Diferencial elétrico

   Ao não adotar o diferencial mecânico na tração traseira, e adotar eixos independentes para as duas rodas, um problema continuará a existir.
   Ao usar eixos independentes, não corremos o risco da roda interna da curva se arrastar enquanto a roda externa gira mais rápido.
   A roda interna girará menos rápida e a externa girará mais rápida.
   Mas um problema continuará, que é a perda de tração da roda externa e a derrapagem da roda interna, pois estaremos utilizando dois motores elétricos independentes mas em sincronismo.
   Em linha reta os dois motores estarão na mesma velocidade pois receberão a mesma quantidade de energia.
   Ao virar para a esquerda, a roda traseira esquerda receberá uma quantidade de energia e continuará tracionando. A roda direita por sua vez girará mais rápido devido à física do movimento mas receberá a mesma energia da roda esquerda, portanto não haverá aumento de velocidade pela tração do motor. Se quisermos que a roda direita tracione numa curva à esquerda devemos acelerar os motores e nesta hora o motor interno vai derrapar pois estará recebendo mais energia que a necessária para o seu giro interno.

   CIRCUITO ELETRÔNICO

   Este problema é resolvido com um circuito eletrônico que lê o ângulo da direção da roda dianteira e ajusta a velocidade das rodas externas à curva, fazendo com que ela gire mais rápido que a roda interna e mantenha a tração integral nas duas rodas mesmo durante uma curva. Como faz um diferencial mecânico.
  Este circuito já foi proposto neste estudo aqui.

Design and Implementation of an Electric Differential for Traction Application

   Portanto para a tração traseira funcionar, não basta ter os eixos independentes, é necessário também um sincronismo entre o ângulo de mudânça da direção das rodas dianteiras e a velocidade dos motores elétricos traseiros.
   Então por tornar a adaptação um pouco mais complexa, vou colocar o projeto de tração com dois motores elétricos em espera e seguir avante com um diferencial mecânico.

Projetando a tração traseira

   A primeira informação que preciso ter é o comprimento do semi eixo menor do Vectra: 610mm
   A segunda informação é o comprimento do semi eixo menor do veículo que vou adotar, o Passat alemão: 540mm.

   Com estas informações já consigo calcular as angulações que as trizetas e o comprimento entre as juntas irão sofrer .

   Neste catálogo da SPICER, aprendemos que:
   Junta deslizante VL:
      Ângulo máximo é 22°
     Deslizamento máximo é 48mm.

   Junta fixa
      Ângulo máximo é 47°
      Sem deslizamento

   Esta análise é apenas para o eixo traseiro.

   Vamos imaginar um triângulo retângulo, onde o lado horizontal é o semi eixo, o lado vertical é a altura que a roda chega ao sofrer os solavancos da pista, e a hipotenusa é a distância entre as juntas homocinéticas.
   Forçando um pouquinho a cabeça da para lembrar que o comprimento da hipotenusa varia conforme o teorema de Pitágoras para o triângulo retângulo:
  
   Hipotenusa = √( (cateto oposto)^2 + (cateto adjacente)^2 )

fica então:

   Comprimento = √( (lado horizontal)^2 + (lado vertical)^2 )

   Tangente do ângulo é o cateto oposto/cateto adjacente

fica então:

   Tangente do ângulo da junta deslizante = (lado vertical / lado horizontal)

   Como o lado horizontal é o semi eixo e não varia seu comprimento fisicamente, vamos variar apenas o lado vertical que é o da roda.(curso da roda)

   Vamos variar o comprimento do curso da roda em passos de porcentagens do comprimento do semi eixo.
   Como o semi eixo menor do Vectra tem 610mm, fica:

610mm
10% => 61mm
20% => 122mm
30% => 183mm
40% => 244mm

Planilha cálculo ângulo e distância

   Na planilha verificamos que a roda pode ter um curso de no máximo 40% do comprimento do semi eixo. Para o Vectra é 244mm ou 24,4 cm.
   A distância máxima das juntas chega em 657mm o que resulta num acréscimo de 47mm no comprimento da distância das juntas.
   Então o comprimento máximo do curso da roda de 244mm, faz o ângulo das juntas chegar em 21,3° com um deslizamento de 47mm.
   Como a junta deslizante tem um ângulo máximo de 22° e deslizamento máximo de 48mm, fica tudo dentro do projeto.

Um pouco mais sobre juntas e semi eixos homocinéticos

   Aprendi um monte de coisa legal neste catálogo da IMA:

Catálogo IMA

   Aprendi que o nome exato da peça que estou procurando é garfo de tulipa.
   Este garfo tem que ter fixação por parafusos, que é mais fácil acoplar no eixo de um motor elétrico, ao invés de eixo estriado.

Garfo da tulipa para torque
Trizeta
Garfo com trizeta

   Descobri que este tipo de garfo é projetado para equipar carros com torques agressivos e alta potência.
   Procurei quais carros utilizavam este garfo nas juntas homocinéticas e achei os Audis A3, A4, A6 e o Passat Variant alemão.

