Společný projekt Renault a Geely míří na hranice účinnosti elektromotorů
Francouzský výrobce automobilů se svým čínským partnerem přišel s hybridním pohonem, který v laboratorních testech dosahuje účinnosti 98,2 procenta. Tajemstvím za tak nízkými ztrátami je neobvyklý materiál použitý ve statoru. Pokud se tyto výsledky podaří zopakovat v sériové výrobě, zbývající výrobci pohonných systémů budou muset výrazně přidat v tempu vlastního výzkumu.
Pod společnou značkou Horse vznikl elektromotor určený primárně pro hybridní vozidla. Jeho deklarovaná účinnost překonává drtivou většinu dnes vyráběných pohonných jednotek — a klíčem k tomu je speciální druh oceli ve statoru s neuspořádanou atomární strukturou.
Motor Amorfo – co stojí za tímto názvem
Horse je firma, kterou společně založily Renault a čínský koncern Geely za účelem vývoje moderních pohonů. Jejich nejnovějším výtvorem je elektromotor pojmenovaný Amorfo, navržený zejména pro plug-in hybridy a vozy s prodlouženým dojezdem.
Název není zvolen náhodně — přímo odkazuje na materiál statoru. Zatímco klasické elektromotory využívají krystalickou ocel, kde jsou atomy uspořádány do pravidelné mřížky, motor Amorfo staví na amorfní oceli s chaotickou atomární strukturou. Právě tato vlastnost zásadně omezuje energetické ztráty způsobené magnetickým polem, především při vyšších frekvencích.
Podle společnosti Horse nejde o pouhou marketingovou proklamaci. Deklarovaný výkon motoru je 190 koňských sil a točivý moment dosahuje 360 newtonmetrů — parametry zcela dostačující pro hybridní SUV, kompaktní modely i větší limuzíny s elektrickým pohonem.
Plechy tenčí než lidský vlas – jak se redukují ztráty
Jedním z technicky nejpůsobivějších aspektů tohoto motoru je tloušťka jednotlivých plechů, z nichž je stator složen. Každý plíšek měří pouhých 0,025 milimetru — přibližně desetkrát méně, než je standard u běžných automobilových elektromotorů.
Tak extrémně tenké vrstvy výrazně omezují takzvané vířivé proudy. To je fyzikální jev, při němž se v kovu indukují nežádoucí proudy, které se přeměňují na teplo a způsobují energetické ztráty. Platí jednoduché pravidlo: čím tenčí plech, tím slabší tento jev a tím více energie se skutečně přemění na pohyb.
Společnost Horse uvádí, že oproti referenční konstrukci se daří snížit vnitřní ztráty motoru přibližně o 50 procent při zachování stejných výkonových parametrů. V praxi to znamená méně tepla vyzářeného motorem, nižší nároky na chladicí systém a více využitelné energie z každé kilowatthodiny. Výroba takto tenkých amorfních plechů ovšem klade podstatně vyšší nároky na přesnost obrábění i montáže.
Jak si Amorfo stojí v porovnání s konkurencí
Současné elektrické pohony v osobních automobilech běžně dosahují účinnosti v rozmezí 93 až 97 procent. Skutečné hodnoty se liší podle provozního zatížení, teploty, otáček a konkrétního konstrukčního řešení. Na první pohled se zdá, že nárůst o jedno až dvě procenta nestojí za velkou pozornost.
V energetice ovšem platí, že každé procento má reálnou váhu — zvláště pokud uvažujeme o velkých vozových parcích a miliónech ujetých kilometrů ročně. Pro výrobce navíc vyšší účinnost otevírá zajímavou možnost: dosáhnout stejného dojezdu s menší baterií, což snižuje hmotnost i výrobní náklady.
- Standardní elektromotory v osobních vozech dosahují 93 až 97 procent účinnosti
- Motor Amorfo deklaruje 98,2 procenta za laboratorních podmínek
- Každé procento úspory se přímo promítá do nižší spotřeby z baterie nebo palivové nádrže
- Vyšší účinnost umožňuje použít menší baterii při stejném praktickém dojezdu
- Úspora se nejvýrazněji projeví při dlouhodobém každodenním provozu
- Firemní flotily pocítí rozdíl zejména v provozních nákladech
- Nižší tepelné ztráty snižují nároky na chladicí systém celého vozidla
Obraz ovšem komplikuje jedna důležitá okolnost: zmíněná účinnost 98,2 procenta vychází z testů prováděných za přísně kontrolovaných laboratorních podmínek. V každodenním provozu vstupuje do hry řada proměnných, které na zkušebním standu nelze dokonale nasimulovat.
Laboratoř versus realita každodenního provozu
Běžný silniční provoz se od ideálních testovacích podmínek zásadně liší. Motor musí zvládat teplotní výkyvy od zimního mrazu po letní vedro, nepracuje v jednom optimálním bodě, ale v širokém rozsahu otáček a zatížení. Přidejte k tomu postupné stárnutí izolace a materiálů, kolísající napětí trakční baterie a měnící se podmínky vozovky.
Výrobci zpravidla zveřejňují maximální účinnost dosaženou v ideálním provozním bodě, nikoli průměr z celého jízdního cyklu. Nezávislé laboratoře přitom obvykle docházejí k výsledkům mírně nižším, než jaké uvádějí propagační materiály.
Společnost Horse zatím nezveřejnila, v jakých konkrétních vozidlech a v jaké konfiguraci bude motor Amorfo nasazen. Projekt vedoucí firma nicméně odhaduje, že po zohlednění celého hybridního systému — baterie, měniče, převodovky a dalšího příslušenství — bude reálná úspora energie činit přibližně jedno procento.
Reálná úspora energie: jedno procento v celém systému
Jedno procento úspory spotřeby energie na jedno vozidlo zní nenápadně. V měřítku tisíců automobilů z jedné flotily a stovek milionů ujetých kilometrů ročně se však jedná o obrovská množství ušetřené elektřiny nebo paliva. Při typickém ročním nájezdu v řádu 20 až 30 tisíc kilometrů a dlouhé době životnosti vozidla začíná takový zisk hrát roli jak pro peněženku řidiče, tak pro bilanci emisí CO₂.
Motor Amorfo je již zařazen do katalogu společnosti Horse, takže si jej zákazníci firmy mohou objednat pro své projekty. Prvním odběratelem bude s největší pravděpodobností samotný koncern Renault se svými přidruženými značkami. V úvahu přicházejí rovněž další firmy z kapitálové skupiny Geely, například Volvo.
Tento typ pohonu se hodí zejména pro novou generaci plug-in hybridů, kde je hlavní prioritou nízká spotřeba, nikoli rekordní výkon. Pokud se deklarované parametry potvrdí v sériových vozidlech, uživatel pocítí výsledek nejspíše jako méně časté tankování nebo delší dojezd na jedno nabití baterie.
Druhou konkrétní výhodou je menší množství tepla produkovaného motorem. Účinnější pohon se méně zahřívá, takže chladicí systém může pracovat s nižší zátěží — a to zase otevírá prostor pro zjednodušení konstrukce nebo snížení hmotnosti některých komponent vozidla.
Proč se výrobci stále intenzivněji přetahují o každé procento účinnosti
Trh pohonných systémů pro automobily se mění závratným tempem. Vedle baterií a řídicí elektroniky se staly elektromotory jedním z hlavních bojišť technologické konkurence. Čínské automobilky prezentují stále sofistikovanější řešení — od spalovacích motorů s rekordní účinností po inovativní elektrické pohony.
Evropští a japonští výrobci, kteří po léta dominovali v oblasti pohonných soustav, musí reagovat. Uvedení motoru s takto vysokou účinností je jeden ze způsobů, jak udržet technologickou pozici a dokázat, že mají v oblasti konstrukčního inženýrství stále co říci. Inženýři obou partnerských firem pracovali na projektu Amorfo několik let a testovali různé varianty amorfních materiálů.
Vývoj pohonů navíc ovlivňuje celou architekturu vozidla. Spolu se zvýšením účinnosti motoru přicházejí změny v řídicím softwaru, strategii rekuperace energie při brzdění nebo volbě převodovky. Konečný výsledek pak řidič vnímá jako plynulejší chod pohonu a přesnější odezvu na plynový pedál.
Při celkové životnosti vozidla v řádu 200 tisíc kilometrů se rozdíly jednoho až dvou procent postupně sčítají do nezanedbatelných hodnot. Promítají se do provozních nákladů i do uhlíkové stopy konkrétního auta. Z pohledu kupujícího proto stojí za to věnovat pozornost nejen výkonu a točivému momentu, ale také tomu, jak výrobce popisuje účinnost pohonu a celého hybridního systému jako celku.
