Çin’den Elektrikli Araçlarda Dengeleri Değiştirecek Eksenel Akı Motoru

Çinli araştırmacılar, elektrikli araçlardan insansı robotlara kadar birçok alanda kullanılabilecek yeni nesil eksenel akı motorunu seri üretime taşıdı. Açıklanan verilere göre motor, 25,73 kW/kg etkin güç yoğunluğuna ulaşırken maksimum 18.000 devrin üzerine çıkabiliyor.

Çin Bilimler Akademisi bünyesindeki Ningbo Malzeme Teknolojisi ve Mühendisliği Enstitüsü ile Shanghai PanGood Power tarafından geliştirilen sistemin en önemli yeniliği yalnızca yüksek performansı değil, seri üretime uygun hale getirilmiş olması.

Çinli yetkililer, bu gelişmeyi eksenel akı motorlarının dünyadaki ilk büyük ölçekli seri üretim uygulaması olarak tanımlıyor.

2040 hedefini şimdiden geçti

Açıklanan verilere göre yeni motorun etkin güç yoğunluğu 25,73 kW/kg seviyesine ulaşıyor. Bu değer, Çin’in “Enerji Tasarruflu ve Yeni Enerjili Araçlar Teknoloji Yol Haritası 3.0” belgesinde 2040 yılı için belirlenen hedefin yüzde 42,94 üzerinde bulunuyor.

Motorun diğer dikkat çekici verileri şöyle:

• 25,73 kW/kg etkin güç yoğunluğu
• 18.000 devrin üzerinde maksimum motor hızı
• 293 Nm/kg motor sistemi tork yoğunluğu
• Karşılaştırılan ürünlere göre yüzde 22 daha yüksek tork yoğunluğu
• Aynı güç seviyesindeki radyal akılı motorlara kıyasla daha düşük ağırlık ve daha küçük hacim

Ancak şirket motorun nominal gücünü, tepe gücünü, toplam ağırlığını ve güç yoğunluğu hesabına hangi parçaların dahil edildiğini açıklamadı. Bu nedenle internette paylaşılan “motor yalnızca 5 kilogram” iddiası şimdilik doğrulanamıyor. Açıklanan oran, motorun tüm sistem ağırlığından ziyade etkin malzemeleri esas alıyor. Electric Motor Engineering

Motorun merkezinde yeni PGH mıknatıs teknolojisi var

PanGood Power ile Ningbo Malzeme Teknolojisi Enstitüsü, geliştirme çalışmalarına 2018 yılında başladı. Araştırma ekibi, yüksek sıcaklık ve ağır yük altında mıknatıslık özelliğini kaybetmeyen PGH adı verilen özel bir manyetik malzeme geliştirdi.

Geleneksel mıknatıslar yüksek devir, yüksek sıcaklık ve uzun süreli yük altında performans kaybedebiliyor. Yeni PGH malzemesinin ise daha yüksek sıcaklık kararlılığına, mekanik dayanıklılığa ve manyetik enerji kapasitesine sahip olduğu belirtiliyor.

Bu gelişme, eksenel akı motorlarının uzun süredir karşılaştığı en önemli sorunlardan birini çözmeyi amaçlıyor. Disk biçimindeki rotorun yüksek devirlerde uğradığı mekanik gerilim ve sıcaklığa bağlı manyetik kayıplar, teknolojinin yaygınlaşmasının önündeki temel engeller arasında bulunuyordu. Çin Bilimler Akademisi çalışmasına ilişkin Xinhua açıklaması

Eksenel akı motoru neden farklı?

Bugün elektrikli otomobillerin büyük bölümünde radyal akılı motorlar kullanılıyor. Bu motorlarda manyetik akı, motor miline dik yönde hareket ediyor. Rotor ve stator iç içe geçmiş silindirik bir yapı oluşturuyor.

Eksenel akı motorunda ise manyetik alan motor miliyle aynı doğrultuda ilerliyor. Rotor ve stator, üst üste yerleştirilmiş ince diskler şeklinde tasarlanıyor.

Bu yapı sayesinde:

• Motor daha ince üretilebiliyor.
• Aynı hacimden daha yüksek tork alınabiliyor.
• Bakır sargılar kısalıyor.
• Elektriksel ve termal kayıplar azaltılabiliyor.
• Motor aracın tabanına, aksına veya tekerleğe daha yakın yerleştirilebiliyor.
• Batarya ve yolcu bölümü için daha fazla alan bırakılabiliyor.

Özellikle elektrikli motosikletlerde ince ve hafif motor yapısı; batarya kapasitesini artırmak, ağırlık merkezini aşağı çekmek ve salıncak çevresindeki yerleşimi kolaylaştırmak açısından önemli avantaj sağlayabilir.

İçten yanmalı motorlar hemen tarih mi olacak?

Bu gelişme, “200 yıllık içten yanmalı motor teknolojisi bir anda sona eriyor” anlamına gelmiyor. Eksenel akı motoru doğrudan içten yanmalı motorun değil, elektrikli araçlarda kullanılan geleneksel radyal akılı elektrik motorlarının alternatifi.

Teknolojinin gerçek etkisi; üretim maliyeti, soğutma sistemi, kullanılan nadir toprak elementleri, sürekli güç performansı, uzun dönem dayanıklılık ve milyonlarca adetlik üretimde sağlanacak kalite üzerinden belirlenecek.

Başka bir ifadeyle Çin’in asıl başarısı yeni bir motor prensibi icat etmek değil, yaklaşık iki asırdır bilinen bir motor mimarisini yüksek devirde çalışabilecek ve seri üretilebilecek seviyeye taşımak.

