Renault avslöjar extremt effektiv elmotor: vad gör designen så speciell?

Renault och Geely satsar på effektivitet framför imponerande siffror

När människor tänker på elbilar fokuserar de vanligtvis på prestanda, acceleration och räckvidd. Men elmotorns verkningsgrad spelar en minst lika avgörande roll. Varenda procentenhet i förlust innebär direkt färre kilometer från samma batteri – eller högre bränsleförbrukning i en hybrid.

I jakten på effektivitet presenterar nu samriskföretaget Horse – ett samarbete mellan Renault och kinesiska Geely – en ny motor med det interna namnet Amorfo. Det handlar inte om konceptbilsteknik, utan om ett seriöst drivlinjesystem som redan finns uppfört i Horse katalog och därmed är redo för serieproduktion. Renaults märken är de uppenbara avtagarna, men även andra Geely-märken som Volvo kan utnyttja tekniken.

Horse påstår en verkningsgrad på 98,2 procent, medan vanliga elmotorer typiskt hamnar någonstans mellan 93 och 97 procent.

De få procentenheterna låter blygsamt, men fördelat över miljoner fordon och många års användning utgör de enorma mängder sparad energi och bränsle.

Kärnan i innovationen: amorft stål i statorn

Det speciella med denna motor ligger inte i elektroniken eller mjukvaran, utan snarare i det material som används i statorn – den stillastående delen runt rotorn som genererar det magnetiska fältet. Istället för klassiskt kristallinskt stål använder Horse så kallat amorft stål.

I vanligt stål är atomerna arrangerade i en fast, ordnad kristallstruktur. I amorft stål saknas denna ordning – atomerna sitter mer slumpmässigt i förhållande till varandra. Det låter som en teknisk detalj, men det förändrar de magnetiska egenskaperna markant. Materialet förlorar betydligt mindre energi när det magnetiska fältet ständigt växlar – precis som det sker inne i en elmotor.

Tunnare än ett människohår

Statorn är uppbyggd av extremt tunna stållameller. I Amorfo-motorn är dessa plåtar endast 0,025 millimeter tjocka. Det är ungefär tio gånger tunnare än i en genomsnittlig elmotor – och faktiskt tunnare än ett vanligt människohår.

Denna extrema tunnhet begränsar de så kallade virvelströmsförlusterna: små elektriska strömmar som löper genom själva metallen när den utsätts för ett växlande magnetiskt fält. Normalt kostar det energi utan att bidra till framdrivningen.

• Material: amorft stål istället för klassiskt elektriskt stål
• Lamelltjocklek: 0,025 mm (cirka tio gånger tunnare än normalt)
• Mål: halvera de interna förlusterna jämfört med konventionella motorer
• Påstående: maximal verkningsgrad på 98,2 procent

Horse talar om en halvering av motorns interna förluster. I praktiken innebär det att nästan all elektrisk energi som skickas in i motorn faktiskt omvandlas till framdrivning – istället för att försvinna som värme.

Prestanda och moment: välpassad för moderna hybrider

Amorfo-motorn är inte bara effektiv – den levererar också siffror som är mer än tillräckliga för många bilar. Maxeffekten ligger runt 190 hk med 360 Nm vridmoment. Det placerar motorn i samma kategori som drivlinjerna i många nuvarande plugin-hybrider och elbilar med fram- eller bakhjulsdrift.

För en praktisk familjebil är det gott om. En tillverkare kan använda motorn:

• som primär framdrivning i en plugin-hybrid
• som elmotor i en seriehybrid med räckviddsförlängare
• eller som fram- eller bakaxelmotor i en helt elektrisk modell

Tack vare den höga verkningsgraden kan en tillverkare antingen behålla samma batteristorlek och uppnå lite extra räckvidd – eller montera ett något mindre batteri som tillryggalägger samma sträcka. I hybridfallet kan tanken göras något mindre, eller förbrukningen sjunka, utan att kunden märker någon skillnad i köregenskaperna.

I praktiken: cirka 1 procent lägre energiförbrukning

På systemnivå – alltså i en komplett hybriddrivlinje med förbränningsmotor, omvandlare, batteri och växellåda – förväntar sig Horse att den totala energiförbrukningen sjunker med cirka 1 procent. Det låter blygsamt, men inom bilindustrin är sådana steg ofta den realistiska vägen mot lägre utsläpp.