Semi eixo completo Passat
Semi eixo no ML

   Informações do vendedor do semi eixo no mercado livre:

"Características

Marca ORIGINAL VOLKSWAGEN
Número de peça 1H0407451X
SEMI EIXO COMPLETO LADO ESQUERDO VW PASSAT / VARIANT 2.0 AUTOMÁTICO COM 6 FUROS NA TULIPA DE 8,3 mm
1994 ATÉ 1997
OBS: O LADO DIREITO O EIXO É MAIOR MAS PODE SER USADO OS COMPONENTES DO SEMI EIXO ESQUERDO
Lado Esquerdo
Largura 542 mm" (comprimento)

Semi eixos homocinéticos

   A principal dificuldade que encontrei quando comecei a projetar a tração elétrica direta, foi o acoplamento da junta deslizante homocinética, que fica no lado da caixa de câmbio.
   Eu pensava que ela realmente tinha que deslizar dentro da caixa. Mas o que desliza é a semi árvore dentro da junta.
   O movimento de deslizamento faz com que a semi árvore continue tracionando a roda, mesmo que a distância entre motor e roda fique maior que o semi eixo em alguns milímetros.
   Esse movimento axial da semi árvore acontece dentro da junta deslizante.

Como funciona a junta homocinética

   A junta é presa na caixa de câmbio, na verdade ela é presa no diferencial dianteiro que fica na caixa, e dentro do diferencial, ela é presa numa engrenagem que tem estrias internas.
   A minha dificuldade era copiar estas estrias e fazer as estrias internamente no eixo do motor elétrico.
   Eu já vi motores elétricos com estas estrias e ainda por cima o eixo era todo oco, por onde passava óleo de resfriamento para o rotor.
   O nível de dificuldade técnico para se fazer rosca interna era, e ainda é, muito alto.
   A dificuldade aumentava pois projetar dentes de engrenagens e estrias são parte da mecânica de precisão, ou seja, é difícil o projeto e muito mais difícil ainda é a confecção.
   A máquina para fazer isso deve ser máquina com mecânica de precisão.
   A máquina ferramenta que faz estrias é a fresadora.
   Então o acoplamento que eu pensava em fazer era estas estrias internas no eixo do motor elétrico.
   Deixei esta idéia em banho maria para ver se aparecia um acoplamento mais fácil.
   Até que eu fiquei conhecendo o eixo homocinético da S10 norte americana.
   O acoplamento da homocinética lado caixa é feito por flange e parafusos.
   É mais fácil acoplar uma peça com furos do que com estrias.
   Claro que um acoplamento com flange é muito mais fácil de fazer do que estrias internas, basta um disco de metal soldado numa bucha com rasgo de chaveta para encaixar no eixo do motor elétrico. Ou quatro (4) rasgos de chaveta.
   Então procurei no mercado nacional qual carro poderia ter a homocinética fixada por flange, e achei a do Omega e da L200 Triton.   
   Semi eixo omega
  

Tração elétrica direta traseira

   Tenho 4 formas de colocar a tração elétrica traseira no veículo.
   1) Tração através do diferencial traseiro:
      a) Motor elétrico acoplado no diferencial

Diferencial traseiro

   2) HUB motor:
      a) Motor elétrico preso e acoplado diretamente no cubo da roda.

Hub motor.

   3) Juntas de velocidade constante(homocinética):
      a) Motor elétrico preso na carroceria e acoplado através de juntas de velocidade constante (homocinética) ao cubo da roda.

Motor na estrutura e semi árvores.

   4) In wheel motor:
      a) Motor dentro da roda.

In whell motor.
In whell motor 2.
In whell motor 3.

   As opções 2) Hub motor e 4) In wheel motor à primeira vista parecem serem as soluções definitivas para a conversão elétrica. Mas não é bem assim que acontece.
   Os problemas são:
   a) Aumento da massa dos cubos/rodas;
      i) Qualquer aumento da massa dos cubos ou das rodas interfere e prejudica a suspensão do veículo.
         Uma grande massa no cubo/roda responde aos solavancos da pista, também com grandes solavancos. É possível até que o conjunto mola/ amortecedor/suspensão não ser capaz de controlar, e a roda sair do chão. E o veículo ficar sem controle.
      ii) Para resolver a questão do aumento de massa, adota-se motores de imãs permanentes (brushless) nos cubos/rodas.
         Mas a construção física destes motores é frágil devido a necessidade de colocar os imãs no rotor.
         Isso faz com que a montagem do rotor sofra muito com as oscilações e pancadas que os cubos, rodas, molas, amortecedores e suspensão estão sujeitos.
   Colocar os motores presos no chassis/carroceria diminui muito as pancadas que o motor vai se sujeitar.
   Portanto motores de indução (ca) presos na estrutura do carro são uma ótima opção devido ao preço e a robustez  destes motores.
   E sua massa extra não vai prejudicar o projeto da suspensão do veículo.
   Mas para usar motor de indução trifásico na tração elétrica direta na traseira do veículo, só temos as opções 1) motor no diferencial e 3) homocinética.
   Para se usar homocinética, tem que existir espaço e visada direta entre os cubos das rodas traseiras.
   O Vectra CD 94 possui o eixo/suspensão do monza/kaddet  que é uma suspensão com barras de torção.

Suspensão Vectra CD 94

   A posição das molas e dos amortecedores não fica na direção dos eixos dos cubos das rodas.
   Isso permite a instalação de dois motores de indução trifásicos na carroceria do carro, atrás do eixo traseiro, conectando através de semi árvores e juntas de velocidade constante, os cubos das rodas aos eixos dos motores eletricos.