Cajas de cambios para motores eléctricos.docx

ALUMNO: OSCAR ALBERTO ROMERO ÁLVAREZ /NOVIEMBRE/13

NUMERO DE CONTROL: 13121188 GRUPO: MECÁNICA A

MATERIA: FUNDAMENTOS DE INVESTIGACIÓN

Cajas de cambios para motores eléctricos

Resumen

La caja de cambios es un elemento mecánico que transforma el par motor y las revoluciones desarrolladas por el motor para adaptar la fuerza a las condiciones de conducción sobre el terreno.

Los motores eléctricos en principio no necesitan una caja de cambios, ya que el motor dispone de todo su par motor desde 0 revoluciones, entonces ¿para qué acoplar una caja de cambios a un motor eléctrico?, en este trabajo planeo responder a esta pregunta.

Hipótesis

Una caja de cambios se utiliza para modificar el par motor de los automóviles convencionales de combustión interna, pero un motor eléctrico dispone de todo el par desde el principio, sin embargo una caja de cambios puede ayudar a mejorar el rendimiento a altas velocidades.

Hace tiempo Tesla utilizo una caja de cambios en el Roadster (un deportivo eléctrico), pero esta presento diversas fallas y Tesla abandono el proyecto.

Un motor eléctrico consume más cuando se hace girar más rápido, y es precisamente por esto que la autonomía de los coches eléctricos es menor si se circula a altas velocidades (por ejemplo, es menor por carretera a 120 km/h que por ciudad a 50 km/h), una caja de cambios permitiría un mejor aprovechamiento de los motores eléctricos y una mayor eficiencia (lo que se traduciría en más autonomía).

Se podría utilizar un motor eléctrico más pequeño, para el mismo coche, con unas prestaciones finales similares a las del motor más grande.

Se podría notar una sacudida o tirón del cambio al cambiar de marcha

Podrían los eléctricos de ser impresionantemente suaves y refinados durante la aceleración




Objetivos

General: Determinar la importancia de una caja de cambios en motores eléctricos

Específicos: 1.-Contrastar la perdida de carga de la batería en un motor que cuente con caja de cambios respecto de otro que no la tenga

2.-Analizar el aumento o disminución en la potencia de salida

3.-Detectar variaciones en el comportamiento del motor




Aportaciones del protocolo de investigación

Beneficios e innovaciones: Los vehículos eléctricos tienen varias ventajas, por ejemplo, es más barato cargar las baterías que llenar un tanque de gasolina, sin embargo, algunas de estas se ven eclipsadas por la ansiedad por la autonomía del vehículo [1]

Este dispositivo representara una gran ayuda, no solo para aumentar la potencia de salida a las ruedas, además permitirá que un auto eléctrico recorra más kilómetros sin sacrificar espacio o aumentar el peso

Ahora bien hay una razón para que los vehículos eléctricos en su mayoría limiten su velocidad máxima esto es porque si se acelera demasiado se podría quemar el motor. Con tan solo dos marchas (una para velocidad normal y otra para altas velocidades) este problema podría quedar en el olvido

Aportaciones relevantes: Una de las principales ventajas es que con motores pequeños se podrán mover vehículos grandes sin aumentar el tamaño de las baterías y por ende el peso

En las carreteras no hay infraestructura que permita recargar este tipo de vehículos de forma rápida, por lo que tener hasta un 15% de autonomía [1] extra es muy estimulante

Importancia e impacto del proyecto: Con una caja de cambios podríamos mantener el motor un una banda de revoluciones óptima durante más tiempo. El incremento de coste y complejidad (que sería muy pequeño) se vería compensado por el incremento paralelo de autonomía y la mejora de prestaciones (mejor arranque desde parado y mejor velocidad punta).




Fundamentos teóricos

Teóricamente, el motor eléctrico alcanza su mayor rendimiento a las 0 rpm al avanzar se sitúa en el 90% y según se va alcanzando mayores velocidades se reduce a un 70% o incluso a un 60%.

Desde la proliferación de los vehículos electricos existe un debate de si deberían llevar un cambio de marchas que permita mejorar sus prestaciones y sobre todo la autonomía en viajes largos (donde el sistema de marcha única les hace sufrir de forma considerable)

Empresas como Drive System Design (DSD), Antonov y Vocis en conjunto con Oerlikon Grazianose están trabajando en cajas de transmisión de hasta cuatro velocidades para los vehículos eléctricos del mañana, también existen prototipos como el Morgan+E, que utiliza una caja manual de 5 velocidades adaptada para funcionar en este vehículo

Drive System Design (DSD): Gearbox concept




Drive System Design (DSD): [2] Esta empresa está desarrollado una caja de cambios para coches eléctricos, un sistema de tres relaciones que permitirá un incremento de las prestaciones y un ahorro del consumo eléctrico en torno al 15%, además incorpora una tecnología que minimiza la pérdida de potencia durante los cambios proporcionando un desarrollo extremadamente suave




Gracias a la incorporación del cambio el motor podrá trabajar en una relación más eficiente y eso permitirá el uso de motores menos potentes, permitirá también una reducción del peso del conjunto en torno al 40%

El principal problema es que se incrementaría la complejidad de un sistema extremadamente sencillo, e incluyendo un cambio manual aumentarían los componentes del motor susceptibles de mantenimiento y de ser protagonistas de averías

Antonov: [3] Los motores eléctricos, ofrecen una curva de par más amplia en comparación con los motores de gasolina. Pero su eficacia disminuye fuera del “sweet spot” (momento cumbre en la curva de par) correspondiente. Es por eso que con una transmisión de varias velocidades, en este caso de 3, se puede lograr que los vehículos eléctricos alcancen un nivel superior de rendimiento.

