Audi A2 e-tron: Como o inversor, o motor elétrico e a transmissão o tornam mais eficiente
O novo Audi A2 e-tron consome apenas 12,8 kWh/100 km no ciclo WLTP na versão mais econômica. Por isso, ele se enquadra entre os carros elétricos mais econômicos do mercado. Já era sabido que inversores de carboneto de silício desempenham um papel importante nisso. Agora, o fabricante explica outros detalhes.
O consumo extremamente baixo é alcançado no Audi A2 e-tron com motor traseiro de 140 kW e o pacote de eficiência opcional, que custa 2.410 euros. Esse pacote inclui um chassi esportivo que reduz a altura do veículo e pneus otimizados para reduzir a resistência ao rolamento. Mas o novo motor também tem papel importante. As melhorias afetam o inversor, o motor elétrico APP350 (posição axial paralela com cerca de 350 Nm de torque) e a caixa de câmbio de uma marcha.
A eixo traseiro do Audi A2 e-tron, com o inversor, o APP350 e a caixa de engrenagens de entrada
Foto de: Audi
Inversor
O inversor converte a corrente contínua da bateria em corrente alternada para o motor. Para isso, é necessário transformar uma tensão contínua de aproximadamente 400 volts em uma tensão senoidal. Para isso, utiliza-se a modulação por largura de pulso: nesse processo, a polaridade é constantemente invertida, por exemplo, de +400 volts para -400 volts e vice-versa. Ao escolher larguras diferentes para esses pulsos de tensão, gera-se (após suavização pela indutância das espiras de cobre) uma curva senoidal.
Os transistores são responsáveis pela comutação; nesse processo, surgem inevitavelmente os chamados custos de comutação, mas com transistores de efeito de campo de óxido-metal-semicondutor (MOSFETs) baseados em carboneto de silício em vez de silício, é possível reduzi-los. De acordo com a Audi, graças a esses menores custos de comutação, é possível alcançar eficiências superiores a 97 por cento.
O que é novo é que a Audi também utiliza um software especial para ajustar a frequência de comutação de acordo com o ponto de operação específico. A frequência de comutação é escolhida da forma mais baixa possível, pois menos operações de comutação significam menos perdas. Segundo a Audi, isso deve trazer vantagens de eficiência, especialmente no trânsito urbano e em viagens rodoviárias em rotações e cargas médias. Além disso, graças ao uso aprimorado da energia, a eletrônica de potência consegue fornecer a potência total mesmo quando o nível de carga está baixo.
Outra função do inversor é garantir maior conforto acústico no interior do veículo, segundo a Audi. Para isso, são adicionados intencionalmente ao fluxo de corrente do motor “componentes harmônicos de alta frequência”. Assim, os ruídos indesejados são compensados de acordo com as condições de operação.
O novo motor elétrico APP350 com inversor (acima) e câmbio (à direita)
Foto de: Audi
Motor elétrico APP350
A eficiência da nova máquina síncrona de ímãs permanentes APP350 foi aumentada graças a menores perdas por ferro. Essas perdas ocorrem devido à remagnetização do material em campos magnéticos que mudam ao longo do tempo: como o campo magnético em um motor elétrico está em constante mudança, as pequenas regiões magnéticas (os distritos de Weiss) no laminado do rotor precisam se reorientar continuamente. Esse processo consome energia, que acaba sendo convertida em calor. Para reduzir essas perdas, a espessura das lâminas do rotor foi diminuída, passando de 0,3 para 0,2 milímetros em comparação com o motor anterior, o APP310.
"As medidas de projeto no rotor e no estator dizem respeito à espessura das lâminas, à disposição dos segmentos do rotor e ao conexão das espiras do estator." (Audi)
Para melhorar o nível de ruído, os ímãs permanentes no rotor também foram dispostos de maneira diferente. Quando os ímãs estão alinhados em uma linha reta, da frente para trás, eles colidem abruptamente com as ranhuras do estator durante a rotação. Isso gera, a cada passagem, um impacto magnético (um momento de travamento). No APP350, os ímãs são instalados ligeiramente desalinhados (desvio do rotor ou disposição em camadas). Dessa forma, eles não mais colidem todos ao mesmo tempo, mas sim em momentos diferentes com o campo magnético do estator, o que melhora a acústica.
Além disso, o estator passa de conexão em estrela para conexão em triângulo. Também foram reduzidos os ramais paralelos por fase. Isso aumenta os custos com cobre em altas rotações, mas diminui as chamadas correntes de circulação em cargas parciais. Isso tem como objetivo elevar a eficiência nas viagens diárias no trânsito urbano ou nas estradas rurais.
Caixa de câmbio
As melhorias na transmissão são mais fáceis de entender do que as alterações no motor. Aqui, dependendo do nível de potência, são utilizadas duas relações de transmissão: 10,21 em 125 kW e 140 kW, e 11,53 em 170 kW. Isso significa que, nas versões mais fracas, é escolhida uma relação de transmissão mais longa, o que reduz as rotações necessárias do motor – o motor gira 10,21 vezes por volta de roda em vez de 11,53 vezes na versão mais potente. Segundo a Audi, essas relações diferentes permitem que as rotações do motor fiquem em faixas ideais.
Sobre a versão top do A2 e-tron com 240 kW, a Audi não fornece informações sobre a relação de transmissão, mas nessa versão também não é usado o APP350, e sim o APP550.
Além disso, é utilizado um óleo de câmbio com viscosidade muito baixa, o que reduz os chamados custos por atrito. Também é empregado um método especial de usinagem fina das engrenagens, que permite obter superfícies especialmente lisas. Isso diminui o atrito e aumenta a eficiência.
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Em resumo
Puf, a nova nota de imprensa da Audi sobre o motor do A2 e-tron é realmente impressionante. Com certeza não entendemos tudo perfeitamente; para isso é preciso, provavelmente, ter formação em engenharia. Esperamos que especialistas possam explicar melhor tudo isso durante o evento de teste que está por vir.