taycan está diseñada para ahorrar aún más espacio que la unidad de transmisión en la parte trasera. El motor y la caja de cambios están dispuestos coaxialmente; el rotor, la caja de cambios y los semiejes están alineados.
Masa del volante del motor eléctrico del Porsche Taycan: el rotor está lleno de imanes permanentes dispuestos en forma de V.
Por favor, siéntese. Si pisa por completo el pedal del acelerador de un Porsche Taycan Turbo S, experimentará 12.000 razones para elegir una posición de asiento estable. El conductor y los pasajeros se presionan contra la tapicería de una manera que casi les quita el aliento cuando el modelo superior del automóvil deportivo eléctrico libera su par colectivo de 12.000 Nm en las cuatro ruedas a la vez).
La potencia concentrada se descarga por completo sin demora y el empuje de los dos motores eléctricos en los ejes delantero y trasero permanece prácticamente sin cambios hasta la velocidad máxima.
Los simples motores de CC de antaño han sido reemplazados desde hace mucho tiempo por máquinas más sofisticadas. Sin embargo, el principio físico básico sigue siendo el mismo: el magnetismo.
Un imán siempre consta de un polo norte y un polo sur. Los polos desiguales se atraen; los polos iguales se repelen. Por un lado, están los imanes permanentes, que se basan en la interacción de partículas elementales. Por otro lado, los campos magnéticos también surgen cada vez que se mueve una carga eléctrica.
Para amplificar el electromagnetismo en juego, el conductor portador de corriente en un motor eléctrico está dispuesto para formar una bobina. Los electroimanes y, según el diseño del motor, los imanes permanentes están dispuestos en dos componentes. La parte estacionaria se llama estator, la parte giratoria es el rotor,
PSM en lugar de ASM
No todos los tipos de motores eléctricos son adecuados para propulsar un vehículo. Porsche utiliza la máquina síncrona con excitación permanente (PSM). En comparación con el diseño predominantemente utilizado, la máquina asíncrona más barata (ASM), el PSM ofrece una salida continua más alta porque se sobrecalienta con menos facilidad y, por lo tanto, no es necesario apagarlo.
El PSM de Porsche se alimenta y controla a través de la electrónica de potencia con voltaje CA trifásico: la velocidad del motor está determinada por la frecuencia a la que el voltaje alterno oscila alrededor del punto cero de más a menos. En los motores Taycan, el inversor de pulso establece la frecuencia del campo giratorio en el estator, regulando así la velocidad del rotor.
Esta dosis de adrenalina es el ingrediente activo de la exclusiva tecnología de propulsión de Porsche. No es una coincidencia que el reconocido Centro de Gestión Automotriz (CAM) declarara al Taycan como el modelo más innovador del mundo en 2020. En Porsche, la innovación siempre ha significado llevar la tecnología al extremo. En este caso, eso significa explotar el potencial de la propulsión eléctrica de una manera que nadie ha hecho antes.
Motores de cubo de rueda de dirección de Ferdinand Porsche
Porsche no presentó este concepto ayer, ni siquiera el día anterior. De hecho, fue hace más de 120 años. En ese momento, un joven Ferdinand Porsche logró una primicia mundial cuando desarrolló vehículos eléctricos con motores de cubo de rueda direccionados.
Las posibilidades que ofrece la movilidad eléctrica impulsaron su ambición deportiva y su coche de carreras se convirtió en el primer vehículo de pasajeros con tracción total del mundo.
El rotor contiene imanes permanentes de alta calidad con aleaciones de neodimio-hierro-boro que se magnetizan permanentemente durante el proceso de fabricación a través de un fuerte campo magnético direccional.
Los imanes permanentes también permiten un alto grado de recuperación de energía mediante la recuperación durante el frenado.
En el modo de sobremarcha, el motor eléctrico entra en modo regenerativo mientras que los imanes inducen voltaje y corriente en el devanado del estator. El rendimiento de recuperación del motor eléctrico Porsche es el mejor de la competencia.
