Veel motorrijders kijken wat minachtend naar elektrische motoren. Dat wordt snel anders als je met eigen ogen ziet dat elektrische motoren razendsnel zijn en dat elektrisch racen uitermate spannend is. Een racemotor is altijd cool. Daarom zijn Ducati en de MotoE trailblazers voor elektrisch motorrijden.

De wereld van mobiliteit verandert snel. De uitstoot van broeikasgassen moet omlaag en dat is niet het enige dat verbrandingsmotoren uitstoten. Ook koolmonoxide, stikstofoxiden, onverbrande koolwaterstoffen en roetdeeltjes worden via de uitlaat de omgeving in geblazen. Dat is vooral in steden een probleem. Daar zijn immers veel auto’s en motoren en daarmee dus ook een hoge concentratie van die schadelijke gassen, terwijl daar ook nog eens heel veel mensen zijn die die gassen inademen. Wereldwijd sterven er elk jaar 8,8 miljoen mensen door het inademen van vervuilde lucht, zo meldde Nu.nl in 2020. Gemiddeld leven mensen 2,9 jaar korter door een verhoogde concentratie giftige stoffen uit uitlaatgassen en industriële vervuiling. Het is dus niet zo gek dat veel steden zero-emission zones instellen. Dat klinkt alsof daar geen vervoermiddelen mogen rijden, die emissies veroorzaken, maar dat is niet zo. Alle vervuilende auto’s en motoren mogen er gewoon in, behalve de meest vervuilende vrachtwagens en zakelijk gebruikte Euro 4-bestelbusjes. Nogal arbitrair dus, maar in de komende jaren worden de verboden uitgebreid naar andere categorieën en worden de normen aangescherpt, zodat er rond 2035 uiteindelijk toch alleen nog emissievrije voertuigen naar binnen mogen. Uiteraard zullen er ook meer steden met milieuzones komen en zullen de zones groter worden. Uiteindelijk zul je dus ook met je benzinegestookte tweewieler uit de steden worden geweerd.

1 van 2

Mildere stemming

Ook de motorliefhebber zal dus uiteindelijk moeten switchen naar een tweewieler met elektrische aandrijving. Veel motorliefhebbers huiveren al bij het idee. Veranderen is immers afwijken van wat vertrouwd is. Voor veel mensen is dat eng, bovendien stuit het menigeen tegen de borst om meer te betalen voor iets dat minder kan. Elektrische voertuigen – kortweg EV’s – zijn zwaarder, hebben minder actieradius en je kunt ze niet zo snel vol tanken als een fossiele motorfiets. Alhoewel… het InMotion-raceteam van de TU Eindhoven heeft een raceauto gemaakt die ze in vier minuten van 10 tot 80% kunnen volladen, dit dankzij een koelsysteem dat elke cel individueel koelt. Da’s cool. Motoren die indrukwekkende prestaties leveren zijn ook cool. Zo hoopt de racewereld met een elektrisch motorracekampioenschap ook een bijdrage te leveren aan een mildere stemming rond de elektrische motorfiets. Daaraan draagt ook Ducati graag een steentje bij. Daardoor is het MotoE-kampioenschap in 2023 van een klasse voor studenten tot een klasse voor professionele rijders op Ducati’s gepromoveerd. Ducati gebruikt deze races om haar kennis op het gebied van elektrische motoren te vergroten en zo straks een sterk aanbod op de markt te kunnen zetten.

