Kad bi vas netko u gluho doba noći probudio iz dubokog sna i pitao tko proizvodi najučinkovitije elektromotore za automobile, slutimo da bi odgovor bio “Tesla”, ili u slučaju kakvog obožavatelja njemačke tehnologije “BMW” ili možda “Audi”. Zanimljivo, ali nitko od protagonista iz prethodne rečenice ne bi bio u pravu jer točan odgovor glasi “Equipmake”.

Riječ je o nevelikoj tvrtki sa samo tridesetak zaposlenih, smještenoj u pokrajini Norfolk u Velikoj Britaniji. Tom naoko nejakom timu, koji predvodi Ian Foley, pošlo je za rukom nešto što već godinama nije uspijevalo daleko većim i financijski potkoženijim igračima iz svijeta razvoja elektromotora za autoindustriju.

Problem s postojećim rješenjima

Iako neskloni uopćavanju, s velikom dozom sigurnosti možemo reći da današnja autoindustrija za pogon električnih vozila najčešće odabire istosmjerne (DC), beskontaktne (brushless) motore. Osim što su vrlo učinkoviti i kompaktni u odnosu na snagu koju razvijaju, takvi motori gotovo da i ne trebaju održavanje, što ih čini idealnima. Ipak, za to da ne bude sve tako savršeno pobrinut će se komplikacije oko hlađenja. Rotor takvih motora na sebi nosi trajne magnete, na koje djeluje pokretno magnetsko polje zavojnica koje sadrži stator te tako nastaje zakretni moment. U dosadašnjim rješenjima magneti su bili postavljeni po obodu i međudobno laminirani u obliku slova “V”. Takva izvedba prvi put pojavila se u motoru Toyote Prius prije 20 godina, a većina proizvođača kasnije je usvojila taj koncept.

Nedostatak je bio taj da je tijekom duljeg rada pod većim opterećenjem dolazilo do nakupljanja latentne topline unutar magneta, a takva tehnička rješenja nisu pružala adekvatan odgovor na pitanje hlađenja magneta, čime se pojavio problem da trajni magneti, kao što su oni od neodimija, ujedno i najčešći u ovim primjenama, gube svojstva porastom temperature. Upravo to razlog je što se često deklarira vršna snaga za koju je motor sposoban, ali i ona (u pravilu manja) koju motor može proizvoditi bez pregrijavanja i potrebe za gašenjem.

Kako bi tome doskočili i magnete učinili manje podložnima gubitku sposobnosti uz porast temperature, proizvođači su pribjegavali legiranju neodimija drugim rijetkim zemnim elementima, kao što je disprozij. Ime tog kemijskog elementa u slobodnom prijevodu s grčkog znači “rijetko se dobiva”, pa je jasno da takav zahvat zauzvrat osjetno povećava cijenu proizvodnje.

Već se neko vrijeme zna da je motor s drugačije orijentiranim magnetima u rotoru superiorno rješenje, ali ono je sa sobom nosilo neke stare i neke nove tehničke probleme, koje nitko prije ekipe tvrtke Equipmake nije riješio. Još je 2016. godine kao odgovor na izazov Odjela za energiju SAD-a tvrtka General Electric (GE) objavila dokument u kojem identificira motor s radijalno postavljenim magnetima kao idealan. Ipak, niti moćni GE nije uspio otkloniti izazove s hlađenjem i rentabilnom serijskom proizvodnjom takvog motora.

Na scenu stupa Equipmake

Ideje koje je ponudio General Electric nisu bile primjerene za serijsku proizvodnju, a upravo je to ključna inovacije koja motor APM 200 čini revolucionarnim. To tvrtku Equipmake stavlja nekoliko godina ispred konkurencije, kada je riječ o idućem koraku u razvoju elektromotora za autoindustriju. Otprije je poznato da radijalno postavljeni magneti omogućuju maksimalno iskorištavanje magnetskog polja, i to nije ono što su Britanci ovdje izmislili, ali način proizvodnje i hlađenja motora jest.

Osim što zahvaljujući adekvatnom hlađenju ovaj novi motor može koristiti najjeftiniji neodimij za svoje magnete kako bi proizveo jednaku snagu kao dosadašnji motori, Equipmakeov dizajn, zahvaljujući rasporedu magneta, može biti upola manjeg volumena, 20% lakši te istovremeno dati 25% više zakretnog momenta. Sve to znači da će inženjeri s ovim rješenjem moći pojeftiniti proizvodnju i smanjiti motor, a uz postizanje ciljanih performansi.