En vinst på 1 procent låter liten, men applicerad på miljoner bilar och miljarder kilometer summerar det sig till gigantiska mängder sparad energi.

Det är viktigt att understryka: de 98,2 procenten är ett toppvärde mätt under idealiska förhållanden på en testbänk. I dagligt bruk spelar faktorer som temperatur, belastning, varvtal och materialens åldrande en roll. Den verkliga vinsten kan därför falla något lägre ut.

Laboratorium versus daglig rusningstrafik

Biltillverkare testar motorer och drivlinjer under noga kontrollerade betingelser – logiskt nog, eftersom det ger möjlighet till en rättvis jämförelse av olika konstruktioner. Men en bil körs sällan under perfekta förhållanden: vinterkyla, varma sommardagar, trafikstockningar, korta resor, tung last eller en husvagn bakom bilen förändrar bilden.

Oberoende testinstitut ser ofta avvikelser mellan fabrikssiffror och resultat i den verkliga världen. Det kommer sannolikt inte att vara annorlunda med denna motor. Tills de första modellerna med denna teknik når marknaden och är grundligt testade av redaktioner och godkännandeinstitut, förblir de 98,2 procenten primärt en teoretisk storhet.

Varför tillverkare lägger så mycket energi på en procents vinst

Globalt är biltillverkare under press att minska bränsleförbrukning och CO₂-utsläpp. Det gäller även för hybrider och elbilar, eftersom produktionen av batterier och elmixen fortfarande medför betydande utsläpp. Även små effektivitetsförbättringar i drivlinjen ger därför direkt utslag i det totala miljöavtrycket.

För en genomsnittlig hybrid som förbrukar exempelvis 6 liter per 100 kilometer kan en förbättring på 1 procent spara ungefär 0,06 liter per 100 kilometer. Under 200 000 kilometer motsvarar det drygt 120 liter bensin per bil. När hundratusentals eller miljoner fordon använder en sådan motor, löper det upp till miljoner liter bränsle som aldrig pumpas ut.

Därtill kommer att strängare normer i Europa, Kina och andra regioner tvingar tillverkarna att gripa varje procentenhet som är uppnåelig. Tekniker som amorft stål kan utgöra skillnaden mellan att precis uppfylla eller precis falla igenom framtida krav.

Vad betyder det för bilister de kommande åren?

Horse har ännu inte avslöjat i vilken konkret modell Amorfo-motorn kommer att debutera, eller när det sker. Men motorn är uppförd i samriskföretagets katalog, vilket innebär att tekniken i princip är produktionsklar och kan dyka upp i kommande generationer av hybrider från Renault och Geely-märken.

För bilister kommer det sannolikt inte att visa sig som spektakulära nya funktioner, utan snarare som lite lägre förbruknings- och utsläppssiffror. På displayen upplever man vinsten som en aning färre kWh per 100 kilometer i en elektrisk variant – eller några tiondelar liter bränsle mindre i en hybrid.

Förklaring: vad är motorverkningsgrad egentligen?

Begreppet verkningsgrad dyker ofta upp, men kan verka abstrakt. För en elmotor handlar det om förhållandet mellan den elektriska energi som skickas in och den mekaniska energi som kommer ut som framdrivning på axeln.

En verkningsgrad på 100 procent skulle innebära att all energi omvandlas till rörelse utan någon som helst värmeförlust eller friktion. I den verkliga världen är det inte möjligt. Ändå kommer moderna elmotorer med 93 till 97 procent redan anmärkningsvärt nära. Steget mot 98 procent visar hur raffinerad tekniken redan är – och hur stor insats det krävs för att erövra den sista procentenheten.

För den som överväger en el- eller hybridbil kan det vara klokt att inte bara titta på batteristorlek eller hästkrafter, utan även på hur effektivt drivlinjen omvandlar energi. Ett lite mindre batteri kombinerat med en extremt effektiv motor kan i praktiken nå lika långt som ett större batteri med en mindre effektiv drivlinje – medan bilen förblir billigare och lättare.