Para Antonov se darían las siguientes ventajas

1. El motor eléctrico funciona en su rango de velocidad más eficiente.

2. Se pude sacar más rendimiento a una batería pequeña y llegar a más vehículos.

3. Puede mejorar el empuje de un motor eléctrico más pequeño.

4. Permite una mayor flexibilidad de selección de proveedores de motor.

5. Mejora tanto el rendimiento de los vehículos al acelerar y la velocidad de crucero.

6. La energía del vehículo se pueden gestionar para adaptarse a los modos de conducción.

7. La marcha más baja se puede enganchar para aumentar la recuperación de energía.

Funcionamiento del sistema modular de tres velocidades




El concepto de antonov tiene un diseño compacto de tres velocidades, que le permitiría ser instalado en la mayoría de los vehículos eléctricos, alargar su autonomía y mejorar el rendimiento

Vocis & Oerlikon Grazianose: [4] 4 Speed Electric Drive (4SED) es una caja de transmisión desarrollado en colaboración con Vocis bajo el esquema Vocis e-DCT, que según estimaciones del fabricante, consigue un 15% de mejora en la eficiencia del sistema motopropulsor

Se caracteriza por la ausencia de interrupciones en la entrega de par, una idea que se ha buscado para no penalizar una de las mayores virtudes de los vehículos eléctricos

Se trata de un conjunto donde se han empleado dos propulsores con dos relaciones de transmisión diferentes cada uno. La salida final de la transmisión es común a ambos trenes propulsores, encontrando la particularidad en el funcionamiento escalonado que se realiza entre propulsores. De este modo, a la hora de efectuar un cambio de relación, el




trabajo real del sistema consiste en efectuar la conexión de un propulsor u otro (o ambos) de forma totalmente transparente al conductor.

Metodología y análisis de resultados

1. Estrategias para la recolección de información. Entrevistas, búsqueda de información en base de datos, libros, revistas, etc.: Para recolectar información busque en libros, revistas y por supuesto en el internet, existe una gran cantidad de información sin embargo no todo lo que encontré me pareció útil o relevante,

2. Selección de la información.: En donde encontré más información útil es en revistas especializadas y las páginas oficiales de empresas que desarrollaron algún sistema similar, procure no sacar información de sitios no oficiales y poco fiables.

3. Análisis de la información.: Las definiciones y principios de funcionamiento los investigue en libros que proporcionan información fiable, aunque en ocasiones difíciles de comprender, debido al poco o nulo conocimiento previo, por otra parte las revistas presentan la información de una manera mucho más digerible y sencilla para cualquier persona aunque en ocasiones pueden llegar a omitir información importante. Finalmente, las páginas web son un arma de doble filo si no se utilizan correctamente, o no sabes exactamente lo que buscas, por esta razón evite páginas como Wikipedia o el rincón del bajo y me centre en los sitios oficiales de las empresas

Actualmente, Oerlikon Graziano & Vocis cuentan con un prototipo de esta transmisión instalada en una Mercedes Vito reconvertida a eléctrica




4. Diseño de experimentos.: Por el momento este proyecto se encuentra en su fase inicial, es decir aun es solo una idea algo difusa pero que planeo concretar y desarrollar hasta lograr un prototipo funcional y viable. Por esto no he desarrollado aun ningún experimento

5. Obtención y análisis e resultados.: Cada dato o proceso dentro de este proyecto ha sido analizado minuciosamente a fin de que toda la información sea completamente verídica y por lo tanto comprobable

Cronograma

Noviembre

Presupuesto

Yo soy de esas personas que podrían considerarse idealistas, pues pienso que si tienes una idea brillante en mente y estás dispuesto a ponerla en marcha conseguirás tus objetivos, por supuesto, es difícil que alguien te de dinero solo porque si, digo yo no lo haría, para

ACTIVIDAD 29/oct 5/nov 12/nov 19/nov 26/nov 29/novTÍTULO

RESUMENHIPÓTESIS

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OBJETIVOSAPORTACIONES

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FUNDAMENTOS TEÓRICOS xMETODOLOGÍA x

BIBLIOGRAFÍACRONOGRAMAPRESUPUESTO

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RECURSOS HUMANOS x




esto es necesario convencer a una gran cantidad de personas, que tu idea es revolucionaria, novedosa y trascendental.

Recursos (humanos y materiales)

Nuestro recurso más importante es nuestra capacidad de imaginar e innovar, por supuesto un proyecto de tal magnitud es demasiado para una solo persona sin importar sus capacidades, para esto se necesita de un equipo multidisciplinario, de personas dispuestas a aportar toda la información de la que dispongan a fin de lograr la excelencia en el proyecto

Respecto a los recursos materiales son necesarias maquinas herramienta complejas, tales como tornos y fresadoras controladas por computadora

Referencias

[1] Ary Buchsbaum, (2011), Automóvil panamericano. Alto voltaje.

[2] Carlos Noya, (2013), Coches electricos. Caja de cambios para coches eléctricos ¿es realmente interesante?

[3] Eugenio Domenech, (2011), Tecmovia. Tecnología y coches de nueva generación.

[4] David Clavero, (2013), Tecmovia. Nuevos detalles de la transmisión de 4 relaciones para eléctricos firmada por Graziano

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