V21L

De codenaam voor Ducati’s MotoE-racer is V21L. Deze racer is geconstrueerd rond het accupakket, dat als een soort zelfdragende carrosserie het hart van het frame vormt. In die carbonfiber behuizing bevinden zich 1.152 cilindrische Lithium-ion staafbatterijen, die elk een nominale spanning van 3,6 Volt hebben. Elke cel heeft een diameter van 21 mm. De pluspool is een platte schijf bovenop, de -pool een platte schijf aan de onderzijde. Hiermee wordt een batterijpakket gevormd dat een boordspanning van 800 Volt levert met een capaciteit van 18 kWh. Het pakket wordt opgeladen via een 20 kW-laadcontactdoos in het carbonfiber kontje. Het gewicht van het accupakket is 110 kg, althans, van de eerste generatie. Daarin gebruikte Ducati cellen met een energie-inhoud van 4,2 Ah. Voor 2025 heeft Ducati een cel met een betere chemie gevonden, die 5 Ah levert. Om de gewichtsverdeling niet te veranderen, werd een op de zes cellen verwijderd. Daardoor kon het aantal cellen worden verminderd van 1.152 naar 960, wat het batterijpakket weer 8,2 kg lichter maakt. Dat kan afhankelijk van het circuit drie tot vier tiende seconden op een rondje schelen.

Techniek Radarsystemen: Radar-gestuurde Assistentie

Magneten

De energie uit het batterijpakket wordt via een 5 kg wegende omvormer aangeboden aan de 21 kg zware elektromotor, die tussen de schetsplaat van de swingarm en het motorblok is gemonteerd. Daar valt het een en ander over te zeggen, want er zijn meerdere soorten elektromotoren. Die hebben echter één ding gemeen: ze werken op basis van magnetisme. Iedereen die wel eens met twee magneten heeft gespeeld, weet dat magneten een noord- en een zuidpool hebben en dat die elkaar aantrekken. Twee noordpolen duwen elkaar weg, net als twee zuidpolen dat doen, als je ze naar elkaar probeert te drukken. Zou je een magneet op een as monteren en een andere magneet op een vast punt naast de as plaatsen, dan zou de as wegdraaien totdat de gelijke polen zover mogelijk van elkaar staan – of de ongelijke zo dicht mogelijk bij elkaar. En dan gebeurt er niks meer, dus daar heb je niet zoveel aan. Je zou de magneet op de draaiende as moeten kunnen omkeren, zodat noord- en zuidpool omwisselen. Dan draait de as weer een halve slag. Dat gaat echter niet met een metalen magneet, maar het kan wel als je de magneet op de roterende as vervangt door een elektrische spoel.

Magneetveld

Een spoel is in feite een rolletje koperdraad. Niet zomaar ‘bloot’ koperdraad, maar koperdraad die is gecoat met een isolerend laklaagje. Wanneer je zo’n draad tot een spoel wikkelt en je zet daar een gelijkspanning op, dan gaat er een gelijkstroom door de windingen lopen. Dan volgen de elektrisch geladen deeltjes – de elektronen – de windingen, zodat ze in cirkels rondlopen. Zou de draad niet gecoat zijn, dan zou de stroom de kortste weg naar de aansluitingen nemen en dan gebeurt er niets. Maar als de elektronen wel in cirkels lopen, veroorzaken ze een magneetveld in de spoel. Dat magnetisch veld heeft aan de ene kant van de spoel een noordpool, aan de andere een zuidpool, net als bij een gewone magneet. Monteer je de spoel op een as tussen twee magneten, die met de noord- en zuidpool naar elkaar zijn geplaatst, dan gebeurt hetzelfde als met de metalen magneten uit het eerdere voorbeeld: de as draait tot de noordpool van de spoel bij de magneet met de zuidpool komt en de zuidpool van de spoel bij de magneet met de noordpool, want die trekken elkaar aan. Maar dan zou de beweging eveneens stoppen. Dat wil je natuurlijk niet. Dus is het handig om het elektrische contact met de spoel vlak voor die tijd te verbreken en andersom aan te sluiten, als de spoel net voorbij de magneten is gedraaid. Door het ‘ompolen’ verwisselen de noord- en zuidpool van de spoel van plek, waardoor de spoel zich weer afzet ten opzichte van de vaste magneten en hij kan doordraaien.