Teknolojinin geçmişi 1831 yılına uzanıyor

Eksenel akı prensibinin geçmişi Michael Faraday’ın 1831’de yaptığı elektromanyetik deneylere ve geliştirdiği disk düzeneklerine kadar götürülüyor. Ancak teknoloji uzun yıllar boyunca üretim hassasiyeti, soğutma, mıknatıs dayanıklılığı ve maliyet sorunları nedeniyle sınırlı alanlarda kaldı.

Son yıllarda güçlü kalıcı mıknatısların, doğrudan yağ soğutmanın, gelişmiş kompozitlerin ve hassas üretim yöntemlerinin devreye girmesiyle eksenel akı motorları yeniden otomotiv şirketlerinin gündemine girdi.

Mercedes-Benz neden YASA’yı satın aldı?

Mercedes-Benz, İngiliz eksenel akı motoru üreticisi YASA’yı 2021 yılında bünyesine kattı. Bu satın alma, teknolojinin otomotiv sektörü açısından stratejik hale geldiğini gösteren en önemli gelişmelerden biriydi.

YASA’nın “Yokeless and Segmented Armature” adı verilen tasarımı, statordaki ağır demir boyunduruğu kaldırarak motor ağırlığını azaltıyor. Şirket, seri kullanım için geliştirdiği motorların geleneksel elektrik motorlarından yüzde 50’ye kadar daha hafif ve daha küçük olabileceğini belirtiyor. YASA motorları Ferrari SF90, Ferrari 296 GTB ve Lamborghini Temerario gibi yüksek performanslı hibrit otomobillerde de kullanılıyor. YASA eksenel akı teknolojisi

Mercedes-AMG’nin Concept GT XX prototipinde ise üç adet YASA eksenel akı motoruna yer verildi. Dolayısıyla Çin’in hamlesi, Mercedes’in yıllardır yatırım yaptığı bu teknolojinin artık daha yüksek üretim adetlerine ve daha geniş kullanım alanlarına ulaşabileceğini gösteriyor.

“Dünya rekoru” iddiasına dikkat

PanGood Power motorunun 25,73 kW/kg değeri son derece yüksek olsa da bunu bütün elektrik motorları arasında kesin bir dünya rekoru şeklinde tanımlamak doğru değil.

Mercedes-Benz bünyesindeki YASA, prototip motorunda kısa süreli tepe güç üzerinden 59 kW/kg seviyesine ulaştığını açıkladı. Bu motor 12,7 kilogram ağırlığında ve kısa süreli olarak 750 kW güç üretebiliyor. Fakat YASA da bu değeri “resmî olmayan dünya rekoru” olarak nitelendiriyor. YASA

Çin’in çalışmasını farklı kılan nokta, laboratuvar prototipi seviyesindeki en yüksek değeri elde etmesi değil; yüksek güç yoğunluğu ve 18.000 devri seri üretime yönelik bir motorla bir araya getirmesi.

Yıllık 300 bin adet üretim hedefleniyor

PanGood Power’ın Zhejiang eyaletinde kurduğu tesisin beş üretim hattına ve yılda yaklaşık 300 bin motor üretme kapasitesine sahip olduğu bildiriliyor.

Üretim hattının 60 kW ile 1.200 kW arasındaki farklı motorları destekleyebildiği belirtiliyor. Böylece teknoloji yalnızca elektrikli otomobillerde değil;

• Elektrikli motosikletlerde
• Ağır ticari araçlarda
• İnsansı robotların eklem sistemlerinde
• Elektrikli hava araçlarında
• Endüstriyel makinelerde
• Elektrikli iş ve maden araçlarında

kullanılabilecek.

Elektrikli araçlarda ne değiştirebilir?

Motorların küçülmesi, elektrikli araçlarda sadece ağırlık avantajı sağlamıyor. Daha ince motorlar, otomobil üreticilerine taban ve aks çevresinde daha fazla tasarım özgürlüğü veriyor.

Aynı gücü daha hafif bir motorla üretmek; aracın enerji tüketimini düşürebilir, menzilini artırabilir veya daha küçük bir batarya kullanılmasına imkân tanıyabilir. Bunun yanında dört tekerleğe ayrı motor yerleştirilmesi ve çok daha hassas tork yönlendirme sistemlerinin geliştirilmesi kolaylaşabilir.

Ancak gerçek kazancın ne kadar olacağı, motorun inverter, şanzıman, soğutma sistemi ve muhafazasıyla birlikte oluşturduğu toplam ağırlık üzerinden yapılacak bağımsız testlerle anlaşılacak.

Sonuç: Devrim motorun keşfinde değil, seri üretiminde

Çin’in geliştirdiği eksenel akı motoru, elektrikli ulaşım teknolojisinde önemli bir dönüm noktası olabilir. Fakat haberin asıl çarpıcı tarafı 25,73 kW/kg değerinden çok, daha önce pahalı ve üretimi zor kabul edilen bu mimarinin yıllık yüz binlerce adetlik kapasiteye taşınması.

PanGood Power açıklanan değerleri gerçek araçlarda, uzun süreli kullanımda ve kabul edilebilir maliyetlerle koruyabilirse; elektrikli otomobillerin, motosikletlerin, robotların ve hava araçlarının motor tasarımı köklü biçimde değişebilir.

Kısacası Çin, elektrik motorunu yeniden icat etmedi. Yaklaşık 200 yıllık bir fikri, küresel otomotiv endüstrisinin kitlesel üretim yarışına soktu.