Análisis del sistema de motor en rueda.
y Motor-in-hub para un vehículo
Fórmula SAE
Ramón Sierra Sánchez
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
Objetivo del proyecto de graduación:
• Desarrollo del modelo de coche eléctrico.
Fórmula SAE
• Descubra nuevos sistemas de motor:
En la rueda y en el buje.
• Elija el sistema y el motor que mejor se ajusten
FSTec E-III
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
La estructura del proyecto:
1. Investigación de mercado
2. Tecnología de motores eléctricos
3. Ejecución FSTec E-III
4. Motores disponibles
5. Requisitos y cálculos
6. Selección de motor
7. Conclusión
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
El futuro es eléctrico
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
La estructura del proyecto:
1. Investigación de mercado
2. Tecnología de motores eléctricos
3. Ejecución FSTec E-III
4. Motores disponibles
5. Requisitos y cálculos
6. Selección de motor
7. Conclusión
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
Soluciones comerciales para motores en rueda.
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
Rueda activa Michelin
impulso proteico
Siemens VDO eCorner
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
Fórmula SAE EV:
• Universidad de Australia Occidental
• Equipo WHZ Racing
• Carrera Universitaria de Eindhoven
• Barcelona ETSEIB e-motorsport
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
La estructura del proyecto:
1. Investigación de mercado
2. Tecnología de motores eléctricos
3. Ejecución FSTec E-III
4. Motores disponibles
5. Requisitos y cálculos
6. Selección de motor
7. Conclusión
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
TIPOS DE MOTOR ELÉCTRICO
OPERACIÓN BÁSICA
• Los polos magnéticos interactúan entre sí.
• Se requieren dos campos magnéticos (estator y rotor),
uno de ellos generado por corriente eléctrica.
• Motor de corriente continua (DC).
• Reticencia motora
• Motor de corriente alterna (AC): síncrono o asíncrono
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
TIPOS DE MOTOR ELÉCTRICO
Motor de corriente continua (DC).
• Fácil de operar → menor peso del dispositivo
dirigir
• Velocidad del motor limitada
• Desgaste de las escobillas → posibilidad de deterioro del motor.
sin escobillas
• Alto peso y volumen
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
TIPOS DE MOTOR ELÉCTRICO
motor a regañadientes
• No hay imanes permanentes ni corriente en el rotor.
• Alto rendimiento en un amplio rango de velocidades
del motor
• No del productor
• Curva de par ondulada con alto nivel de ruido
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
TIPOS DE MOTOR ELÉCTRICO
Motor de corriente alterna (CA).
motor asíncrono
• Diseño simple y robusto
• Tipo más utilizado en el sector industrial
• Baja complejidad del controlador
motor sincrónico
• Diseño simple y compacto
• Alta eficiencia
• Control de motor muy complejo
• Alto costo
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
TIPOS DE MOTOR ELÉCTRICO
motor de corriente continua
a regañadientes
corriente alterna del motor
Sincronización asincrónica
Eficiencia -- + + ++
Densidad de
actual -- + + ++
campo
magnético++ ++ --
Cariño
máximo-- ++ ++ +
Fiabilidad - + ++ ++
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
TOPOLOGÍAS
motor sobre ruedas
• Accionamiento directo: el motor mueve la rueda
directamente en una proporción de 1:1
• Motores de baja velocidad y alto torque
• Alto peso y precio
motor-i-hub
• Integran una reducción en el centro de la rueda
para lograr el par requerido
• Motores rápidos y pequeños
• Motores comunes → Gran variedad y facilidad de uso
adquisición
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
TOPOLOGÍAS
motor sobre ruedas
• Motor de flujo axial
• Forma y tamaño de
rueda
• Uso efectivo de
habitación
• Enfriado por líquido
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
TOPOLOGÍAS
motor-i-hub
• Motor de cuarto PMSM
radial
• Sistemas de transmisión:
- Engranaje
- Equipo de riesgo planetario.
- Frenos
• Enfriado por convección
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
La estructura del proyecto:
1. Investigación de mercado
2. Tecnología de motores eléctricos
3. Ejecución FSTec E-III
4. Motores disponibles
5. Requisitos y cálculos
6. Selección de motor
7. Conclusión
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
Modelo eléctrico: FSTEc E-III
• Mantener el coche al día:
Tracción en las cuatro ruedas (4WD)
• Eje posterior:
-2 x Emrax 228LC
-Disposición a bordo
- Engranajes
• Eje frontal
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
La estructura del proyecto:
1. Investigación de mercado
2. Tecnología de motores eléctricos
3. Ejecución FSTec E-III
4. Motores disponibles
5. Requisitos y cálculos
6. Selección de motor
7. Conclusión
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
POR QUÉ 750
• Peso: 25 kg
• Par máximo: 750 Nm
• Velocidad: 2000 rpm
EMRAX 228 Hoogspannings-LC
• Peso: 12,2 kg
• Par máximo: 240 Nm
• Velocidad: 4000 rpm
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
Mavilor BLS113
• Peso: 6,3 kg
• Par máximo: 33,6 Nm
• Velocidad: 8500 rpm
Turnigy CA120-70
• Peso: 2,6 kg
• Par máximo: 19,5 Nm
• Velocidad: 7000 rpm
Mavilor BP74
• Peso: 2,8 kg
• Par máximo: 13,6 Nm
• Velocidad: 11.000 rpm
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
La estructura del proyecto:
1. Investigación de mercado
2. Tecnología de motores eléctricos
3. Ejecución FSTec E-III
4. Motores disponibles
5. Requisitos y cálculos
6. Selección de motor
7. Conclusión
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
Tiempo
(motor + reducción)
Efecto 50kW
Aceleración de 0 a 100 km/h en 4 segundos
Velocidad máxima 100 km/h
ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS
Previsiones para la Fórmula SAE
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS
Cálculos del tren motriz
1. Límite de sorteo
• Par (T) que cada motor puede entregar
• Restricciones de vehículos y neumáticos:
2*Frear + 2*Ffront = M*ax (suponga T y reducción)
M*ax Fordeling Fz Fx max = Fz*μ Tmax
Repetir
• 2 limitaciones: Tmax calculada y Tmax del motor
+ +
+ +
++
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS
Cálculos del tren motriz
2. Mantener una velocidad
• Los motores deben
superar las fuerzas
resistencia a la rodadura (Frr) y
fricción aerodinámica (Fdrag).
Cálculos del tren motriz
3. Mantener una velocidad ascendente
• El efecto deseado se logra mediante la adición
calculado en el apartado anterior:
• El límite de tiro se puede recalcular con
Nueva distribución de carga.
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS
+
Cálculos del tren motriz
4. Aceleración
• La fuerza y el par necesarios para lograrlo.
Los objetivos de aceleración son los más altos, y es por eso que
por lo tanto el más influyente.
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS
Fac = M*a Tac
Cálculos del tren motriz
5to turno
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS
• Se puede calcular la distribución de carga
lados iguales que el caparazón.
• El límite de remolque combinado de
cada rueda.
*Límites de sorteo calculados
son aproximaciones
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
Accidente de momento
Límite de tracción: 782,5 Nm
Mantener la velocidad 60 km/h 1,47 kW 14,6 Nm
Mantener la velocidad 100 km/h 6,57 kW 39,1 Nm
Ascenso: pendiente 6% a 80 km/h 4,41 kW 32,7 Nm
Aceleración: 0-100 km/t cada 10 s 13,02 kW 154,8 Nm
Aceleración: 0-100 km/t por 4s 32,56 kW 387 Nm
ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS
Requisitos en situaciones extremas (4 motores)
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
La estructura del proyecto:
1. Investigación de mercado
2. Tecnología de motores eléctricos
3. Ejecución FSTec E-III
4. Motores disponibles
5. Requisitos y cálculos
6. Selección de motor
7. Conclusión
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
Criteria de selección
• 2 compañeros de mano: 10" de 13"
• Dinámica del vehículo → Peso no amortiguado
• Comportamiento hacia
requisito → límite de tracción
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
MotorMasa
(motor + reducción) Dimensiones
Costo
(California.)
Par
máximo
YASA 750 25 kg Ø350 x 66 mm 8300€ 750 Nm
EMRAX 228
Hoogspanning12,2 kg Ø228 x 86 mm 3000€ 240 Nm
Mavilor BLS113 6,3 kg + 1,3 kg □110 x 215 mm 2200€ 33,6 Nm
Turnigy CA120–70 2,6 kg + 2 kg Ø118 x 79 mm 400€ 19,5 Nm
Mavilor BP74 2,8 kg + 2,3 kg □70 x 162 mm 1000€ 13,6 Nm
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
Peso del motor Costo Dimensiones Complejidad Potencia Comportamiento general
POR QUÉ 750 1 1 1 5 5 5 18
EMRAX 228
Alto voltaje2 3 4 5 5 4 23
Azul
BLS1133 3 2 3 3 3 17
Turnigy
CA120–705 5 5 2 2 3 22
Mavilor BP74 5 4 4 2 1 2 18
• Motores con mayor puntuación:
-EMRAX: Motor para sistema de motor en rueda, más caro
y pesado, pero más eficiente y la conexión es sencilla.
-Turnigy: Motor para sistema Motor-in-hub, muy económico y
ligero, de baja eficiencia y necesita una alta relación de reducción.
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
La estructura del proyecto:
1. Investigación de mercado
2. Tecnología de motores eléctricos
3. Ejecución FSTec E-III
4. Motores disponibles
5. Requisitos y cálculos
6. Selección de motor
7. Conclusión
Análisis del sistema de motor en rueda y motor en cubo para un vehículo de Fórmula SAE
• El sistema de motor en rueda es más simple y eficiente
que el Motor-in-hub, pero también más caro y más pesado
• Motor EMRAX, sistema en las ruedas, altura de 13”
• Futuras áreas de trabajo:
-Conexión del motor EMRAX a la rueda y en
vehículo, con amortiguadores y frenos
- Cálculos más precisos para los límites de calado.
-Distribución de carga en curva, rigidez a la deriva.
- Mantenimiento de el motor
¡GRACIAS POR TU TIEMPO!
![Análisis del motor de rueda y del sistema de motor en cubo para una fórmula de vehículo - [Documento PDF] (2024)](data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAAEAAAABCAQAAAC1HAwCAAAAC0lEQVR42mP8/h8AAvMB+NzmkbcAAAAASUVORK5CYII=)