Elektrik motoru endüstrisi, verimlilik ve işlevselliği radikal bir şekilde yeniden tanımlayacak teknolojik gelişmelerle bir devrimin eşiğinde duruyor. Ev aletlerinin vızıltısından elektrikli araçları (EV) hareket ettiren motorların uğultusuna kadar, elektrik motorları günlük hayatımızın ayrılmaz bir parçasıdır. Burada, Motion Mechatronics'in baş danışmanı John Morehead... Motion Mechatronics ve CWIEME Berlin'nin danışma kurulu üyesi olan John Morehead, otomotiv endüstrisini yeniden şekillendirmekle kalmayıp, aynı zamanda çevresel açıdan sürdürülebilir bir yol çizmekte olan önemli trendleri inceliyor.

Son on yıldır, elektrikli araç pazarı yükselişte. İstatistikler, 2024 yılı sonuna kadar tüm yeni binek araç kayıtlarının yüzde 25'inden fazlasının elektrikli olacağını gösteriyor ve satış rakamları da benzer şekilde heyecan verici bir tablo çiziyor: 2023 yılında 291,5 milyar sterlin değerinde olan küresel elektrikli araç pazarının, 2030 yılına kadar iki katından fazla artarak 714,9 milyar sterline ulaşması öngörülüyor. Bu katlanarak artan büyüme kesinlikle dikkate değer olsa da, EV devriminin henüz başlangıç aşamasında olduğumuza inanıyorum. Tüketicilerin EV'leri benimsemesini teşvik eden hükümet desteklerinin devam etmesi ve elektrik motorlarındaki gelişmelerin hem daha uzun menzil hem de daha düşük maliyet vaat etmesi ile birlikte, aşağıdaki trendlerin önümüzdeki yıllarda önemli ölçüde hızlanacağı öngörülüyor.

Nadir toprak mıknatıslarına bağımlılığın üstesinden gelmek

Nadir toprak mıknatısları, elektrikli araçlarda uzun süredir temel bir bileşen olarak kullanılıyor ve pazar payının %80'ini oluşturuyor. Genellikle neodim (NdFeB) ve diğer nadir toprak elementlerinden üretilen bu mıknatıslar, motorun içinde bulunur ve aracı süren dönen manyetik alanı oluşturur. Güçleri sayesinde kompakt ve verimli motorlar üretilebilir, bu da pil ömrünü ve araç performansını en üst düzeye çıkarır. Ancak nadir toprak elementlerine bağımlılık bir sorun teşkil ediyor. Şu anda, bu nadir toprak elementleri tek bir ülkeden temin edilmektedir ve bu elementin madenciliği ve işlenmesinden kaynaklanan sürdürülebilirlik ve çevre sorunları ile tedarik zinciri güvenliği konusunda endişeler dile getirilmektedir.

Bu zorluklara rağmen, dünya çapındaki araştırmacılar ve şirketler nadir toprak elementleri içermeyen alternatifleri aktif olarak deniyorlar. Örneğin, Niron Magnetics şirketi Niron Magnetics şirketi, demir nitrür bazlı "temiz toprak" mıknatıslar. Demir nitrür, önemli çevresel avantajlara sahiptir — demir ve azot, potansiyel olarak zararlı madencilik uygulamalarına dayanan neodimyumun aksine, kolayca elde edilebilen elementlerdir. Ayrıca, demir nitrürün daha düşük maliyeti, daha uygun fiyatlı elektrikli araçlar anlamına gelebilir ve performans ve uzun ömür için çok önemli bir faktör olan daha iyi sıcaklık kararlılığı sağlayabilir.

Statorlardan akülere

Daha az bilinen ancak aynı derecede umut vaat eden bir diğer element ise, elektrikli araç endüstrisinde önemli adımlar atan metalik bir element olan niyobyumdur. Silikon çelikten yapılan geleneksel motor statorlarından farklı olarak, niyobyum nanokristal yumuşak manyetik malzemelere dönüştürülme potansiyeline sahiptir. Bu gelişmiş malzemeler üstün manyetik özelliklere sahiptir ve stator içindeki girdap akımı kayıplarını önemli ölçüde azaltır.

Kompaktlığı ve verimliliği ile ilgi gören eksenel akı motorlarında, niyobyum bazlı statorlar motorun genel verimliliğini artırabilir ve bu da tek bir şarjla daha uzun sürüş menzili anlamına gelir. CBMM ve WEG gibi şirketler, motor yapımında niyobyum kullanımına öncülük ederek bu heyecan verici gelişmenin ön saflarında yer almaktadır. Ortaklığın deneysel doğrulama testleri, bunun faydalarını kanıtlamaktadır: Niyobyum içeren nanokristal malzeme, motorun toplam kayıplarını . Bu, geleneksel silikon çeliği ile inşa edilen aynı projeye kıyasla verimlilikte önemli bir 6,7 puanlık artış anlamına geliyor. Bu çabalar, sadece daha verimli motorlar değil, aynı zamanda silikon çeliğine kıyasla niyobyumun daha düşük yoğunluğu sayesinde potansiyel olarak daha hafif motorlar da vaat ediyor.

Niyobyum araştırmalarının olumlu etkisi motorların ötesine bile uzanabilir. İlk araştırmalar, niyobyumun benzersiz özelliklerinin yeni nesil pil malzemelerinin geliştirilmesine zemin hazırlayabileceğini ve bu sayede daha yüksek kapasiteli ve daha uzun ömürlü pillerin üretilebileceğini gösteriyor.

