À quoi ressemble le réglage des performances dans le futur électrifié InEVitable ? La division BMW M nous montre une nouvelle ingénierie qui transforme la BMW iX xDrive50 de tous les jours en une iX M60 digne d’un badge M. Il s’avère que c’est aussi simple que de comprendre comment envoyer plus d’électrons de la batterie aux roues de la même manière que les performances d’un moteur à combustion sont améliorées en y bloquant plus d’air. Mais augmenter le flux d’électrons est plus délicat que de boulonner sur des turbos ou des compresseurs.
Twinpower
Transformer la berline électrique i4 en une i4 M50 était aussi simple que de jumeler son moteur arrière pour fournir une transmission intégrale qui double presque la puissance et le couple totaux. La tâche de BMW M a été plus ardue sur l’iX, qui démarre déjà avec deux moteurs. Sur l’iX, la division M s’est toujours concentrée sur le moteur arrière (tout véhicule performant devrait orienter plus de couple vers l’arrière, n’est-ce pas ?).
Son effort à deux volets pour augmenter le flux d’électrons à travers ce moteur a commencé par allonger le moteur de 0,8 pouce, de sorte qu’il y a plus de cuivre dans le stator plus long (et dans ce cas, le rotor aussi) pour que les électrons circulent. La deuxième étape consistait à doubler l’onduleur responsable de la distribution du courant électrique au moteur avec une deuxième unité.
Les onduleurs jumeaux doublent le flux de courant
Les deux moteurs de l’iX xDrive50 fonctionnent à un maximum de 600 ampères, mais en dupliquant l’onduleur et en modifiant légèrement le moteur arrière, le moteur arrière de l’iX M60 peut désormais prendre 1 200 ampères. Pour ce faire, il ajoute un deuxième ensemble complet d’enroulements triphasés autour d’un stator étendu dans le moteur arrière. C’est pourquoi vous pouvez voir six grands contacts en cuivre au sommet du moteur (dans l’image ci-dessus). Les machines à aimants permanents à six phases sont préférées dans les applications industrielles pour leurs avantages à basse tension et à couple élevé.
Le résultat combiné de ces efforts est une augmentation de 44 % de la puissance et une augmentation de 63 % du couple du moteur arrière de l’iX M60, à 483 ch et 479 lb-pi en mode sport avec contrôle de lancement. Cela augmente la puissance combinée de 18 et 33 % respectivement, tout en améliorant le biais de couple avant/arrière de 46/54 à 36/64.
Double refroidissement
Plus de puissance produit plus de chaleur, alors que les moteurs du xDrive50 s’entendent uniquement avec le refroidissement par eau, le moteur arrière de l’iX M60 refroidit le noyau de son stator avec de l’huile, qui à son tour transfère la chaleur à un circuit de refroidissement par eau.
La vitesse de pointe passe à 155 MPH
La transformation de xDrive50 en M60 augmente la vitesse de pointe de 124 à 155 mph, ce que BMW décrit comme limité électroniquement dans les deux cas, mais il s’avère qu’ils sont tous les deux « limités » à la vitesse maximale de ces moteurs : 15 400 tr/min. En utilisant un rapport d’unité d’entraînement arrière de 11,12: 1 dans le xDrive50 et de 8,77: 1 dans le M60, chaque variante maximise l’effet de levier de couple disponible à toutes les vitesses jusqu’à la vitesse maximale nominale. (Notez que cette différence d’engrenage avant/arrière améliore le biais de couple avant/arrière du xDrive50 en termes de force au niveau des zones de contact à 41/59 %.)
Pourquoi un seul rapport de transmission ?
Pourquoi ne pas opter pour une vitesse de pointe plus élevée avec une boîte à deux vitesses, comme la i8 utilisée ? BMW reproche aux défis de rendre le changement de vitesse imperceptible, en particulier aux vitesses de rotation élevées auxquelles un tel changement devrait idéalement avoir lieu. Et dans tous les cas, ses nouveaux moteurs de type électro-aimant à balais sont parfaitement adaptés aux vitesses de rotation élevées, sans aimants permanents aux terres rares essayant de se centrifuger hors du moteur, et une alimentation constante sur toute la plage de vitesse. (Le moteur M60 utilise des bandes métalliques coulées dans un matériau composite pour garantir que ses enroulements en cuivre ne se centrifugent pas.)
Avantages de performance d’un moteur de type électro-aimant brossé
La force d’un électroaimant varie en fonction du courant qui lui est fourni, tandis que la force de champ d’un aimant permanent est fixe (ce qui donne aux moteurs PM un avantage en termes d’efficacité et de densité de puissance). Et la capacité des enroulements du stator à induire un champ magnétique dans les boucles de cuivre sur le rotor d’un moteur à induction asynchrone (le type popularisé par Tesla) diminue à mesure que ces boucles du rotor tournent de plus en plus vite.
Qu’en est-il de l’entretien de ces pinceaux ?
Les balais fixes qui alimentent le collecteur rotatif du moteur (puis l’électroaimant du rotor) subissent des frottements et sont donc sujets à l’usure, tout comme ils l’étaient sur votre train miniature. Mais le jeu de balais, composé de trois contacts positifs et trois contacts négatifs, réside dans un compartiment étanche séparé du moteur pour éviter toute contamination. (Les multiples phases électriques qui fonctionnent pour tirer cet électroaimant autour et autour vivent toutes dans le stator.) Les brosses sont également facilement accessibles lorsque vient le temps de les remplacer, ce qui, nous dit-on, est après au moins 186 000 miles.
Implications sur le marché secondaire ?
De toute évidence, doubler le nombre de phases du stator et allonger les moteurs électriques ne sont pas des activités mécaniques d’ombrage. Heureusement, il est beaucoup plus facile et probablement moins cher d’échanger un moteur électrique contre un autre plus puissant, et l’ajout d’un onduleur ne peut pas être beaucoup plus difficile que de boulonner un turbo ou un compresseur. Il y a donc lieu d’être optimiste sur le fait que les propriétaires pourront alimenter leurs véhicules électriques tout comme ils ont roulé leurs petits blocs, juste avec une boîte à outils différente, similaire à ce que BMW a accompli avec l’iX M60.