Koolborstel

Om meer aandrijfvermogen en een gelijkmatiger aandrijfkoppel te krijgen zijn elektromotoren voorzien van meerdere spoelen, die steeds een aantal graden ten opzichte van elkaar zijn verdraaid. De aansluitingen zijn in segmenten van een mooie ronde cilinder ondergebracht. De elektrische spanning wordt door twee veerbelaste koolstof staven – de koolborstels – overgebracht op de cilinder, die collector of commutator wordt genoemd. Als de elektromotor draait, glijdt de commutator tussen de koolborstels rond, zodat er steeds een ander segmentje in contact komt met de staven. En dus wordt er steeds een andere spoel geactiveerd, namelijk diegene die bij die stand van de as het grootste koppel oplevert.

Een nadeel van een elektromotor met koolborstels is, dat koolborstels slijten door het slepende contact. En wanneer ze versleten zijn, kunnen ze door een lage aanlegdruk slecht contact maken en gaan vonken, waardoor de collector verbrandt.

Koolborstelloos

Wil je een motor met een lange levensduur maken, dan is het verstandig de zwakke schakel te elimineren. Dat kan door de boel om te draaien: de rotor uitrusten als magneet en de spoelen in de statische behuizing zetten, die om die reden ook ‘stator’ wordt genoemd. De truc is nu om de spoelen in de behuizing om de beurt aan te sturen, zodat de rotormagneet steeds wordt aangeduwd- of getrokken. Dat kan met wisselspanning. Het kenmerk van een wisselspanning is, dat die steeds automatisch de plus en de min omdraait, waardoor het in een spoel een wisselend magnetisch veld veroorzaakt. Daarmee kun je de rotor laten draaien. Het nadeel is wel dat het toerental recht evenredig is aan de frequentie van de wisselspanning. Komt die uit het stopcontact, dan zal het toerental altijd een vast veelvoud van 50 Hz zijn, tenzij je een manier vindt om de frequentie aan te passen. Met de moderne elektronica is dat echter geen enkel probleem meer. Je kunt door het regelen van de frequentie een goede toerentalregeling maken, bovendien kun je de timing van de spanningspulsen sturen. Dan kun je de magnetische velden altijd zo plaatsen dat ze de rotor maximaal bekrachtigen en een optimaal koppel creëren. Daarvoor wordt de rotorpositie doorgaans met een Hall-sensor bepaald. Een ECU bepaalt vervolgens welke spoelen moet worden bekrachtigd en op welk moment dat gebeurt. Deze motoren worden ook wel ECM genoemd (Electronically Commutated Motor).

1 van 10

China

Elektromotoren met koolborstels staan erom bekend dat ze vanuit stilstand een hoog koppel kunnen ontwikkelen. Dit koppel daalt echter sterk naarmate de draaisnelheid toeneemt. Daarom worden voor aandrijving van motorfietsen doorgaans koolborstelloze motoren gebruikt. Die hebben nog meer voordelen: ze kunnen een hoger koppel per kilo leveren, en ook meer koppel per Watt-elektrisch vermogen. Ze zijn dus efficiënter. Daarnaast zijn ze betrouwbaarder, maken ze minder geluid en minder elektromagnetische interferentie. Een ander voordeel is dat de spoelen op de stator zitten, waardoor ze geen last hebben van centripetale krachten. De spoelen kunnen beter worden gekoeld omdat ze in de statische behuizing zitten. Dat kan zonder een directe luchtstroom door de motor, zodat deze motoren ook volledig gesloten kunnen worden en niet gevoelig zijn voor vuil. Vanwege de betere koeling zijn er ook weer hogere vermogens mogelijk.

Twee koelsystemen

Op de vraag welke motor Ducati gebruikt, antwoordt een woordvoerder dat ze dat niet aan de buitenwereld willen vermelden. Maar, gezien het voorgaande, kunnen we het wel raden. In elk geval weten we wel zeker dat de motor een rotatiesnelheid van 18.000 tpm heeft, dat ze een maximum koppel van 140 Nm op de kettingaandrijving zet en dat het maximum vermogen 110 kW (150 pk) bedraagt, wat genoeg is voor een topsnelheid van 275 km/u. De hitteontwikkeling van de elektromotor wordt afgevoerd door een koelsysteem met vloeistofkoeling, terwijl een tweede, separaat koelcircuit de temperatuur van het accupakket onder controle houdt. Daardoor kan het batterijpakket in 45 minuten worden opgeladen tot 80%.

Techniek: je motor als aggregaat?

Nog lichter

Het rijwielgedeelte van de Ducati V21L is opgebouwd rond de zelfdragende carbonfiber behuizing van het accupakket. Daaraan is een aluminium monocoque voorsubframe bevestigd, dat 3,7 kg weegt. Aan de achterzijde is een aluminium swingarm met een gewicht van 4,8 kg met schetsplaten aan de behuizing en de elektromotor bevestigd. Aan de bovenzijde is een carbonfiber achtersubframe aan de behuizing bevestigd. De voetsteunen zitten vast aan de schetsplaten en zijn in hoogte en afstand verstelbaar.

Voor 2025 is de V21L 4 mm verlengd dankzij andere bussen in het balhoofd, de balhoofdhoek en naloop zijn daarbij ongewijzigd gebleven. De hoogte van de swingarmas kan op het 2025-model eveneens worden aangepast. Ook een lichtere achtervelg, die 600 gram lichter is. Het totaalgewicht van de Ducati is van 225 kg naar 216,2 kg gedaald.

Top of the bill

Voor de vering heeft Ducati gekozen voor Öhlins. Aan de voorzijde heeft de V21L een 43 mm NPX 25/30 usd-voorvork, die is afgeleid van de Superleggera V4. Aan de achterzijde zorgt een Öhlins TTX36 schokdemper voor een goed wegcontact. Daarnaast heeft deze MotoE-motor ook nog een verstelbare stuurdemper van Öhlins. Voor de remmen koos Ducati uiteraard ook top-of-the-bill onderdelen van de Italiaanse specialist Brembo. Het voorwiel geeft onderdak aan twee stalen 338,5 mm-remschijven, die volgens het persbericht zijn voorzien van koelvinnen op de rotor. Die vinnen dienen om het koeloppervlak te vergroten, zodat de remmen beter functioneren bij het extreme gebruik op het circuit. Wat ik op de foto’s zie, lijken me ‘gewone’ Brembo T-Drive remschijven. Maar goed, ze worden in elk geval bediend door twee radiaal bevestigde GP4RR M4 32/36 remklauwen en een radiale PR19/18 hoofdremcilinder. Het achterwiel wordt vertraagd door een enkele 220 mm-remschijf met 5 mm dikte, waarop een P34-remklauw werkt. Deze wordt op zijn beurt bediend door een PS13-voetremcilinder. De teams kunnen er ook voor kiezen hun motorfietsen uit te rusten met een achterrembediening op het linkerhandvat. Die bediening kan de rijder als alternatief voor de pedaalrem gebruiken.

Assistentiesystemen

Ook de MotoE-racer van Ducati is voorzien van diverse assistentiesystemen, zoals Ducati Traction Control, Ducati Slide Control, Ducati Wheelie Control en instelbare gasreactie en motorremwerking. Ducati meldt dat ze veel aandacht aan de elektronica heeft besteed, met als doel een gasrespons te verkrijgen zoals bij een motor met verbrandingsmotor en een respons van de elektronische assistentiesystemen die vergelijkbaar is met de conventionele Ducati-racemotoren. Die respons is voor 2025 nog verder verbeterd: In 2025 kan de tractiecontrole per bocht worden afgesteld. De rijder kan kiezen tussen drie verschillende mappings met verschillende kalibraties voor de tractiecontrole, voor elk deel van het circuit.

Foto’s: Peter Aansorgh