Danske forskere: Vores elmotor øger elbilers rækkevidde med fem procent

Verdens producenter af elbiler er ikke helt enige om, hvilken type elmotor der egner sig bedst til elbiler. I en Renault Zoe ligger der for eksempel en synkronmotor, i Tesla S har de valgt at bruge en asynkron­motor, og i verdens mest solgte elbil, Nissans Leaf, ligger der en AC-motor med permanente magneter (PM).

Og med en ny type elmotor udviklet og patenteret på Aalborg Universitet bliver valget ikke nemmere, fortæller Peter Omand Rasmussen, der er lektor på Institut for Energi­teknik og manden bag det nye elmotorprincip:

»Da vi for tre år siden startede udviklingsprojektet, var der meget fokus på elmotorer med permanente magneter. Priserne for de sjældne jordarter, der indgår i magneterne var vildt høje, og vi syntes derfor, at det kunne være interessant at udvikle en anderledes motor.«

Artiklen fortsætter efter illustrationen

Illustration: MI Grafik

Peter Omand Rasmussen havde tidligere udviklet en variant af en traditionel switched reluctance-­motor (SRM), kaldet U-core SRM, hvor mængden af magnetiseret jern er mindsket. Dette øger effektiviteten, samtidig med at der introduceres en elektromagnetisk gearing, hvilket øger momenttætheden.

Den idé fik et lille hold studerende lov til at gå i krig med, og i løbet af tre semestre plus en efterfølgende projektansættelse har de i samarbejde med en række partnere udviklet på teknologien. I den tidlige fase af projektet blev der arbejdet med den oprindelige teknologi fra Peter Omand Rasmussens patent, og ud fra de erfaringer, der blev gjort med den første prototype, er der sidenhen udviklet en helt ny motor samt tilhørende styring.

Mindre kobber og mere effekt

Resultaterne fra de netop overståede test af den nyeste prototype viser, at motoren har en samlet effektivitet på 94 procent. Allerede fra 1.000 omdrejninger i minuttet og et moment på 10 Nm er effektiviteten over 90 procent.

»Det specielle ved motoren er, at vi kan opnå en form for gearing i forhold til almindelige SR-motorer, hvor vi for den samme strøm kan få et større moment, uden i øvrigt at ændre på motorens fysiske størrelse, samtidig med at vi bevarer SR-teknologiens relativt høje effektivitet i et stort arbejdsområde,« forklarer Peter Omand Rasmussen, der vurderer, at det kan betyde fem procent længere rækkevidde for en elbil.

Men før man kunne komme så langt, skulle hele designet laves om, således at en større procentdel af kobberet indgik i motorens magnetiske kredsløb. Denne ændring i topologien medførte en mere flad motor. Samtidig skulle der også udvikles et nyt styringskredsløb i en effektklasse, der passede til motoren. Dette styringskredsløb anvendes til at kontrollere, hvornår hvilke af elektromagneterne i motoren skal tænde og slukke.

Resultaterne viser, at motoren har mindre moment end en PM-motor. Til gengæld er den mere effektiv på en bil, der kører lange stræk ved relativt lav belastning, som det er tilfældet på lande- og motorvej.

»Og det er jo netop det, vi gerne vil have med elbiler. De skal gerne have lang rækkevidde, når vi vil køre langt. I byen, hvor der er mange stop og acceleration, er det mindre vigtigt, om rækkevidden er 100 eller 200 km,« siger han og forestiller sig også, at mindre versioner af motoren vil være specielt egnede til biler af den såkaldt milde hybrid-­type.

Her sidder en elektrisk motor i serie med forbrændingsmotoren og bruges kun en gang imellem. Tabene i U-core SR-motoren vil være mindre end med en PM-­motor i denne applikation, da der er et mindre stationært magnetfelt i en U-core SRM og dermed færre hvirvelstrøms- og hysteresetab.

Møde med tyske bilproducenter

Resultaterne glæder parterne bag projektet, som også tæller rådgivningsvirksomheden Insero fra Horsens. De har blandt andet stået for projektledelse og ansøgning om midler fra EUDP. Projektet er samlet i Ciped (Compact Intelligent Powerful Electric Drivtrain for EVs), hvor også virksomhederne Johnson Controls og Eltronic deltager.

