Il record mondiale di accelerazione da 0-100 Km/h in soli 1.513 secondi appartiene ad AMZ Racing, monoposto elettrica progettata e costruita da un team di studenti di Ingegneria del Politecnico di Zurigo. Andiamo a scoprire come il giovane team dell’Università di Padova “Race UP”, montando la stessa configurazione di motori elettrici sulla loro monoposto “Evolution-e”, aspira a raggiungere il livello di AMZ Racing.

Le due monoposto gareggiano nelle gare internazionali di Formula SAE contro vetture sviluppate delle Università di tutto il mondo. La Formula SAE è una competizione ingegneristica che prevede la concezione, progettazione e produzione di un’auto, guidata da studenti e infine valutata da un team di ingegneri ed esperti.  Le prove dinamiche delle competizioni di Formula SAE non richiedono grandi velocità perchè si svolgono su circuiti piccoli, dove invece sono più importanti accelerazione, frenata e tenuta laterale delle vetture. Viene inoltre valutata l’efficienza della monoposto tramite un punteggio aggiuntivo conferito a fine gara.

La configurazione che meglio concilia queste esigenze è quella della 4WD (4 Wheel Drive), ovvero quattro ruote motrici. Questa configurazione permette di avere un’ottima accelerazione grazie alla ripartizione di carico sulle ruote posteriori, un’ottima frenata ripartendo il carico su quelle anteriori e un aumento della stabilità e aderenza all’asfalto della vettura, tanto da renderla la più utilizzata per le auto da rally. La configurazione 4WD è ottenuta montando i motori elettrici direttamente sul gruppo ruota. Questo permette di controllare i 4 motori in modo indipendente, andando a ripartire la coppia su ogni ruota a piacimento, attuando quello che più comunemente viene chiamato “Torque Vectoring”.

Tramite il Torque Vectoring è possibile evitare lo slittamento della ruota sia in accelerazione che in frenata, andando ad aumentare o diminuire la coppia generata in base alle necessità. E’ inoltre possibile ripartire in modo differenziato la coppia su ogni ruota in modo da aumentare le prestazioni della vettura in curva. Tramite l’angolo di sterzo, i dati dell’accelerometro e la velocità della vettura si ripartisce più coppia sulla ruota esterna e meno su quella interna, “favorendo” in questo modo la curva. Inoltre il motore elettrico riesce anche a lavorare come generatore e quindi l’energia cinetica che normalmente andrebbe persa sulle pastiglie durante la frenata viene invece recuperata andando a ricaricare la batteria (Frenata rigenerativa).

I motori scelti da Race UP, e gli stessi utilizzati da AMZ Racing per compiere il record, sono dei motori sincroni a magneti permanenti interni.

Allo stato dell’arte attuale questa tipologia di motore elettrico è quella con la migliore densità di coppia e potenza, e con la più alta efficienza.Questi motori riescono a generare coppia costante in tutto il range di velocità, fino ad un massimo di 21 Nm, ed una velocità massima di 20000 rpm, il tutto in un piccolo cilindro lungo appena 11 cm.

Ogni motore riesce a generare una potenza massima di 35 kW, per un totale di 140 kW o 190 cavalli per una vettura che pesa poco più di 200 Kg. Per poter trasmettere questa potenza a ruota, i motori sono montati su dei riduttore con rapporto di trasmissione 14:1 che quindi permettono di ottenere una coppia sulla ruota di 294 Nm. Il riduttore è epicicloidale con configurazione stepped planet e viene progettato dagli stessi studenti in quanto non ne esistono in commercio con le caratteristiche ricercate. La velocità di rotazione massima della ruota viene quindi ridotta a 1420 rpm, permettendo alla vettura di raggiungere 120 Km/h. La velocità massima limitata e la coppia elevata si conciliano bene con le esigenze dei circuiti, ricchi di curve e con brevi rettilinei.

I motori sincroni a magneti, più comunemente chiamati brushless, sfruttano il principio di interazioni tra il campo magnetico prodotto dagli avvolgimenti di statore (Campo magnetico rotante di Galileo Ferraris) e il campo magnetico prodotto dai magneti posti sul rotore.

I magneti del rotore sono costituiti da una lega Neodimio-Ferro-Boro, lega che possiede il massimo campo magnetico residuo tra i materiali tuttora conosciuti dall’uomo. A sfavore di questi magneti c’è il loro alto costo e la loro debolezza alla demagnetizzazione per via della loro bassa temperatura di Curie.

Il campo magnetico statorico viene invece prodotto dagli avvolgimenti trifase, alimentati da una terna di correnti simmetrica ed equilibrata a frequenza variabile generata da un inverter che attinge dalla batteria corrente continua. Siccome il campo magnetico del rotore è costante e legato solo ai magneti, per poter controllare i motori singolarmente è necessario agire su ogni terna di correnti. Perciò sulla vettura elettrica di Race UP si ha un inverter per ogni motore.

Questa configurazione e questi motori permettono alla vettura di Race UP, “Evolution-e”, di accelerare da 0-100 in poco più di 3 secondi, ben distanti dal secondo e mezzo di AMZ. Ma la voglia di crescere e migliorare non manca, questo è solo uno dei tanti obiettivi del Team.

Continuate a seguirci per restare aggiornati sui traguardi del team e non dimenticatevi di visitare il sito raceup.it.