Bobinado en horquilla: una característica especial de los motores Taycan
Tecnología llevada al límite: este gen Porsche se refleja en una característica especial de los motores Taycan, conocida como bobinado en horquilla.
Aquí, las bobinas del estator consisten en cables que no son redondos sino rectangulares. Y a diferencia de los procesos de bobinado clásicos en los que el alambre de cobre se obtiene de un carrete sin fin, la tecnología de horquilla es lo que se conoce como un proceso de ensamblaje basado en conformado.
Esto significa que el alambre de cobre rectangular se divide en secciones individuales y se dobla en forma de U, similar a una horquilla.
Estas 'horquillas' individuales se insertan en las láminas del estator en las que se monta el devanado de tal manera que las superficies de la sección transversal rectangular se encuentran una encima de la otra.
Esta es la ventaja decisiva que ofrece la tecnología de horquilla: permite que los cables se empaqueten más densamente, agregando así más cobre al estator.
Mientras que los métodos de bobinado convencionales tienen un factor de llenado de cobre, como se le conoce, de alrededor del 50 por ciento, la tecnología utilizada por Porsche tiene un factor de llenado de casi el 70 por ciento.
Esto aumenta la potencia y el par con el mismo espacio de instalación. Los extremos de las horquillas de alambre se sueldan entre sí por láser, creando la bobina.
Otra ventaja importante es que el contacto homogéneo entre alambres de cobre adyacentes mejora la transferencia de calor y un estator de horquilla se puede enfriar de manera mucho más eficiente. Los motores eléctricos convierten más del 90 por ciento de la energía en propulsión. Pero al igual que en un motor de combustión interna, las pérdidas se convierten en calor que hay que disipar.
Culminación de la experiencia de Porsche en el inversor de impulsos
Para controlar con precisión un motor síncrono excitado permanentemente, la electrónica de potencia debe conocer la posición angular exacta del rotor. Para esto es el resolutor.
Consiste en un disco de rotor hecho de metal conductor de campo, una bobina excitadora y dos bobinas receptoras. La bobina excitadora genera un campo magnético que se transmite a través del codificador a los devanados receptores.
Esto induce un voltaje en las bobinas receptoras, cuya posición de fase se desplaza proporcionalmente a la posición del rotor. El sistema de control puede utilizar esta información para calcular la posición angular exacta del rotor.
Este sistema de control, conocido como inversor de impulsos, es la culminación de la experiencia de Porsche. Es responsable de convertir la corriente continua de la batería a 800 voltios en corriente alterna y suministrarla a los dos motores eléctricos.
Porsche fue el primer fabricante en implementar un nivel de voltaje de 800 voltios.
Desarrollado originalmente para el coche de carreras Porsche 919 Hybrid, este voltaje ahora reduce el peso y el espacio de instalación en la producción en serie gracias a cables más delgados, lo que permite tiempos de carga más cortos. Los motores eléctricos alcanzan hasta 16.000 revoluciones por minuto.
Para hacer un uso óptimo de este rango de velocidades para la distinción característica de Porsche entre dinámica, eficiencia y velocidad máxima, las unidades de tracción delantera y trasera tienen cada una su propia transmisión.
El Taycan es el primer automóvil deportivo eléctrico que tiene una transmisión con dos marchas cambiables en el eje trasero, la primera de las cuales tiene una relación de reducción muy corta. En el eje delantero, una caja de cambios planetaria de entrada transmite potencia a las ruedas.
Estos se combinan para darle al Taycan Turbo S sus poderosos poderes. En el eje delantero, la relación de transmisión traduce los 440 Nm generados por el motor eléctrico en unos 3.000 Nm en las ruedas. Unos 610 Nm del motor del eje trasero se multiplican en la primera marcha a unos 9.000 Nm de par del eje.
La tarea de la segunda marcha de relación más larga es garantizar la eficiencia y las reservas de potencia a alta velocidad. Esta es una tecnología pionera, aplicada hasta el más mínimo detalle, y una continuación de la tradición de innovación de Porsche en la era de la propulsión eléctrica.
