Virksomhed udvikler ny magnet-fri elektromotor

Illustration: Mahle/PR

I takt med at flere og flere bilejere skifter fra traditionelle benzindrevne biler til elektriske køretøjer, bliver den begrænsede adgang til sjældne jordmetaller, der bruges til elbiler, stadigt mere presserende.

Foreløbigt er Kina det eneste land, der har kapacitet til at raffinere de sjældne jordarter i så stort et omfang, som markedet efterspørger, og landet står for hele 60 procent af de sjældne jordmetaller, der leveres globalt.

Men i den seneste tid har der, blandt andet som en konsekvens af en skrappere eksportkontrol, været meldinger om manglende leverancer fra Kina.

Læs også: »Beskidt, farligt og skadeligt«: Forskere advarer om jagten på metaller og sjældne jordarter til grønne teknologier

Det har skabt generelt bekymring hos blandt andre bilproducenter, der er afhængige af jordmetallerne for at kunne møde efterspørgslen på elektriske biler.

Af samme årsag er flere bilproducenter begyndt at lege med idéen om at producere elektriske motorer, der kan køre uden magneter og dermed uden de sjældne jordmetaller.

En virksomhed der prøver kræfter med teknologien, er den tyske producent Mahle, som leverer bildele til hele verden. I en meddelelse oplyser virksomheden, at det er lykkedes at udvikle en magnetfri elektromotor, der ikke kræver sjældne jordmetaller og som er både effektiv og holdbar.

Det skriver TechXplore.

Bruger induktion

Hidtil har elektromotorer været afhængige af roterende kontakt anordninger, der overfører elektricitet til en kobberspole i en rotor. Det er disse anordninger, Mahle har fjernet i den nye motor, som i stedet bruger motordrevne spoler i rotoren, som overfører strøm ved hjælp af induktion.

Ifølge bildelsproducenten vil udeblivelsen af sjældne jordmetaller gøre motoren markant billigere at producere end de eksisterende elektriske motorer på markedet, ligesom der vil være færre kontaktflader i motoren, der kan nedslides med tiden.

Designet tillader desuden, at motoren kan justeres, og at der kan ændres på parametre for rotoren. De foreløbige tests af motoren viser, at den har en effektivitet på 95 procent.

Mahle forventer, at motoren vil komme på markedet og blive masseproduceret om omtrent 2,5 år. Noget tyder derfor på, at producenten allerede har indgået et samarbejde med en bilproducent. Det er dog endnu uvist, hvilken producent, der er tale om.

Samarbejde om sjældne jordmetaller

Det er langt fra kun overgangen til elbiler, der har fået efterspørgslen til at stige.

Tværtimod spiller metaller og sjældne jordarter en stor rolle i omstillingen til vedvarende energi, og metallerne er blandt andet kernekomponenter i vindmøllers magneter og i solceller.

USA, Japan, Indien og Australien indledte for få måneder siden et samarbejde om de sjældne jordarter. Det skriver Ritzau.

Samarbejdet skal medføre udvikling af nye teknologier og projekter til udvinding, som skal sikre tilstrækkelige mængder af sjældne jordmetaller til at kunne følge efterspørgslen på elektriske apparater, biler og fartøjer.

Læs også: Mineselskab melder klar til at udvinde sjældne jordmetaller i Grønland om fire år

De sjældne jordarter indgår desuden i avanceret militærteknologi, heriblandt i amerikanske kampfly.

For ganske få år siden stod Kina for 90 procent af den globale produktion af sjældne jordarter. Siden har lande som USA og Australien påbegyndt en udvinding, der har gjort, at Kina i dag råder over en markant mindre andel af markedet.

Grønland er blandt andet et af de områder i verden, som er kendt for at have et højt indhold af de sjældne jordarter i undergrunden. Der er dog hverken en produktion af betydning eller en minedrift, der har kapacitet til at udvinde jordarterne i det omfang, det efterspørges.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det her er en non-nyhed, eller noget der tangerer til en annonce.

Der findes allerede masser af induktions motorer. Front motoren i en Tesla Model 3 er en induktionsmotor.

  • 49
  • 0

Jeg ville egentligt gerne vide i artiklen hvordan denne motor er forskellig fra alle mulige andre motorer som heller ikke bruger permanente magneter, som også er bedre end 95% effektive og som man i øvrigt kan købe lige nu i volumen.

Denne motor bruger tilsyneladende en planar transformator til at overføre strøm til elektromagneter monteret i rotoren, så man formoder der findes en DC-DC converter til kontrol af magnetiseringen og en anden DC-AC-converter til at drive motoren. Ok.

Jeg har lidt svært ved at se hvilke fordele og ulemper der er med systemet og hvorfor man ville vælge netop denne motor i stedet for, f.ex. Synchronous Reluctance Motors, som kun behøver en enkelt DC-AC converter og et sæt vindinger. Hvilket problem løser man bedre med denne motor?

  • 28
  • 0

...i klubben af mennesker som ikke lige forstår hvorfor dette er en nyhed.

Jeg lærte vist allerede i folkeskolen at hvis man vil lave en effektiv og stærk elmotor så skal den bruge elektromagneter i stedet for permanente magneter - at man siden hen har lavet supermagneter og motorer med disse ændrer ikke på det faktum at du principielt set kan få en "ubegrænset" stærk elmotor med elektromagneter, grænsen er kun ledningens tykkelse (altså hvor mange Ampere man kan sende igennem før ledningen brænder over).

  • 22
  • 0

Jeg lærte vist allerede i folkeskolen at hvis man vil lave en effektiv og stærk elmotor så skal den bruge elektromagneter i stedet for permanente magneter - at man siden hen har lavet supermagneter og motorer med disse ændrer ikke på det faktum at du principielt set kan få en "ubegrænset" stærk elmotor med elektromagneter, grænsen er kun ledningens tykkelse (altså hvor mange Ampere man kan sende igennem før ledningen brænder over).

Jo, men det går let hårdt ud over virkningsgraden. Og virkningsgraden er afgørende for en elbils rækkevidde.

Der er i øvrigt fejl i artiklen, f.eks denne: Hidtil har elektromotorer været afhængige af roterende kontakt anordninger, der overfører elektricitet til en kobberspole i en rotor. Nej, nyere elmotorer er kontaktfri, kulfri og kommutatorfri. Det er typisk 3-fase synkronmotorer, hvor faserne laves via elektronik. Det laver den nye motor ikke om på. Om som andre nævner, så bruger Tesla allerede motorer uden magneter.

  • 31
  • 0

Jeg forstår heller ikke nyhedsværdien denne artikel. Er det ikke ca. 100 år siden Nikola Tesla opfandt asynkronmotoren/inductionsmotoren?

  • 19
  • 0

Jeg forstår heller ikke nyhedsværdien denne artikel. Er det ikke ca. 100 år siden Nikola Tesla opfandt asynkronmotoren/inductionsmotoren?

For mig at se, så er det en gemen synkronmotor/generator og det nye ?? er at at overføre magnetiseringstrøm til rotorviklingerne uden slæberinge, noget som man har gjort så længe som jeg kan huske, ved hjælp af magnetiserings-generator og ensrettet med dioder.

Enig i, at der er ikke noget nyt under solen her.

  • 4
  • 0

For denne gangs skyld ved jeg ikke om vores tollerance er overskredet? Naturligvis kan journalisterne på ing.dk ikke vide alt, men i dette tilfælde mangler der simpel elektro-teknisk kompetance - ihvertfald korrektur/godkendelse.

Lidt synd, at det som sikkert er en teknologisk nyskabelse fortaber sig i tågen bag banaliteter. PHK i #9 er nok tættest på sagens kwrne.

  • 16
  • 1

Hidtil har elektromotorer været afhængige af roterende kontakt anordninger, der overfører elektricitet til en kobberspole i en rotor.

Det må være det, vi her på Sydfyn kalder en kommutator. Jeg gik i skole med børn af begge stifterne Skjødt og Boisen som boede i Odense, og som var underleverandør til flere motorfabrikker af kommutatorer.

Arkivfoto fra Skjødt&Boisen: https://arkiv.dk/vis/1222852

  • 7
  • 0

Den klassiske asynkronmotor etablerer et drejefelt ("magnetfelt der drejer rundt") med stator, ved hjælp af tre viklinger, der fodres med de tre faser. Rotor består af jern med kortsluttede "viklinger" (typisk nogle aluminiumbaner), således at drejefeltet inducerer store strømme og hermed kraftigt magnetfelt, der får rotor til at dreje rundt.

Tab i sådan en svend kan (bl.a.) udtrykkes ved (idet vi springer mellemregningerne over), at rotoren roterer langsommere end drejefeltet (men ikke særlig meget). Effektiviteten af en asynkronmoter kan være ganske høj, langt oppe i halvfemserne.

Hvis man i stedet udformer rotor, så den har egentlige poler og en spole at sende strøm igennem, så vil rotoren løbe synkront og dermed lidt hurtigere. Man får således en lidt højere akseleffekt for den samme elektriske effekt afleveret i stator, men man har til gengæld brugt noget ekstra strøm til magnetiseringen. Pølse for eller pølse bag.

Man kan også sætte permanentmagneter fyldt med sjældne jordarter i rotor i stedet for en elektromagnet. Så sparer man selvsagt strømmen, men har til gengæld problemet med de sjældne jordarter.

Jeg har hørt (med al den usikkerhed der nu ligger i "hørt"), at i vindmølleindustrien siger man, at man vinder 4% i effektivitet ved at gå fra asynkrongenerator til generator med permanente magneter, så jeg gætter at det er den størrelsesorden vi spiller om - 4%.

I og med at asynkrongeneratoren har været kendt i over 100 år, og antallet af arrangementer til at lave fremmedmagnetisering med er talrige, så må man antage (jeg er ubelastet af viden her), at strømforbruget ved fremmedmagnetisering er mindre end tabet i asynkronmotoren/generatoren.

Men er det nok til at betale den noget mere komplekse motor ?

  • 10
  • 0

Hvis man i stedet udformer rotor, så den har egentlige poler og en spole at sende strøm igennem, så vil rotoren løbe synkront og dermed lidt hurtigere. Man får således en lidt højere akseleffekt for den samme elektriske effekt afleveret i stator, men man har til gengæld brugt noget ekstra strøm til magnetiseringen. Pølse for eller pølse bag.

Ikke enig.

Med elektrisk styring af ankerfeltet er der for alle praktisk formål tale om en servomotor, hvilket vil sige at den relevante sammenligning er motorer med permanente magneter i ankeret, eller motorer med slæberinge.

Servomotorer kan ting asynkronmotorer ikke kan, specielt ved lave hastigheder hvor asynkronmotorer degenererer på stort set alle specifikationer, hvilket igen er grunden til at man stort set aldrig ser asynkronmotorer i elektriske køretøjer.

I forhold til et anker med permanente magneter burde de kunne vinde ret meget på vægt og simpelt vedligehold. Store ankre med permanente magneter er slet ikke sjove at rode med.

I forhold til slæberinge burde de kunne vinde på slid, vedligeholde og EMI.

Men i sidste ende kommer det til at handle mere om prisen, end noget andet...

  • 7
  • 3

Den er faktisk god nok, hvis man klikker sig frem til pressemeddelelsen fra Mahle. Ingeniøren mangler bare at nævne der er tale om en synkronmotor frem for en asynkronmotor.

Se denne fine præsentation af motoren, så er der vist ingen tvilv om pricippet længere: https://www.mahle.com/en/news-and-press/pr...

Overordnet minder motoren meget om det man kalder en "brushless generator", forskellen er bare, at den energien til rotoren med denne motor overføres af et magnet felt i den aksiale retning, i stedet for radialt.

  • 8
  • 0

Jeg har lært, at den simpleste elmotor, der findes, er den trefasede "induktions"-motor. Asynkronmotoren. Ingen kommutator, høj virkningsgrad, vedligeholdelsefri og billig. Det var vist den, der medførte, at man gik fra jævn- til vekselstrøm først i USA, og derefter i den ganske Verden? Så hvis man kan konvertere DC strøm til trefaset vekselstrøm uden for store tab (<5 %), så må det være det simpleste. Og det kan man! - Det sker hos 90.000 solcelleejere i DK, hvor inverteren omdanner DC-strøm til (hos mig) tre-faset vekselstrøm - med meget lille tab. PS. Så først nu, at det delvis er nævnt tidligere.

  • 1
  • 5

Så hvis man kan konvertere DC strøm til trefaset vekselstrøm uden for store tab (<5 %), så må det være det simpleste. Og det kan man!

Ganske rigtigt at asynkronmotorer er noget af det simpleste og driftsikre, men som motor til biler er den ikke meget bevendt, da man i biler har brug for regenerering ved bremsning og det er ikke så ligetil at bruge asynkronmotor som generator.

Asynkronmotorer blev i de gode gamle dage brugt som generatorer i vindmøller og fik reaktiv effekt / magnetiseringsstrøm fra el-nettet. Hvis man i en bil under bremsning, vil bruge asynkronmotoreren som generator, så kan det klares med reaktiv effekt fra kondensatorer, det kræver dog at reaktive strømmen tilpasses faldende omdrejningerne / faldende frekvens = der må indkobles større kondensatorer for at opretholde nødvendig reaktiv effekt.

Alt bøvlet med styring af reaktiv effekt, medfører i min optik at man fravælger asynkronmotoren til biler.

  • 3
  • 2

Jeg har lært, at den simpleste elmotor, der findes, er den trefasede "induktions"-motor. Asynkronmotoren. Ingen kommutator, høj virkningsgrad, vedligeholdelsefri og billig. Det var vist den, der medførte, at man gik fra jævn- til vekselstrøm først i USA, og derefter i den ganske Verden?

Jeg tror nu nærmere det var muligheden for at op/ned transformere vekselspænding, og dermed reducere tab over lange distancer.

Så hvis man kan konvertere DC strøm til trefaset vekselstrøm uden for store tab (<5 %), så må det være det simpleste. Og det kan man! - Det sker hos 90.000 solcelleejere i DK, hvor inverteren omdanner DC-strøm til (hos mig) tre-faset vekselstrøm - med meget lille tab.

3-fase synkronmotoren er meget mere enkel at styre. Den er sædvanligvis trekantkoblet, dvs. at der er tre ledninger. Man føder den fra en tredobbelt H bro og pulsbredde- og frekvensmodulerer for at regulere. Dvs. at man føder motoren med ren firkant, ikke sinus. RPM følger frekvensen præcist. Det findes i alt fra elbiler til håndboremaskiner og legetøjsdroner. Styre elektronikken er hyldevare.

Og som Magnus skriver, er en effektiv synkronmotor også en effektiv generator.

  • 1
  • 1

En inverter/frekvensomformer kan sagtens levere reaktiv effekt. Der er ikke brug for kondensatorer. Det det kræver ingen gang nogen regulering at holde styr på den reaktive energi, så længe man holder forholdet mellem frekvens og spænding konstant, også under acceleration og deceleration.

  • 1
  • 0

Sjælne metaller.

Jeg læste at området at Teslas motorer arbejder i er fra 0 RPM til 8000-10000 RPM. Hvis du vil have et styrbar maksimalt moment fra 0 RPM, undgår du ikke permamagneter i motoren. Disse permemagneter giver så problemer ved høj RPM, men dette har Toyota og Tesla løst med placeringen af magneterne i forhold med feltet.

Noget andet er at alm trefasede motorer vejer som et ondt år i forhold til de nye high tech motorer. Har lige anvendt er std. motor på 22 kW der vejede 85 kg. High tech motorer fra f.eks Ermax leverer ca 25 kW med en vægt på ca 20 kg.

Sidst: En 22 kW 4 polet motor efter nyeste IE4 norm, har en virkningsgrad på 94%. Et stort problem er at hvis du ikke belaster en 3 faset elmotor næsten 100 %, kommer du nemt ned på en virkningsgrad i området af 50%.

  • 3
  • 0

Alle EL-biler (bortset fra Tesla S) bruger "permanent magnet assisted synchronous reluctance motor" (PMSRM)... Altså en sammensmeltning af en reluctance motor og en PM-motor.

I reluctance motoren kan man styrer magnetiseringen af rotoren, ligesom man kan med en asynkronmotor. Det kan man ikke med en PM-motor, medmindre du undertrykker magneterne med et modsat rettet magnetfelt. Så der er lidt "allaround design" over en PMSRM, hvor man mixer lidt af fordelene ved hver motor.

I følge "Modeling and design analysis of the Tesla Model S induction motor" kan Tesla S motoren tåle 15.000 rpm. Hvor det nominelle omdrejningstal er ca. 5000 rpm.

Problemet med "Emrax" motoren er at det er en "ren" PM-motor, og derfor er den ikke god til at kører over sit nominelle omdrejningstal. Hvilket betyder at hastighedsområdet med "constant power" er meget begrænset i forhold til asynkronmotorer og reluctance motorer.

  • 0
  • 0

Man kan styrer "BEMF"en på den ene, og ikke så nemt på den anden. Så området med constant power vil være større på den ene end anden. Dermed bliver behovet for en flertrins gearkasse mindre (bruges mest på EL-lastbiler). Ulempen ved ikke at bruge PM er tilgengæld, at det kræver lidt energi til at producerer magnetfeltet i rotoren.

  • 1
  • 0

Et stort problem er at hvis du ikke belaster en 3 faset elmotor næsten 100 %, kommer du nemt ned på en virkningsgrad i området af 50%.

I følge krav til induksjonsmotorer i effektivitetsklasse 3 så skal disse være 90% effektive ved 3,5% last og effektivitet ved 100% last er ca 96%. Når lasten går mot null så går effektiviteten raskt ned, så det er kanskje det du peker på? Effektivitetskravet er en kurve der ytelsen er på den horisontale aksen og effektiviteten på den vertikale.

Den beste oversikten over effektivitet har en i et diagram med turtall som horisontal akse (tilsvarende hastighet for elbil med ett gir) og ytelse som vertikal akse. Diagrammet begrenses av en linje som angir maks effekt ved hvert turtall. Innenfor diagrammet er koter (linjer) som viser hvor en har samme virkningsgrad (som 90% kote, 92, 94, 96 og 98% kote. Tilsvarende høydekart). Om en vet turtall (hastighet) og ytelse vil en kunne ta ut hva som er virkningsgraden i punktet.

Jeg har sett et slikt diagram for Leaf-motoren og også for Tesla's induksjonsmotor. Mener å huske at de er veldig like i form og virkningsgrader (selv om aksene ender opp på forskjellige verdier).

  • 1
  • 0

https://emrax.com/e-motors https://emrax.com/e-motors/emrax-188/

Motoren vejet ca 7.5kg og giver ca 30kW kontinuert.52kW peak

En gammel Tesla Model S har to motorer UDEN magneter. Den accelererer fint fra 0 RPM, men kan ikke stoppe helt.

Mht vægte nævnes i tråden en vægt på 85 kg for en standard 22kW motor eller 0,26kW/kg. En Model S 'lille' motor er på 220kW Peak og vejer incl inverter og reduktionsgear 151 kg eller 1,45 kW/kg.

Tesla motoren alene vejer iflg reseller ca 93 kg og har mindst 30kW continous output, så 0,3kW/kg https://hsrmotors.com/products/driveunits/...

Emrax er oppe på 4 kW/kg, så da en betragtelig fordel??

  • 2
  • 0

Jamen dog er masse kommentarer.

Martin Vi: "I følge "Modeling and design analysis of the Tesla Model S induction motor" kan Tesla S motoren tåle 15.000 rpm. Hvor det nominelle omdrejningstal er ca. 5000 rpm." Tesla S er elektronisk begrænset til 250 km/t og der løber motoren/motorne faktisk 17000 - 18000 RPM

Svar til Niels Danielsen. Man kan få 173% ud af en std 50Hz motor, hvis man benytter 87Hz teknologi. Det kræver dog en bedre frekvensomformer en en "billig kineser".

Svar til Ketill Jacobsen: En std 3 faset motor bruger typisk 10 - 20% af max load i tomgang (liggende løst på gulvet). Er lidt i tvivl om det ikke var amperemeteret der ikke var True RMS.

Fra 2019 fik Tesla S elmotor permamagneter.

Svar til Søren Laursen: Jo, du kan lave feltet som i almindelige bil generatorer. Det indfører bare en slid del mere.

  • 1
  • 2

Svar til Ketill Jacobsen: En std 3 faset motor bruger typisk 10 - 20% af max load i tomgang (liggende løst på gulvet). Er lidt i tvivl om det ikke var amperemeteret der ikke var True RMS.

Litt usikker på hva du mener her. At motoren kan yte 10 til 20% av maksimalt dreiemoment ved lave turtall (load skal ellers forstås som ytelse/effekt)? En permanentmagnetmotor kan gi maksimalt dreiemoment fra null og typisk konstant opp til 25% av maksimalt turtall. Deretter gir motoen konstant effekt. Nissan Leaf har en slik motor. Så vidt jeg vet har Teslas induksjonsmotorer sammer karakteristikk (har inverter). Om en motor går på tomgang (uten last), så vil motoren gå med 3.000, 2.000 etc avhengig av frekvens og antall poler. Uten last vil den trekke minimalt med strøm (altså få ampere gitt en fast spenning).

Fra 2019 introduserte Tesla en permanentmagnetmotor. I sine AWD-modeller beholdt de induksjonsmotoren foran. Dette ut fra en samlet vurdering av effektivitet og kostnader. Induksjonsmptoren har tilnærmet samme effektivitet i hele turtall og lastområdet som permanentmagnetmotoren.

  • 0
  • 0

Men det er ved nominelt omdrejningstal. Hvad er effektiviteten fra 0 til 240 RPM ?

De motorene (industrimotorer) som er fokus for effektivitetsklassene har konstant frekvens (typisk 50 og 60 Hz) i og et varierende antall poler, hvilken betyr at de virker ved et ca fast turtall (flere poler, lavere turtall). Så vidt jeg forstår så vil ikke disse motorene operere ved slike lave turtall i driftssituasjonen. De samme motorene men utstyrt med inverter som kan regulere frekvensen opp eller ned, går fint på lave turtall (som Tesla's induksjonsmtorer). Tesla's motorer har også høy effektivitet ved lave turtall som 0 til 240 o/m, tilvarende permamentmagnetmotorer.

  • 2
  • 0

Ja

Permamagnet motorer er gode ved lave RPM. Ved højere RPM går det ikke godt p.g.a. omvendt EMF.

Toyota og Tesla har arbejdet med at kombinere PM motorene ved lav RPM og synkron motorer ved høj RPM.

  • 0
  • 1

Permamagnet motorer er gode ved lave RPM. Ved højere RPM går det ikke godt p.g.a. omvendt EMF.

Forskjellene på de to motorene er ikke særlig store (ganske marginale)når det gjelder effektivititet i både hele turtalls og lastområdet. Til bruk i bil må en iduksjonsmotor ha inverter.

I mange innlegg har en nok tenkt på induksjonsmotorer uten invertere og da ser en svakheter ved lave turtall, ineffektivitet og kanskje dårlige egenskaper som generator. Så hvis alle forutsetninger ble lagt til grunn, så er de fleste innlegg og påstander korrekte!

Hvis en ser på de første Tesla S-modellene, så ser det ut som de har to motorer bak. Den ene motoren er imidlertid inverterdelen som pga størrelsen må antas både å koste mye og veie mye. Men egenskapene med hensyn til effektivitet og ytelse var det lite å klage på. Tesla's modeller var blant de beste med hensyn til lavt strømforbruk og høy ytelse (både akselrasjon og toppfart og evne til å dra tung last. Se Model X). Model S var også i stand til å regenerere opp til et par hundre kW ved nedbremsing.

Tesla's permanentmagnetmotorer er trolig noe mer effektive (et par prosent) og billigere å produsere. Allikevel så holder altså Tesla fast på sine induksjonsmotorer!

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