Elektrik motoru üreticileri için malzeme seçimi stratejik bir karar haline gelmektedir. 

Kalıcı mıknatıslı motorlar, verimliliği yüksek güç yoğunluğuyla birleştirerek elektrikli araçların güç aktarma sistemlerinin önemli bir parçası haline gelmiştir. Ancak bu motorların neodim gibi nadir toprak elementlerine bağımlı olması, üreticileri maliyet, tedarik ve jeopolitik risklere maruz bırakmaktadır. 

Bu durum, mühendisleri motor tasarımının temel ilkelerinden birini yeniden gözden geçirmeye itiyor: Yüksek performanslı elektrikli tahrik sistemlerinin nadir toprak elementlerinden yapılmış kalıcı mıknatıslara gerçekten ihtiyaç duyup duymadıkları. 

Buna bir örnek, nadir toprak elementleri içermeyen elektrikli motor teknolojisiyle sektörün ilgi odağı haline gelen Japon otomotiv teknolojisi tedarikçisi Astemo’dur. 

Elektrikli araç motoruna farklı bir yaklaşım 

Astemo, senkron relüktans teknolojisine dayalı bir batarya ile çalışan elektrikli araçlar için motor sistemi geliştirmiştir. 

Kalıcı mıknatıslı motorlarda yaygın olarak kullanılan güçlü neodim mıknatıslara güvenmek yerine, ana tahrik sisteminde mıknatıs destekli senkron relüktans motor mimarisiyle birleştirilmiş, nadir toprak elementleri içermeyen ferrit mıknatıslar kullanılmaktadır. 

Sonuç olarak, 180 kW güç üreten bir ana tahrik motoru ortaya çıkmıştır. 

Astemo ayrıca, kalıcı mıknatısları tamamen ortadan kaldıran 135 kW’lık bir yardımcı motor geliştirmiştir. Ek itiş gücü gerektiğinde kullanılmak üzere tasarlanan bu ünite, aynı çok katmanlı rotor konseptini kullanmasına rağmen, tamamen senkron relüktans motoru olarak çalışmaktadır. 

Astemo’nun nadir toprak elementi içermeyen motoru hakkında daha fazla bilgi edinin 

Nadir toprak elementlerinin ikame edilmesi, yeni mühendislik zorlukları ortaya çıkarmaktadır 

Neodimyumu ortadan kaldırmak, sadece bir manyetik malzemeyi başka biriyle değiştirmek kadar basit bir iş değildir. 

Ferit mıknatıslar daha kolay temin edilebilir, ancak manyetik güçleri geleneksel neodim mıknatıslara kıyasla önemli ölçüde daha düşüktür. Bu durum, motorun boyutu ve performansı açısından hemen bir zorluk yaratmaktadır. 

Astemo’nun çözümü, özel olarak geliştirilmiş çok katmanlı bir akı rotoru yapısıdır. Tasarım, rotorun geometrisini kullanarak manyetik direnç farklılıklarından yararlanarak, ferrit mıknatısların sağladığı daha düşük manyetik kuvvetin bir kısmını telafi etmektedir. 

180 kW’lık motorun aktif uzunluğu, eşdeğer bir neodim kalıcı mıknatıslı motora kıyasla hâlâ yaklaşık %30 daha fazladır; bu da tasarımda yapılan ödünleşmeleri ortaya koymaktadır. 

Isı yönetimi de bir başka zorluktur. 

Gerekli manyetik kutupların oluşturulması, stator bobinlerinden daha yüksek akım geçmesini gerektirir ve bu da ek ısı oluşmasına neden olur. Astemo, bobin yuvalarını ve uçlarını kaplayan bir yağ daldırmalı soğutma sistemi ile bu sorunu çözmüştür. 

Bu ödünleşimler önemlidir, çünkü malzeme ikamesinin ardındaki mühendislik gerçekliğini ortaya koyarlar. 

Kritik bir malzemeye olan bağımlılığı azaltmak, motor boyutlarını, termal yönetimi, sargı gereksinimlerini, üretim süreçlerini ve nihayetinde sistem düzeyindeki performansı etkileyebilir. 

