- Mini vehículo eléctrico QED
- Camión MAZ-7907 . Cada rueda tiene su propio motor eléctrico.
- Hiriko Fold con motor en las ruedas, actuadores de dirección, suspensión y frenado, controlados por un sistema drive-by-wire
Un motor de cubo de rueda , motor de cubo o motor en la rueda es un motor que está incorporado en el cubo de la rueda. Los motores de cubo de rueda se encuentran comúnmente en bicicletas eléctricas . Los motores de cubo eléctricos fueron bien recibidos en los primeros autos eléctricos , pero no han tenido éxito comercial en los autos de producción modernos [1] [2] porque afectan negativamente el manejo del vehículo debido a una mayor carga dinámica de la rueda [3] y su ubicación los hace propensos a dañarse. [2]
Las patentes para bicicletas eléctricas con motores de buje se concedieron ya en 1895. [4] Los motores de buje de bicicleta son simples, duraderos y asequibles en comparación con otros diseños, pero menos adecuados para altas velocidades. [5] Los motores de buje aumentaron en popularidad frente a otros diseños a finales de la década de 2000 y en la de 2010. [6]
En las décadas de 1880 y 1890 se patentaron varios diseños de motores en las ruedas alimentados por electricidad, combustión y vapor. [8] Entre los que obtuvieron patentes: Wellington Adams de St. Louis en 1884; [9] Edward Parkhurst de Woburn en 1890; [10] Albert Parcelle más tarde en 1890; [11] Charles Theryc en 1896, quien no menciona pérdidas de transmisión gracias a la ausencia de varillas de transmisión clásicas de los motores a las ruedas; [12] CF Goddard en 1896, quien cita un motor de cubo de pistón para carruajes sin caballos impulsado por gas en expansión de algún tipo; [13] y WC Smith en 1897, quien cita un motor de expansión de gas explosivo dentro de un cubo de rueda que utilizaba levas en una pista en el cubo para transmitir potencia a la rueda. [14]
En 1897, Ferdinand Porsche compitió en Viena (Austria) con un coche eléctrico con motor en el cubo de la rueda. Desarrolló sus primeros coches como coches eléctricos con motores eléctricos en el cubo de la rueda que funcionaban con baterías. [15] En la Exposición Universal de París de 1900 debutó un coche de carreras de Lohner-Porsche equipado con cuatro motores en el cubo de la rueda. Junto a él se presentó un modelo comercial, el Lohner-Porsche Chaise, con dos motores en el cubo de la rueda delantera. Tuvo una buena acogida y Lohner y otros fabricantes produjeron varios modelos basados en su diseño hasta la década de 1920. [16] [7]
Los motores de cubo se pueden implementar con engranajes planetarios o de accionamiento directo . [17] Hacen girar la rueda a través de un diseño de rotor axial , de rotor interno o de rotor externo , con un diseño de conmutador con escobillas o sin escobillas . [18]
Los motores de cubo son atractivos desde el punto de vista del diseño debido a su flexibilidad. Se pueden utilizar para tracción delantera, trasera o individual . Son compactos y, por lo tanto, permiten más espacio para pasajeros, carga u otros componentes del vehículo. Permiten una mejor distribución del peso en comparación con un solo motor y eliminan la necesidad de muchos de los componentes de transmisión de los vehículos tradicionales, como transmisiones, diferenciales y ejes, lo que reduce el desgaste y las pérdidas mecánicas. [3] [19] Los motores de alto voltaje en las ruedas deben ser resistentes a los daños en sus cables y componentes de alto voltaje. [2]
Una desventaja de un motor de cubo de rueda es que el peso del motor no es soportado por los amortiguadores de la suspensión, lo que se suma al peso no suspendido del vehículo , lo que afecta negativamente el manejo y la calidad de conducción. A pesar de esta reducción en la calidad de conducción con motores de cubo eléctricos, sigue siendo mejor que la calidad de conducción de los vehículos con motor de combustión equivalentes, pero el manejo del vehículo aún se ve afectado negativamente debido a una mayor carga dinámica de la rueda . [3] Protean Electric y Lotus descubrieron que la mayoría de los efectos negativos de la masa no suspendida adicional se podían eliminar agregando amortiguación de la suspensión, y que la capacidad de utilizar una vectorización de par precisa en realidad mejoraba tanto el manejo del automóvil que el efecto neto de todo el arreglo era positivo. [20]