Trenutačno sklop APM 200 uključuje motor nazivne snage 220 kW i mase od 40 kg, čemu treba pridodati 9 kg teški sklop planetarnog redukcijskog prijenosa s omjerom 5,5:1 te inverter mase 8 kg koji upravlja radom motora. Dimenzije vrlo kompaktnog sklopa motora i prijenosa iznose 318 mm u promjeru te 247 mm duljine, a takva integracija znači da se izlazno vratilo redukcije može spojiti izravno na glavčinu kotača vozila koje će pogoniti. Fascinantan je podatak da 450 Nm zakretnog momenta koje razvija motor, nakon prolaska kroz planetarni redukcijski prijenos postaje 2.475 Nm momenta na izlaznom vratilu, što je na razini većih kamiona.

Motor za Formulu E? Ne, za autobus!

Priča o razvoju motora s radijalno postavljenim magnetima za tvrtku Equipmake počela je kad je njihov klijent izrazio potrebu za elektromotorom koji bi koristio u tada raspisanim pravilima za Formulu E, tada još u začecima. Sve je teklo glatko čak i kada su pravila izmijenjena, pa je na volju momčadima ostavljen tek odabir pogonskog motora, ali niti to nije bilo duga vijeka. Završen projekt razvoja novog motora naprasno je ostao siroče kada su prije početka prve sezone pravila za prvenstvo Formule E izmijenjena tako da se došlo do kup natjecanja u kojem će svi koristiti jednake bolide, a za pogon je odabran elektromotor tvrtke McLaren.

Iako su snovi o sudjelovanju u prvom prvenstvu električnih bolida pali u vodu, Foley je imao gotovo rješenje za napredni elektromotor, a nedugo zatim na njegovim se vratima pojavila tvrtka Atom Motors Co sa svojim projektom HIPERCAR. Ispalo je da kompaktni i sposobni motori APM 200 savršeno odgovaraju automobilu u nastajanju, a nije trebalo mnogo da se dokazani koncept prenamjeni za cestovnu primjenu.

U međuvremenu je Equipmake iznjedrio i pogonsku grupu za autobuse koja je bazirana na motorima APM 200. Uz tako dobar i svestran proizvod, nevelika kompanija uskoro bi se mogla naći pred svim izazovima munjevita rasta i prelaska na velikoserijsku proizvodnju.

Što nosi sutra?

Savladane su velike prepreke. Inteligentni dizajn doveo je do toga da za korištenje arhitekture elektromotora s radijalno postavljenim trajnim magnetima, što donosi veći zakretni moment, nema više ekonomskih prepreka, a ujedno je otklonjen i problem hlađenja. Kompaktni motor, za koji je deklarirana gustoća snage od 9 kW/kg, koristi rotor u kojem su kanali za hlađenje dovedeni do same plohe magneta, čime je odgovoreno na pitanje zadržavanja topline pri kontinuiranim visokim opterećenjima.

Sve je to vrlo dobro, no predvođena Ianom Foleyjem, i u njegovu stopostotnom vlasništvu, tvrtka Equipmake pred novim je izazovima. Izrada skromnih serija motora za potrebe projekta Ariel HIPERCAR neće predstavljati veliki izazov, no interes velikih kompanija koje se bave izradom električnih vozila samo raste. Foley je za “Popular Mechanics” napomenuo kako su pred njima još tri, a možda i pet godina od serijske proizvodnje ovog revolucionarnog motora. Za dvije godine očekuje da će moći isporučivati približno tisuću jedinica u godinu dana, a uz veliki udio manualnog rada, to planiraju postići s dva-tri radnika. Uz više radnika i u više smjena, nada se dostići proizvodnju od 10.000 motora godišnje.

Takav brzi rast zasigurno će iziskivati i pronalaženje poslovnih partnera, a nekako nam se čini da će veći problem biti odabrati prave partnere, jer zainteresiranih za ulaganje ne bi trebalo nedostajati.

Napomena: Tekst je izvorno objavljen u Bugu br. 314

• +7