Malzeme güvenliği, motor mühendisliğinin bir parçası haline geliyor 

Bunun önemi tek bir motordan öteye uzanır. 

Motor üreticileri, bakır, elektrik çeliği ve kalıcı mıknatısların hepsinin tedarik ve maliyet riskleri oluşturabileceği bir ortamda çalışmaktadır. Bu nedenle mühendislik ve tedarik ekipleri için malzeme seçimi, giderek daha çok performans ile tedarik güvenliği, üretilebilirlik ve maliyet arasında bir denge kurmakla ilgili hale gelmektedir. 

Nadir toprak elementleri içermeyen mimariler, bu soruna verilebilecek olası bir çözümdür. 

Sadece onlar değil. Üreticiler, yoğunlaşmış nadir toprak element tedarik zincirlerine bağımlılığı azaltmanın farklı yollarını ararken, dışarıdan uyarılan senkron motorları, senkron relüktans tasarımlarını, ferrit mıknatısları ve diğer alternatif mıknatıs teknolojilerini araştırıyorlar. 

Astemo, üretimin olgunlaşma aşamasına ulaşması için 2030 civarını hedefliyor; bu da, şirketin en son mimarisinin, kitlesel pazarda hemen kullanıma hazır bir teknoloji olmaktan ziyade, motor geliştirme çalışmalarının ileride hangi yöne doğru ilerleyebileceğinin bir göstergesi olarak değerlendirilmesi gerektiği anlamına geliyor. 

Motor tasarımından üretime kadar 

Bir başka önemli soru da şudur: Bu mimariler mühendislik programlarından yüksek hacimli üretime geçtiğinde ne olur? 

Motor mimarisindeki bir değişiklik, sadece rotordan çok daha fazlasını etkileyebilir. 

Sargı sistemleri, yalıtım, elektrik çeliği, soğutma, birleştirme işlemleri, test ekipmanları ve üretim makinelerinin tümünün yeni gerekliliklere uyum sağlaması gerekebilir. 

Bu durum, nadir toprak elementlerinin indirgenmesini hem bir malzeme sorunu hem de bir üretim sorunu haline getiriyor. 

Motor üreticileri, tedarikçiler ve mühendislik ekipleri için ticari fırsat, alternatif mimarilerin istenen maliyet ve üretim hacminde tekrarlanabilir performans sağlayıp sağlayamayacağına bağlı olacaktır. 

Elektrikli tahrik sistemlerinin üretiminin artırılmasına yönelik yatırımların ilk işaretleri şimdiden görülmeye başlandı. Bunun dışında, 1 Eylül’de Astemo, Kentucky’deki iki tesisinde hibrit elektrikli araç motoru üretimini genişletmek üzere 112 milyon dolardan fazla tutarında bir yatırım yaptığını duyurdu; bu yatırımla üretim ve depo alanı yaklaşık 300.000 fit kare artırılacak. 

Astemo’nun üretim yatırımı duyurusunu okuyun 

Elektrik motoru endüstrisi için önemli bir tartışma konusu 

Nadir toprak elementlerine bağımlılık konusu, elektrikli motor sektöründe şimdiden gündemin önemli bir parçası haline gelmiştir. 

CWIEME Berlin fuarında, motor üreticileri, mühendisler, araştırmacılar ve tedarikçiler, yeni nesil motor mimarilerini, gelişmiş manyetik malzemeleri, kalıcı mıknatıs stratejilerini, yüksek performanslı sargıları ve malzeme tedarik riskini azaltmaya yönelik yaklaşımları ele alacaklar. 

Artık mesele, sadece hangi motor mimarisinin en yüksek performansı sağladığı değil. 

Üreticiler, hangi tasarımların performans, maliyet, malzeme güvenliği ve ölçeklenebilir üretimi bir arada sunabileceğini giderek daha fazla sorgulamak zorunda kalıyor. 

Astemo’nun çalışmaları bu soruya bir cevap sunuyor. Nadir toprak elementlerinin tedariki değer zincirinin genelinde giderek daha önemli bir konu haline geldikçe, benzer çalışmaların sayısı da artacaktır.