Sin el apoyo de los amortiguadores de la suspensión, los motores en las ruedas están menos protegidos tanto de los impactos como de los escombros, lo que reduce su durabilidad. Algunos diseños reducen el peso no suspendido al reducir el peso del motor, por ejemplo, utilizando un diseño sin núcleo o bobinas de alambre Litz . Estos diseños que ahorran peso pueden tener un efecto negativo en la durabilidad del motor. [19]
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De manera similar a los motores en las ruedas, los vehículos eléctricos pueden diseñarse con motores cerca de las ruedas, a veces llamados motores en los extremos de las ruedas. Este diseño comparte las mismas ventajas que los motores en las ruedas, pero evita los problemas de peso no suspendido y desgaste, ya que los motores están cerca de las ruedas pero dentro del chasis, sostenidos por la suspensión. Los motores cerca de las ruedas son menos compactos que los motores en las ruedas, pero a partir de 2022 son más confiables y más rentables, [22] evitan los riesgos asociados con los componentes de alto voltaje fuera del chasis, [2] y simplifican el diseño y el ensamblaje del vehículo. [23]
American Axle ha desarrollado motores de 100 kW y 150 kW para los extremos de las ruedas a través de un proyecto financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos para la comercialización de motores de bajo costo y energía limpia para los extremos de las ruedas. Los costos se redujeron al integrar el motor, el inversor y la reducción de engranajes en una sola unidad y al evitar los elementos de tierras raras pesados . [24] La unidad de tracción 3 en 1 para los extremos de las ruedas de 100 kW se ha vuelto comercialmente disponible en la línea de productos para vehículos de REE Automotive . [23]
Un concepto temprano de automóvil moderno que utilizaba motores eléctricos en el buje fue el IZA, presentado en la conferencia IEEE en 1997, construido con cuatro motores de 25 kW (34 hp). [25]
Otros concept cars presentados en salones del automóvil incluyen: Chevrolet Sequel , 2005; [26] Mitsubishi MIEV , 2005; [27] Hi-Pa Drive Mini QED, 2006; [28] Honda FCX concept, 2005; [29] Citroën C-Métisse , 2006; [30] Protean Electric Ford F-150, 2008; [31] Heuliez WILL con suspensión Michelin Active Wheel , 2008; [32] Peugeot BB1 , 2009; [33] Hiriko Fold , mostrado en 2012, un coche urbano plegable con una velocidad máxima de 50 km/h (31 mph) [34] [35] con motor, actuadores de dirección, suspensión y freno integrados en cada rueda, controlados con un sistema drive-by-wire ; [36] FlatFormer, un concepto de chasis de camión autónomo 6x6, mostrado en 2019; [37] varios vehículos de Indigo Technologies desde 2019; [2] y un prototipo de Aptera Motors en 2022. [38]
Entre los concept cars que se anunciaron sin presentar públicamente un modelo físico se incluyen: Siemens VDO eCorner concept, 2006; [39] y ZAP-X , 2007. [40]
Los vehículos de producción con motores en las ruedas incluyen:
Los vehículos de producción planificados incluyen:
Los ingenieros de Lotus pudieron eliminar gran parte del efecto de la masa no suspendida adicional al usar un poco más de amortiguación de la suspensión. Es más, descubrieron que cuando esa masa no suspendida provenía de motores reales unidos a las ruedas, la capacidad de impulsar cada lado del automóvil de forma independiente mejoraba sustancialmente el manejo del vehículo. Ahora hemos realizado estudios similares en otros vehículos. Y en todos los casos, hemos descubierto que una vez que se reajustan los amortiguadores y agregamos control individual de las ruedas, el efecto neto en el manejo del vehículo es mejor. Entonces, después de todo, la masa no suspendida realmente no es un impedimento.
