Elektrisk motor med 98,2 % verkningsgrad: Renault och Geely visar framtidens riktning
Renault presenterar tillsammans med sin kinesiska partner en drivlina som knappt förlorar någon energi under laboratorieförhållanden. Om resultaten bekräftas i verklig körning kommer konkurrenterna att tvingas satsa betydligt mer.
Under det gemensamma varumärket Horse har en elektrisk motor för hybridfordon utvecklats som uppnår 98,2 % verkningsgrad vid tester. Det är ett bättre resultat än de flesta enheter som produceras idag. Nyckeln till framgången är en ny typ av stål som används i statorn.
Motor Amorfo: gemensamt projekt mellan Renault och Geely
Horse är ett företag som grundats gemensamt av Renault och den kinesiska koncernen Geely. Dess uppgift är att utveckla moderna drivsystem. Det senaste resultatet från ingenjörernas arbete är motorn Amorfo, utformad främst för hybrider och fordon med så kallad räckviddsförlängning.
Namnet är inte slumpmässigt. Det hänvisar direkt till statorns material – amorf stål med oordnad atomstruktur har använts. I klassiska motorer används däremot kristallint stål, vars atomer är ordnade i ett regelbundet gitter.
Motorn Amorfo uppnår en verkningsgrad på 98,2 %, vilket enligt uppgifter från företaget Horse motsvarar ungefär hälften lägre interna förluster jämfört med en vanlig elektrisk drivlina.
Enligt företaget handlar det inte om ett rent marknadsföringstrick. De fysikaliska egenskaperna hos amorf stål gör det möjligt att kraftigt minska förluster orsakade av magnetfält, särskilt vid höga arbetsfrekvenser.
Plåtar tunnare än ett människohår
Det mest imponerande är tjockleken på de enskilda lager som statorn består av. Varje plåt mäter endast 0,025 millimeter – det är ungefär tio gånger mindre än hos typiska elektromotorer monterade i personbilar.
Sådana tunna lager hjälper till att undertrycka så kallade virvelströmmar. Det handlar om ett fenomen där oönskade elektriska strömmar induceras i metallen, som omvandlas till värme och orsakar energiförluster. Ju tunnare lagren är, desto svagare blir detta fenomen och desto mer effektivt omvandlar drivlinan elektricitet till rörelse.
Horse deklarerar en minskning av förlusterna direkt i motorn med cirka 50 % jämfört med en referenskonstruktion, samtidigt som samma parametrar för effekt och vridmoment bibehålls.
Enligt publicerade data har Amorfo en effekt på 190 hästkrafter och ett vridmoment på 360 Nm. Det är helt tillräckliga värden för en hybrid-SUV, kompakta bilar eller större sedaner med elektrisk assistans.
Hur står sig detta resultat jämfört med andra motorer?
Nuvarande elektriska drivlinor i personbilar uppnår vanligtvis en verkningsgrad på mellan 93 och 97 %. Skillnaderna beror på belastning, temperatur, varvtal och specifika konstruktionslösningar.
På papperet verkar en ökning med en till två procentenheter inte lika dramatisk som till exempel en fördubbling av effekten. Men när det gäller energieffektivitet representerar varje procent verkliga besparingar – särskilt för stora fordonsflottor och miljontals körda kilometer.
Laboratorium kontra verklig körning på vägen
Helhetsbilden kompliceras av mätförhållandena. Den angivna verkningsgraden på 98,2 % kommer från tester som utförts av företaget självt i en strikt kontrollerad miljö. I daglig användning spelar faktorer in som är svåra att perfekt återskapa på ett testställ:
- temperaturvariationer – från vinterfrost till hett asfalt,
- drift vid delbelastning, inte i en enda optimal punkt,
- åldrande av material inklusive isolering och själva stålet,
- variationer i spänning och traktionsbatteriets prestanda.
Tillverkare anger vanligtvis maximal verkningsgrad som uppnås inom ett visst driftområde, inte genomsnittet för hela körningscykeln. Oberoende laboratorier mäter inte sällan lägre värden än vad marknadsföringsmaterial lovar. Horse preciserar ännu inte i vilka fordon och i vilken konfiguration denna motor kommer att användas – därför är det svårt att uppskatta hur den kommer att bete sig i en färdig bil.
