Полюс скорости. В челябинском вузе создают гоночный болид с магнитно-электронной трансмиссией

2 Июля 2018 Автор: Евгений Аникиенко Фото: предоставлены доктором технических наук Сергеем Ганджой
Полюс скорости. В челябинском вузе создают гоночный болид с магнитно-электронной трансмиссией


Напомним, что в апреле президенту Владимиру Путину во время посещения Санкт-Петербургского политехнического университета показали первый российский солнцемобиль SOL, разработанный творческой командой вуза. На трассе «Формулы 1» в Сочи прошла его презентация, а в июле электромобиль примет участие в международном ралли в США.

Но челябинские изобретатели создают гоночный болид, скорость которого будет вдвое больше, чем у Ганджа-СА_фото.jpg«солнцемобиля»! В чем уникальность электромобиля, который может стать сенсацией международных соревнований «Формула Student»? Это и стало главной темой разговора с одним из разработчиков, заведующим кафедрой «Теоретические основы электротехники» ЮУрГУ, доктором технических наук Сергеем Ганджой.

Два в одном

— Как родилась идея создания электромобиля для «Формулы Student»?

— Гоночные болиды наши студенты конструируют с 2012 года, но раньше это были традиционные бензиновые автомобили. Инновационный прорыв произошел в феврале этого года, когда нам удалось объединить усилия двух факультетов. На энергофакультете был разработан уникальный электродвигатель, принципиально отличающийся от предыдущих аналогов. А на автотракторном помогли встроить его в ходовую часть электромобиля. Так появился этот инновационный проект. Расчеты показывают, что по скоростным и энергетическим характеристикам наш электроболид превзойдет своих мировых конкурентов.

— Какие при этом возникают технические проблемы? Ведь в мире уже серийно выпускаются и гибриды, и «чисто электрические» автомобили?

— Пожалуй, главная проблема для электромобиля в том, что он должен иметь очень широкий диапазон изменения момента и скорости: на старте развивать большой крутящий момент, чтобы быстро разогнаться, а на трассе такие моменты не требуются, но нужны большие обороты. Серийно электромоторы не производятся, их надо проектировать. При этом габариты и вес должны быть минимальными. Как совместить «два в одном»? Но мы справились с этой задачей. Мини-размеры получили за счет применения мощных постоянных магнитов из сплава неодим-железо-бор, а широкий диапазон изменения характеристик — регулируя магнитный поток с помощью комбинированной системы возбуждения. Такое изменение скоростей и моментов еще не удавалось никому. На это техническое решение у нас есть российский патент.

Болид-2.jpg

Мотор в колесе

— А в чем новизна разработки?

— Электродвигатель без возбуждения, которое создает магнитный поток, работать не может. Источниками магнитного потока могут служить два элемента — постоянный магнит или обмотка возбуждения, и, как правило, используют какой-то один. Объединить их в единую магнитную систему очень сложно: постоянный магнит не пропускает через себя чужое магнитное поле. Существующие системы комбинированного возбуждения от постоянного магнита и обмотки неэффективны и не получили широкого распространения. Но нам удалось разработать такую конструкцию, в которой магнитные потоки замыкаются по своим маршрутам и не мешают друг другу. Такой электромобиль почти моментально набирает высокую скорость и держит ее на шоссе.

Болид-4_внутрь-текста.jpgНо предложить инновационную идею только наполовину решить проблему. Пришлось решить и ряд конструкторских задач по привязке электромотора к движению болида — разработать электронную систему управления, тормозную систему, подвеску, охлаждение мотора. Сейчас наши студенты ведут электромагнитные, тепловые расчеты, создают виртуальную 3D-модель электродвигателя и всей трансмиссии.

— Но создание электроболида — на стыке самых разных наук...

— Над этим работает студенческая творческая группа под руководством опытных профессоров. За электрическую часть отвечает магистрант энергетического факультета Иван Чуйдук, а за конструкторскую — аспирант автотракторного Григорий Салимоненко. В вузе в рамках так называемого проектного обучения запущен междисциплинарный проект «Электроболид», в котором участвуют энергетики, компьютерщики, конструкторы, экономисты. И эта кооперация дает результат. Вместо традиционного расположения двигателя в корпусе авто прорабатывается вариант с «мотор-колесом», когда он вместе с планетарным редуктором, тормозной системой, электронным коммутатором ставится внутри колесного диска. Так достигается большая экономия места. По задумке будет четыре таких мини-электромотора мощностью в 30 киловатт, по одному в каждом колесе. Причем болид сможет развивать большую шоссейную скорость — более 200 км в час. При такой компоновке можно даже отказаться от руля, управляя колесами джойстиком компьютерной системы. Болид сможет на месте разворачиваться, а на трассе совершать сложнейшие маневры.

