Il motore da mozzo della ruota (chiamato anche motore da ruota o motore da mozzo) è un motore elettrico che viene installato nel mozzo di una ruota, rendendola motrice.
Il motore da mozzo della ruota (chiamato anche motore da ruota o motore da mozzo) è un motore elettrico che viene installato nel mozzo di una ruota, rendendola motrice.
Questo tipo di motore elettrico fu sviluppato da Ferdinand Porsche nel 1897 a Vienna, Austria. La formazione ingegneristica iniziale di Porsche era basata sullo studio dell'elettricità, non sulla combustione interna. Di conseguenza, le prime automobili da lui sviluppate erano veicoli elettrici equipaggiati da batterie i cui motori erano montati sui mozzi.
La Lohner Porsche, dotata di un motore su ciascuna delle ruote anteriori, fu mostrata in anteprima all'Esposizione Mondiale di Parigi del 1900 e creò scalpore nel giovane mondo automobilistico. Negli anni successivi, 300 Lohner Porsche furono prodotte e vendute ad acquirenti facoltosi.
Successivamente, la crescita della potenza espressa dal motore a benzina (montato internamente al mezzo) superò la potenza dei motori elettrici montati secondo questa configurazione. Nel volgere di pochi anni, le automobili passarono ai motori a benzina con sistemi di trasmissione più potenti, ma mai efficienti come lo furono quelli elettrici a ruota.
Una potenziale eccezione è relativa alla concessione di brevetto inerente a un motore a tre cilindri, comandato a pressione e contenuto nel mozzo che applica questa forza attraverso delle manovelle direttamente collegate al cerchio rotante circostante.
I motori da mozzo:
Diverse concept car sono state sviluppate utilizzando i motori da ruota:
I campi elettromagnetici del motore vengono forniti agli avvolgimenti stazionari. La parte esterna del motore segue o, cerca di seguire, quei campi, facendo girare la ruota collegata. Se il motore è a spazzole (soluzione non ottimale, data la crescente disponibilità di motori brushless), l'energia viene trasferita dalle stesse quando vengono in contatto con l'albero rotante del motore. Nel caso dei propulsori con tecnologia ''senza spazzole'' viene eliminato il contatto fisico tra le parti fisse e quelle in movimento, tramite commutazione elettronica. Si tratta di una soluzione più costosa, ma molto più efficiente e di lunga durata rispetto ai sistemi a spazzole.
Un motore del mozzo in genere viene progettato in una delle tre configurazioni possibili. Il meno pratico è il motore a flusso assiale, in cui gli avvolgimenti dello statore sono tipicamente inseriti tra serie di magneti. Le altre due configurazioni sono entrambe progetti radiali con i magneti del motore legati al rotore; nel primo (motore a rotazione interna) il rotore si trova all'interno dello statore, come in un motore convenzionale. Nell'altro, denominato motore a rotazione esterna, il rotore si trova all'esterno dello statore e ruota attorno ad esso. L'applicazione dei motori del mozzo negli usi veicolari è tuttora in evoluzione, pertanto nessuna delle ultime due configurazioni è diventata standard.
I motori elettrici hanno la loro coppia motrice massima all'avvio, rendendoli ideali per la trazione. Il fatto che la coppia massima si verifichi quando il rotore inizia a girare è il motivo per cui i motori elettrici non richiedono una trasmissione.
La disposizione del ''motore da mozzo'' presenta alcuni vantaggi e svantaggi rispetto ai veicoli elettrici convenzionali:
Le auto con controllo elettronico dei freni e dell'accelerazione per ogni singola ruota offrono maggiori opportunità per le dinamiche del veicolo computerizzate come:
I gruppi di ruote con motori da mozzo possono ruotare con angoli maggiori di quelli consentiti da una cremagliera dello sterzo convenzionale.
Poiché i motori da mozzo frenano e accelerano un veicolo con un unico sistema elettrico/elettronico a stato solido, molte delle caratteristiche di cui sopra possono essere aggiunte come aggiornamenti software piuttosto che richiedere l'installazione di sistemi hardware aggiuntivi.
L'eliminazione della trasmissione meccanica (alberi di trasmissione e assali, cambi, differenziali) offre un notevole risparmio di peso e costi di produzione in quanto si può ridurre la varietà dei componenti da installare, anche se alcuni sono in numero maggiore (negli autoveicoli, il motore invece di essere unico è presente almeno in due ruote), riducendo al contempo l'impatto ambientale del prodotto stesso.
Questo negli autoveicoli permette di migliorare la trasmissione di potenza in quanto la potenza del motore non viene dissipata dal sistema di trasmissione, il quale ha un rendimento che può oscillare dal 0,767 al 0,858 a seconda del tipo di trazione e motorizzazione (termica, elettrica o ibrida), permettendo così di migliorare l'autonomia e le prestazioni del mezzo, il quale richiederà una potenza installata minore.
Il principale svantaggio di un motore da mozzo è l'aumento della massa non sospesa, che può influire negativamente sulla maneggevolezza e sulla guida del veicolo. Il maggior peso sulle ruote ne rallenta infatti la risposta alle irregolarità della strada, soprattutto in presenza di movimenti verticali rapidi causati da buche o asperità. Di conseguenza, aumentano anche le sollecitazioni trasmesse al telaio e le irregolarità del fondo stradale vengono percepite maggiormente.
In questo caso, infatti, la ruota non riesce a copiare efficacemente la superficie stradale, potendo portare anche al distacco della ruota stessa dalla superficie stradale. Il problema del distacco è correlato alla velocità d'escursione della ruota, a sua volta funzione dell'entità della deformazione stradale e della velocità veicolare, la quale influisce sulla rapidità d'escursione minima necessaria della ruota. Per questi motivi il motore da mozzo non si adatta ad una guida dinamica, soprattutto ad alte velocità. Comparando i sistemi ruota con motore nel mozzo e sistemi ruota senza motore nel mozzo si evidenzia che le conseguenze della maggiore massa non sospesa tendono a ridursi fino ad annullarsi alle basse velocità, motivo per cui la loro applicazione è principalmente adatta per sistemi a bassa o bassissima velocità, come nel caso del carrello elevatore o delle golf cart.
Allo scopo di minimizzare il peso dovuto all'introduzione di un motore nella ruota, si cerca di ridurre al minimo il contenuto di acciaio nel motore elettrico utilizzando, ad esempio, un motore elettrico a riluttanza magnetica e realizzando avvolgimenti per le bobine dello statore tramite filo litz per ridurre le perdite relative a correnti parassite. Altre soluzioni sono una migliore integrazione fisica motore-cerchione rendendoli un unico componente verso la soluzione classica originaria con l'accoppiamento motore-cerchione composto da due componenti. Resta comunque il fatto che, pur adottando diverse soluzioni per ridurne la massa, una ruota con motore integrato rimane più pesante di una ruota senza motore integrato.
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