Foruden udviklingen af selve motoren bliver der også arbejdet med udvikling af en støddæmper, der er i stand til at opsamle energien via en elektromagnetisk løsning. Det forklarer Jens Christian Morell Lodberg Høj, der er team lead for Inseros E-Mobility-afdeling:

»Et af de store spørgsmål, vi nu arbejder med, er, hvordan vi kan komme ind til de store bil-producenter og demonstrere, hvad vi har opnået,« fortæller Jens Christian Morell Lodberg Høj. Til det har Ciped brugt Udenrigsministeriets Innovation Center Denmarks kontor i München, og i næste uge er der arrangeret møder med Audi, VW, Ford, Opel og Daimler:

»Vi er fuldt bevidste om, at de virksomheder, der deltager i Ciped, bortset fra Johnson Controls, ikke har en størrelse, der gør, at de bare kan gå fra at producere nogle få hundrede motorer til flere tusinde på kort tid. Derfor går vi nu i dialog med nogle af de store virksomheder, der kunne være interesserede,« siger Jens Christian Morell Lodberg Høj.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

"Resultaterne viser, at motoren har mindre moment end en PM-motor" Moment-mangel er næppe et problem for elbiler, især ved lav fart. Mon ikke de fleste elbiler har elektronisk begrænsning af momentet for at undgå hjulspin, geartandslid og torque-steer. Detaljer fra accelerationskurven for Model S viser at accelerationen er kunstigt begrænset indtil godt 20km/t, hvorefter den stiger. Ellers går kraften bare op i dækrøg.

Kort sagt, den danske uSRM synes at passe bedre til virkelige forhold.

  • 22
  • 0

Til lykke med et fantastisk spændende og fremsynet teknisk projekt. Det er den slags Danmark fremover skal leve af, så jeg håber at ING vil følge op på projektet, også dets økonomiske aspekter og konsekvenser. En korrekt beskrivelse og forståelse af det er jo af afgørende betydning for om Danmark kan udvikle sig eller om vi bare fortsætter med at glide langsomt hen imod et Trumph samfund.

  • 11
  • 3

Jeg har selv studeret (andet studie) tæt på de her fyre, og det er virkeligt et verdensklassemiljø for elmotorer og effektelektronik på AAU, tidligere under ledelse af den meget begavede - og behagelige - Frede Blåbjerg.

Jeg håber de kommer ud over rampen, og får en guldrandet aftale med bilindustrien. Det fortjener begge parter.

Desværre er det ikke specielt sandsynligt, at motorerne kaster mange arbejdspladser af sig i Danmark. For når PhD'erne er færdige, gælder det udelukkende om produktionsoptimering til mega-skala produktion. Og her kan vi simpelthen ikke følge med tyskerne. Har vi overhovedet steder, der laver industiel masseproduktion i Danmark..?

  • 9
  • 0

Hvor er det fantastisk at læse, at man stadig kan forbedre og udvikle på et fundamentalt niveau på noget så "gammelt" som en elmotor. Sejt gået. Ørsted ville være stolt :) Lad os glemme tidligere uheldige men velmente forsøg og blive en nation, som også udvikler og producerer el-biler.

  • 7
  • 0

Artiklen nævner ikke noget om vægt, men den ser umiddelbart ret stor ud, så den er ikke oplagt til placering i hjulet (hvilket imo er den rigtige vej at gå i el-biler - 4 relativt små motorer med højt moment, som kan styres elektronisk).

Ved at bruge permanente magneter i stedet er det muligt at få ret effektive motorer:

http://www.masinaelectrica.com/45kw-bushle...

Meget godt klaret af en DIY motor.

Og så vil jeg gerne støtte op om Martins holdning - det skal ikke være muligt at offentlig udvikling skal være en billet til at enkeltindivider beriges.

  • 4
  • 3

Grundfos og Danfoss laver en rasende masse motorer og er ekstremt fokuserede på energi effektivitet til henholdsvis pumper og kompressorer, så kridt dog skoene.