— Когда ваш электроболид выйдет на «гоночный рубеж»?

— Опытный образец электродвигателя с системой управления планируем изготовить уже к концу этого года. Проект электроболида представим в конце 2019 года на всероссийском научно-техническом соревновании в Москве — подготовительном этапе международного ралли Formula Student. Эксперты оценят разработку, дадут рекомендации по усовершенствованию. Планируется, что доработанный электроболид будет готов уже в 2020 году.

Но, чтобы эти планы осуществились, нужно изыскать деньги. По расчетам, на запуск проекта потребуется 1,5-2 млн рублей. Мы очень рассчитываем на получение грантов научных фондов.

— Есть ли в России и за рубежом подобные разработки?

— Я побывал на международной выставке в Астане «ЭКСПО-2017» и в немецком павильоне ознакомился с последней новинкой европейского автопрома — «мотор-колесом». Но оно во многом уступает нашему: только один источник возбуждения — постоянные магниты, без обмотки. А отсюда — узкий диапазон регулирования параметров, потери при разгоне, в скорости и моменте.

К слову, нашим ноу-хау уже заинтересовались в обществе изобретателей Германии. Сегодня высокоэффективные, не загрязняющие атмосферу электромобили в тренде и в России, и за границей, и есть реальная надежда, что наш проект выйдет на международный уровень.

Болид-3.jpg

Электромобиль «на спирту»?

— Будет ли у вашего проекта свое продолжение? К примеру, как думаете получать, сохранять электроэнергию?

— Пока ее будем «хранить» в ионно-литиевых аккумуляторах. Но проблема электромобилей в том, что запаса их хода хватает лишь на 100-150, максимум 300 км. После этого требуется длительная подзарядка. Создание накопителей электроэнергии, способных хранить ее в неограниченных объемах, одна из двенадцати мировых проблем, которые могут радикально изменить мировую экономику. Мы нашли свое решение, используя идеи водородной энергетики. Электроэнергию для накопления мы переводим в химическую, а затем, используя топливные элементы, опять в электрическую.

— Как это можно сделать в разрезе автопрома будущего?

— Разработка эффективного накопителя электроэнергии требует развития электротехнологий водородной энергетики. На той же выставке «ЭКСПО-2017» в Астане мы обратили внимание на один австрийский проект, в котором электроэнергия от альтернативных источников превращалась в газ метан. Он сжигался в двигателях внутреннего сгорания, совмещенных с генератором для получения электричества. Идея интересная, но нельзя не заметить два фактора, снижающих эффективность системы и удорожающих технологический процесс. Газ в больших объемах хранить непросто, а максимальны КПД таких двигателей не превышает 15-25 %. А мы превращаем электричество в жидкое топливо метанол (метиловый спирт), используя многозвенную электрохимическую реакцию с водой, кислородом из воздуха и углекислым газом. После этого по технологии топливного элемента в метаноловой батарее мы из жидкого топлива снова получаем электричество, пар и кислород.

— В чем видите плюсы для экологии?

— Это дешевая, экологически чистая технология: никаких выхлопов! Ее можно применить и для электромобиля будущего, только вместо бензина заправлять бак метанолом. А «попутное» тепло использовать зимой для обогрева авто. С использованием тепла КПД такой системы может достигать 90 %.

Для такого авто не нужна дополнительная бензиновая стадия, которой не смогли избежать разработчики отечественного е-мобиля, проект которого был свернут из-за дороговизны. «Метаноловая» электротехнология открывает почти безграничные возможности.

Сегодня | 09:22
Уроки на ночь глядя. В копейской школе дети вынуждены учиться до позднего вечера

Занятие у ребятишек 2-х и 3-х классов копейской школы № 7 начинаются в 15:00, а заканчиваются только в 19:00 — всего за два часа до сна. Фактически это третья смена, однако официально на бумаге такое расписание называется гибким, а смена — второй удлиненной.

16.09.2019 | 15:42
Хлеб из биопечки. Сможет ли искусственная еда заменить натуральную

Можно ли сделать искусственную пищу из электричества, воздуха и воды? По мнению ученых, эта задача сегодня вполне решаема. К примеру, финские биотехнологи сообщили о прорывном открытии, позволяющем при помощи микроорганизмов производить муку «из ничего».

Сегодня | 14:21
В Челябинской области предлагают ввести видеофиксацию отлова бродячих животных

На поимку бродяжек из регионального бюджета выделят 10,8 млн рублей.

Сегодня | 12:59
Около 500 дольщиков новостроек «Академ Riversidе» получат квартиры до конца года

Застройщику в виде компенсации затрат предоставят новый земельный участок.

Новости   
Спецпроекты