Ritkaföldfémek nélkül jöhet a jövő villanymotorja a japánoktól

Az elektromos autók egyik legnagyobb technológiai és geopolitikai kockázata ma a ritkaföldfémekhez való hozzáférés, különösen a Kína által uralt neodímium-piac miatt. Egy japán fejlesztés azonban alapjaiban kérdőjelezi meg az eddigi ipari szabványokat: a Hitachi és a Honda közös vállalata, az Astemo olyan villanymotoron dolgozik, amely teljes mértékben mellőzi a ritkaföldfémek használatát, miközben teljesítményben versenyképes marad a jelenlegi megoldásokkal. Bár a technológia még fejlesztési fázisban van, a koncepció már most komoly figyelmet kapott az autóiparban.

Miért számít ez komoly áttörésnek az elektromos autóknál?

Napjaink elektromos járműveiben szinte ipari szabványnak számítanak az állandómágneses szinkronmotorok, azaz a PMSM vagy PSM konstrukciók. Ezek legnagyobb előnye a kiemelkedő teljesítménysűrűség és hatásfok, ami kisebb méretet, alacsonyabb tömeget és hosszabb hatótávot eredményez. A technológia komoly hátránya viszont az, hogy neodímiumot és más ritkaföldfémeket igényel, amelyek beszerzése drága és erősen függ a Kína által dominált globális ellátási lánctól.

Ez a függőség egyre nagyobb stratégiai kockázatot jelent az autóipar számára, ezért világszerte több gyártó próbál alternatív megoldásokat találni. Jó példa erre a BMW, amely külső gerjesztésű szinkronmotorokat alkalmaz, ahol a rotor mágneses terét elektromágnesek hozzák létre. Az Astemo azonban tudatosan más irányba indult el.

Új rotor, új logika: nem a mágnes ereje számít

A japán fejlesztés középpontjában egy 180 kW teljesítményű villanymotor áll, amely ritkaföldfém-mentes, például ferrit alapú mágneseket használ. Ezek mágneses ereje jóval gyengébb, mint a neodímium mágneseké, elméletben akár háromszoros méretnövekedést is indokolnának. Az Astemo megoldása azonban ennél jóval hatékonyabb: az új motor aktív hossza mindössze körülbelül 30 százalékkal nagyobb, mint egy hasonló teljesítményű hagyományos PSM-é.

A kulcs egy teljesen új, többrétegű fluxusszerkezetű rotor-kialakítás, ahol a forgatónyomaték nem elsősorban a mágneses tér erősségéből, hanem a rotor geometriai kialakításából és a mágneses ellenálláskülönbségekből származik. A precízen szabályozott áram segítségével mágneses pólusok hozhatók létre magán a rotorvason belül, így az Astemo szerint kompenzálható a neodímium mágnesek hiánya.

A legnagyobb akadály: hő és hűtés

A technológia egyik legnagyobb kihívása, hogy a rotor mágneses pólusainak kialakításához nagyobb áramerősségre van szükség, ami fokozott hőtermeléssel jár. Ez jelenleg a sorozatgyártás egyik fő műszaki akadálya. A vállalat ezért egy speciális olajos hűtési rendszert fejlesztett ki, amely közvetlenül a tekercsek hornyait és végeit veszi körül. A megoldás célja, hogy a többlethőt hatékonyan elvezesse, és biztonságosan kezelhetővé tegye a nagyobb áramterhelést.

Kétmotoros rendszer, akár 315 kW összteljesítménnyel

Az Astemo kétféle szinkron reluktancia motort dolgozott ki. Az egyik egy mágnesrásegítéses változat, ferritmágnesekkel és 180 kW teljesítménnyel, amely folyamatos hajtásra szolgál. Egy összkerékhajtású rendszerben ehhez társulhat egy teljesen mágnesmentes segédmotor, amely ugyanazt a többrétegű rotorvasat használja, de mágnesek nélkül, és 135 kW maximális teljesítményre képes. A két motor együtt így 315 kW rendszerteljesítményt biztosíthat.

A mágnesmentes segédmotor csak akkor lép működésbe, amikor valóban szükség van extra teljesítményre, ezzel csökkentve az energiaveszteséget és a fogyasztást. Ez különösen fontos lassú haladásnál vagy kifutáskor, ahol a beágyazott mágnesek egyébként fékező hatást fejtenének ki.

Miért nem indukciós motor?

Érdekesség, hogy az Astemo tudatosan nem foglalkozott alternatívaként indukciós vagy külső gerjesztésű motorokkal, noha ezek sem igényelnek neodímiumot. A vállalat szerint ezek a megoldások más típusú ellátási kockázatokat hordoznak, mivel nagy mennyiségű rézre van szükségük. A megújuló energiatermelés és az elektromos járművek gyors terjedése mellett ez hosszabb távon rézhiányhoz és újabb alapanyag-problémákhoz vezethet.

Mikor jöhet az éles bevetés?

Az Astemo jelenlegi ütemterve szerint a szinkron reluktancia motoros hajtásrendszer gyakorlati alkalmazása 2030 környékén válhat realitássá. Ha a fejlesztés sikeres lesz, az elektromos autók egyik legkritikusabb alapanyag-függősége csökkenhet jelentősen.