Verklig energibesparing: ungefär 1 % i hela systemet
Företaget uppskattar att efter att ha tagit hänsyn till hela hybridsystemet – inklusive batteri, omriktare, växellåda och andra tillbehör – uppgår energibesparingen till ungefär 1 %. Detta värde avser redan verklig körning av fordonet.
En minskning av energiförbrukningen för en hybrid med 1 % verkar vid första anblicken oansenlig i en enskild bils skala. Men i skalan av tusentals producerade enheter översätts det till enorma mängder sparad ström eller bränsle.
Vid en årlig körsträcka på 20 till 30 tusen kilometer, för företagsflottor och under lång driftstid, börjar denna vinst väga tungt – både för föraren och för CO₂-utsläppsbalansen. För tillverkaren har varje bråkdel av en procent sin betydelse, eftersom det kan underlätta uppfyllandet av allt strängare normer för energieffektivitet.
Vem kommer att få den nya drivlinan?
Motorn Amorfo finns redan i företaget Horses katalog. Företagets kunder kan därför beställa den när som helst för sina projekt. Den första köparen kommer med största sannolikhet att vara koncernen Renault själv tillsammans med sina dotterbolagsmärken.
Andra företag som tillhör Geely-gruppen, till exempel Volvo, kommer också i fråga. Denna typ av motor passar särskilt för en ny generation plug-in-hybrider, där prioriteten är låg energiförbrukning, inte rekordeffekt.
Varför tävlar tillverkarna i verkningsgrad?
Marknaden för fordonsdrivlinor förändras snabbare än för tio år sedan. Vid sidan av batterier och styrelektronik har just motorerna blivit det viktigaste slagfältet. Kinesiska märken visar allt mer sofistikerade konstruktionslösningar – från förbräningsmotorer med rekordhög verkningsgrad till banbrytande elektriska drivlinor.
Europeiska och japanska företag, som i åratal dominerat området för drivsystem, måste reagera. Lanseringen av en motor med mycket hög verkningsgrad är ett sätt att behålla positionen och visa att de fortfarande har något att erbjuda på det tekniska planet.
Vad får föraren ut av detta?
Om de deklarerade värdena bekräftas i serieproducerade fordon kommer användaren framför allt att märka lägre energiförbrukning vid daglig körning. För en hybrid kan det innebära färre stopp vid pumpen under året eller längre räckvidd på en enda laddning av traktionsbatteriet.
Den andra fördelen är mindre mängd värme som frigörs direkt i motorn. En effektivare drivlina hettas upp mindre, så kylsystemet kan arbeta med mindre belastning. Detta gör det i sin tur möjligt att förenkla konstruktionen av hela fordonet eller minska vikten på vissa komponenter.
Det är värt att nämna att utvecklingen av motorer påverkar hela fordonets arkitektur. Tillsammans med förbättrad verkningsgrad ändras vanligtvis även styrmjukvaran, strategin för energiåtervinning vid bromsning eller valet av växellåda. Den slutliga effekten märks av föraren som ett mjukare beteende hos drivlinan och bättre respons på gaspedalen.
Hur ska man förstå siffrorna som anges för elektriska drivlinor?
För många människor är procentuella verkningsgrader en ganska abstrakt uppgift. Man kan lätt få intrycket att skillnaden mellan 96 och 98,2 % är försumbar. I verkligheten innebär varje energiförlust i drivlinan ytterligare kilowattimmar som måste tas från batteriet eller brännas i en förbränningsmotor som samarbetar med den elektriska.
För ett fordon som körs 200 tusen kilometer under sin livstid kan skillnader i storleksordningen en till två procent ackumuleras avsevärt. Detta återspeglas både i driftskostnaderna och i koldioxidavtrycket för den specifika bilen. För tillverkaren är det samtidigt ett verktyg för att bygga konkurrensfördelar – särskilt när liknande prestanda- och räckviddsparametrar kan uppnås med ett mindre batteri.
Ur användarens perspektiv lönar det sig att övervaka inte bara effekt och vridmoment, utan också hur tillverkaren beskriver drivlinans och hela systemets verkningsgrad. Inte ens en motor med rekordparametrar räcker om resten av fordonet – från däck till aerodynamik – slösar energi. Projekt som Amorfo är därför en av pusselbitarna i ett större pussel vars mål är mer ekonomiska och sofistikerade hybrid- och elbilar.