Laminasyonun ötesinde

3D baskının endüstriyel potansiyeli, ince çelik levhaların titizlikle istiflenip lamine edildiği geleneksel motor stator üretim yöntemini kökünden değiştiriyor. Bu yenilikçi yaklaşım, üretim verimliliği ve tasarım esnekliği açısından yeni bir çağın başlangıcını vaat ediyor.

Geleneksel yöntemlerin sınırlamalarının aksine, 3D baskı, stator çekirdeği içinde karmaşık iç geometriler oluşturma olanağı sunar. Bu, manyetik akı yollarını optimize etmek için yeni olanaklar sunarak motor performansı ve verimliliğinde önemli iyileştirmeler sağlanmasına yol açabilir. Ayrıca, 3D baskı, potansiyel olarak geliştirilmiş performans veya verimlilik için laminasyonlarla mümkün olmayan karmaşık stator konfigürasyonları oluşturmaya olanak tanır.

Ancak, faydalar nihai ürünün ötesine uzanmaktadır. 3D baskı, geleneksel yöntemlere kıyasla daha akıcı bir üretim süreci sunarak atıkları ve üretim süresini azaltma potansiyeli sunar. Bu esneklik, talep üzerine üretim ve montaj tesislerine daha yakın yerelleştirilmiş üretimi mümkün kılarak tüm tedarik zincirinde devrim yaratabilir.

Algoritmik avantaj

Derin öğrenme ve yapay zekanın tasarım süreci geliştirmeye entegrasyonu, motorların geliştirilme ve optimize edilme biçiminde önemli bir değişime işaret ediyor. Geleneksel olarak, motor tasarımı mühendislerin verimlilik, güç çıkışı ve boyut kısıtlamaları gibi çeşitli faktörleri dengelemesine dayanıyordu. Ancak yapay zeka, bu denkleme güçlü bir yeni ortak getirdi. Yapay zeka algoritmalarının yeteneklerinden yararlanarak, üreticiler artık motor performansı ile ilgili büyük miktarda veriyi analiz edebiliyor ve böylece yapay zekanın insan mühendislerin gözden kaçırabileceği karmaşık ilişkileri ve kalıpları tespit etmesine olanak tanıyor.

Ancak, AI'nın motor tasarımına etkisi sadece analizle sınırlı değildir. AI, işlem gücünü kullanarak belirli uygulamalar için motor konfigürasyonlarını optimize ederek sanal tasarım asistanı görevi görebilir. Bu, benzersiz verimlilik, güç çıkışı ve performans seviyelerine sahip EV motorlarının yaratılması anlamına gelir. Belirli bir sürüş stili veya araç türü için özel olarak tasarlanmış, menzil ve güç dağıtımını en üst düzeye çıkaran motorları hayal edin — olanaklar sınırsızdır. Ayrıca, AI her yinelemede tasarım yeteneklerini sürekli olarak öğrenebilir ve geliştirebilir.

Makinelerin yükselişi

Robotlar ve diğer otomatik sistemler, manuel görevlerin yerini hızla alıyor ve verimlilik ve güvenilirlik açısından yeni bir çağın kapılarını açıyor. Uluslararası Robotik Federasyonu (IFR) tarafından yapılan araştırmalar, Uluslararası Robotik Federasyonu (IFR) , 2015 ile 2021 yılları arasında dünya çapında kurulan endüstriyel robotların yıllık ortalama büyüme oranının %11 olduğunu göstermektedir. Bu eğilim, özellikle elektrikli araç motoru endüstrisinde devam edecektir.

Otomasyon birçok önemli avantaj sunar. Robotlar, tekrarlayan görevleri eşsiz bir hassasiyetle yerine getirebilir, insan hatalarını en aza indirir ve motor bileşenlerinin üretiminde tutarlı kaliteyi garanti eder — bir McKinsey raporu otomasyonun kusur oranlarını yüzde 90'a kadar azaltabileceğini ve motor güvenilirliğinde önemli bir iyileşme sağlayabileceğini tahmin etmektedir. Ayrıca otomasyon, daha hızlı üretim döngüleri sağlar ve üreticilerin EV pazarının büyümesiyle artan elektrik motoru talebini karşılamasına olanak tanır.

Elektrikli bir gelecek

Çığır açan mıknatıs malzemelerinden yapay zekanın akıllı gücüne ve otomasyonun hassasiyetine kadar, bu yeni ortaya çıkan trendler bir araya geldiğinde elektrik motoru endüstrisi için dönüştürücü bir tablo çiziyor. Bu inovasyonların bir araya gelmesi, üç temel unsurla karakterize edilen bir geleceğe doğru güçlü bir dönüşümü işaret ediyor: artan verimlilik, sarsılmaz sürdürülebilirlik ve durmak bilmeyen inovasyon. Sektör liderleri ve paydaşları için, ileriye giden yol bu gelişmeleri toplu olarak benimsemeyi gerektiriyor. Mümkün olanın sınırlarını zorlayarak, elektrik motoru endüstrisinin ilerici bir yörüngede kalmasını sağlayabilir ve e-mobilitenin daha sürdürülebilir ve heyecan verici bir geleceğine zemin hazırlayabiliriz.

Elektrik motoru endüstrisindeki yenilikler hakkında daha fazla bilgi edinmek için CWIEME Berlin web sitesini ziyaret edin. Bu sitede, sektör uzmanlarının bilgi ve çözümlerini uluslararası bir kitleye paylaşmaları için bir platform sunuyoruz.