  • 6
  • 0

Det er for mig at se vel undt, at de kreative får bonus for kreativiteten. Når det drejer sig om produkter af offentlig forskning bør der imidlertid tages stilling til hvor stor en del af "kagen" det offentlige skal have. Det kunne være interessant at få belyst hvorledes det helt konkret gøres i denne sag, hvor såvel DTU og EU og diverse mere eller mindre offentlige fonde er med i finansieringen. Der hvor kæden eventuelt ryger helt af (som andre har berørt ovenfor) er når man tror at kreativiteten kommer til gavn for samfundet i form at arbejdspladser og skatteindtægter. Et grelt eksempel er at udenlandske (Fjernøstlige) firmaer kan oprette et lille datterselskab i Danmark og derefter frit tappe ind på dansk know how og forskning, endda med danske støtte kroner. Det aller værste er imidlertid, at politikerne fortsat tror, at man indenfor det etablerede system kan få finansieret en velfærdsstat, selv om såvel arbejdspladser som know how fortsætter med at sive væk fra landet. Med ringere stats indtægter bliver samfundet gradvis ringere, og da det er samfundets niveau der afgør det generelle bevidsthedsniveau i samfundet, kan man derfor forvente en gradvis samfundsmæssig degenerering. Hverken højre eller venstre side af det politiske spektrum er i nærheden af noget der kan føre den rigtige vej. Venstre side af det politiske spektrum har dog den fordel, at de gerne vil fremme den samfundsmæssige lighed der er et nødvendigt element for en positiv udvikling, men deres konkrete løsnings forslag er ikke bedre end højrefløjens. Der skal noget helt nyt til. "Idesamfundet"!

  • 3
  • 0

Ifølge TU passer motoren bedre til bidrag i hybridbiler end hovedmotor i elbiler

Den vil også kunne øge rækkevidden i en ren el-bil der har elmotor på både for- og bagaksel, som nogle Tesla'er har.

I den konstruktion vil den nye U-core SRM motor kunne levere det primære arbejde under jævn kørsel på f.eks. motorvej, mens en traditionel el-motor kan levere større moment ved acceleration, f.eks. under bykørsel og når det ellers er nyttigt.

  • 0
  • 0

Det er for mig at se vel undt, at de kreative får bonus for kreativiteten. Når det drejer sig om produkter af offentlig forskning bør der imidlertid tages stilling til hvor stor en del af "kagen" det offentlige skal have.

Derfor har vi forskerpatentloven (lov om opfindelser ved offentlige forskningsinstitutioner), som er en parallel til Lov om arbejdstageres opfindelser.

Man kan ikke lave om på, hvem der er opfinder af noget. Det vil altid være en eller flere personer. Ophavsretten ligger juridisk altid som udgangspunkt hos opfinderen.

Hvis denne er en offentligt ansat forsker, har hans/hendes universitet imidlertid ret (men ikke pligt) til at overtage opfindelsen mod en 'rimelig' godtgørelse. Herefter ejer universitet opfindelsen - og har pligt til at søge en kommercialisering.

Det vil sige, at en væsentlig del af den potentielle gevinst går tilbage til samfundet (i form af det offentlige universitet).

Mig bekendt har alle danske universiteter i dag særlige patentenheder, der overtager lovende ideer fra forskerne og arbejder videre med dem. Universiteterne sælger derefter typisk patenter eller royalty-aftaler til danske eller udenlandske virksomheder.

Det er ikke hensigtsmæssigt blot at give opfindelserne fri for alle at bruge - det vil sige undlade at patentere.

For det første ville meget viden slet ikke blive udnyttet, fordi den manglende patentering ofte vil betyde, at der ikke er nogen, der tør investere i selve produktudviklingen. Hvis alle kan bruge dem samme opfindelse, mister den nemt sin værdi. For det andet ville det være det samme som at forære den danske viden til udlandet uden betaling.

  • 4
  • 0

Jeg syntes jeg an se en slange med kølevand. Det ser jeg hver gang jeg møder de der højeffektive elmotorer. Er energien til pumper og evt blæsere medegnet i den høje virkningsgrad?

  • 0
  • 0

Jeg syntes jeg an se en slange med kølevand. Det ser jeg hver gang jeg møder de der højeffektive elmotorer. Er energien til pumper og evt blæsere medegnet i den høje virkningsgrad?

Du kunne jo prøve selv at regne lidt på det - men lad mig hjælpe dig lidt på vej:

Kontinuerlig effekt 17,5 kW, virkningsgrad 94% - hvor meget varme bliver det til ved maks ydelse (og mere ved peak belastning)?

Men varmen er ret koncentreret, hvorfor den skal bortledes, men det kræver ikke ret megen energi.

  • 0
  • 0

Det ser spændende ud, selvom det meget ligner den gamle Teknomotor i princippet. Den med en tredelt rotor og en hesteskomagnet. Det jeg tænker på er, om man også kunne vinde noget ved en smartere styring af magnetiseringen. On/off virker lidt gammeldags, men det bruges måske allerede.

  • 0
  • 1
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten