I dag tar elmotorerna över bilindustrin. Vi ser ofta elektrifieringen av branschen som en övergång från fossila bränslen för att minska de globala utsläppen. Men det finns andra, mindre uppenbara konsekvenser som påverkar tillverkare av elmotorer och konsumenter.
Här är 7 sätt som branschen förändras på:
Till skillnad från en bensindriven förbränningsmotor med hundratals rörliga delar har Teslas elmotorer bara en rörlig del: rotorn.
Utdrag ur Tesla Model S-broschyren
Teslas design visar att elmotorer har betydligt färre rörliga delar än förbränningsmotorer. Detta gäller även för andra delar av elfordonet. Teslas elektriska drivlinor har till exempel cirka 20 rörliga delar, jämfört med traditionella drivlinor som har omkring 200 rörliga delar.
För konsumenterna innebär detta att elmotorer – och elfordon i allmänhet – är mycket mer tillförlitliga, eftersom det förekommer mindre mekaniskt slitage.
Delar som inte längre behövs inkluderar oljepumpar, bränslepumpar, luftintagssystem, luftfilter, kedjor, kolvar, generatorer, kopplingar, vevstakar, ventiler, fjädrar, tryckregulatorer, tändkablar och mycket mer.
För tillverkarna förenklar detta motorkonstruktionen avsevärt.
Elmotorer är extremt effektiva och förlorar endast ≈10 % av energin i form av värme, jämfört med ≈70 % för förbränningsmotorer. Detta innebär att mindre värme alstras i motorn, vilket gör temperaturhanteringen mycket enklare för motortillverkarna.
Elmotorer utsätts för mindre värme och behöver inte tåla lika höga temperaturer och termisk påfrestning. Detta gör det möjligt att använda mer effektiva material för motorns komponenter.
När förbränningsmotorer förbränner bränsle genererar de giftiga gaser som måste omvandlas till mindre giftiga föroreningar innan de släpps ut i atmosfären. Eftersom elmotorer inte genererar giftiga gaser behövs inte alla komponenter i avgassystemet. Dessa innefattar delar som cylinderhuvuden, avgasrör, turboladdare, katalysatorer och ljuddämpare.
Vridmoment är den kraft som får hjulen att rotera. I förbränningsmotorer är den kraften optimal vid cirka 1 800–2 600 varv per minut (ett optimalt varvtal som varierar från motor till motor). Förbränningsmotorer ger ett suboptimalt vridmoment vid låga och höga varvtal. Men elmotorer är annorlunda: de kan leverera omedelbart och optimalt vridmoment till hjulen, oavsett varvtal.
Följaktligen behöver elmotorer ingen växellåda (även kallad transmission) för att växla och förbli optimala. Många elbilar fungerar med vad som kallas en enväxlad transmission, medan andra (som Tesla Model S) inte har någon växellåda alls, vilket eliminerar behovet av hundratals komplexa rörliga delar som följer med den, såsom kugghjul.
Toleranserna för delar som används i förbränningsmotorer är extremt snäva – och du ser inget motsvarande i elmotorer. Kolvar och cylindrar, till exempel, tillverkas med mikrometertoleranser på flera ställen inuti motorn. Avståndet mellan dem måste kontrolleras med extrem precision för att uppnå korrekt förbränning. För att uppfylla detta krav måste tillverkningsprocessen vara precis och konsekvent, med acceptabla avvikelser i storleksordningen tiotusendels tum (eller 2,54 mikrometer).
Elmotorer eliminerar dessa delar med snäva toleranser. Följaktligen blir kvalitetssäkringen enklare och risken för omarbetning och kasserade produkter minskar.
Materialförteckningen (BOM) är en strukturerad lista över alla material, komponenter och delar som behövs för att bygga motorn. Den innehåller detaljer om kvantiteter, inköp, kostnad och så vidare.
Den mindre BOM för elmotorer kommer att ha en stor inverkan på bilindustrins leveranskedja. Leverantörer av delar som inte behövs i elbilar, såsom avgassystem, bränslesystem och växellådor, riskerar att bli irrelevanta. Allteftersom elbilar blir mer vanliga kommer dessa leverantörer av motordelar att behöva anpassa sig för att överleva.
För tillverkare av elmotorer är en mindre BOM en fördel. Den erbjuder en rad fördelar, bland annat:
Med färre komponenter är elmotorer mer kompakta än förbränningsmotorer. Detta ger mer utrymme för att optimera deformationszonen – det vill säga de områden i bilens fram- och bakdel som kan absorbera stötar och skydda passagerarna.
Andra faktorer bidrar också till säkerheten:
Det är inte förvånande att många elbilar har fått högsta säkerhetsbetyg i krocktester och visat sig vara säkrare överlag än bensindrivna bilar.
Även om tillverkningen av elmotorer medför positiva förändringar för branschen, måste OEM-tillverkare och deras leverantörer fortfarande övervinna många utmaningar. En av dem är skapandet av nya produktionslinjer för motorer som kan skalas upp för att möta den växande efterfrågan på elfordon. Med begränsad tid och resurser står tillverkarna under press att fatta rätt beslut.
Laserteknik kan säkerställa att ytbehandlingsprocesser är effektiva och precisa för alla motortyper, inklusive borstlösa likströmsmotorer, synkronmotorer med permanentmagneter, växelströmsinduktionsmotorer, motorer med inbyggda permanentmagneter, reluktansmotorer med permanentmagneter och så vidare.
Exempel på tillämpningar inkluderar:
Teknisk expert och konsult inom batterier och elektriska framdrivningssystem, Stéphane har en examen i fysik med inriktning mot fotonik, optik, elektronik, robotik och akustik. Engagerad i omställningen till elfordon har han utvecklat industriella batteripaket för elcyklar. På fritiden driver han en YouTube-kanal om allt som rör el.
Även om litiumjonbatterier dominerar marknaden för elfordon finns det fortsatt oro över brist på råvaror, kostnader samt utvinnings- och gruvdrift. Litiumproduktion är dyr och inte särskilt miljövänlig.
Litiumjonbatterier har drivit våra enheter och elfordon i åratal, men fastfasbatterier hyllas nu som nästa stora grej. Men hur korrekt är det påståendet?
Pouch-celler introducerades 1995 och har alltid haft en unik design, där batteriet är inneslutet i en mjuk plastfilm istället för ett styvt hölje som hos cylindriska och prismatiska celler.
I den här artikeln diskuterar vi hur de har utvecklats genom åren och vart de är på väg.
