Renaults hemliga elmotor som chockar branschen med energibesparingen

Renault och en kinesisk samarbetspartner har tagit fram en drivlina som i laboratorietester knappt förlorar någon energi alls.

Om resultaten håller i verkligheten kommer konkurrenterna att tvingas höja tempot markant.

Under det gemensamma varumärket Horse har man skapat en elektrisk motor för hybridbilar som i tester uppnår en verkningsgrad på hela 98,2%. Det överträffar de flesta nuvarande motorer på marknaden – och hemligheten bakom är en helt ny typ av stål i statorn.

Amorfo-motorn: ett samarbete mellan Renault och Geely

Horse är ett företag grundat av Renault och den kinesiska biljätten Geely med fokus på att utveckla nästa generations drivlinor. Det senaste resultatet från ingenjörernas arbete är en motor som går under namnet Amorfo, i första hand avsedd för hybridbilar och fordon med så kallade räckviddsförlängare.

Namnet är ingen slump. Det pekar direkt på materialet som statorn är tillverkad av – nämligen amorft stål, som har en oordnad atomstruktur. I konventionella motorer används istället kristallint stål där atomerna är arrangerade i ett regelbundet mönster.

Amorfo-motorn är konstruerad för att nå en verkningsgrad på 98,2%, vilket enligt Horse motsvarar hälften så stora interna energiförluster som i en vanlig elektrisk motor.

Enligt företaget handlar det inte bara om marknadsföringssnack. De fysiska egenskaperna hos amorft stål gör det möjligt att minska de förluster som uppstår till följd av magnetfältets verkningssätt – särskilt vid höga driftfrekvenser.

Skivor tunnare än ett människohår

Något av det mest imponerande med konstruktionen är tjockleken på de enskilda delar som statorn byggs upp av. Varje enskild skiva är bara 0,025 millimeter tjock – det är ungefär tio gånger tunnare än de skivor som normalt används i elbilar.

Så tunna lager bidrar till att begränsa det man kallar virvelströmmar. Det är ett fenomen där oönskade strömmar induceras i metallen och omvandlas till värme, vilket leder till energiförluster. Ju tunnare skikten är, desto svagare blir detta fenomen, och desto mer effektivt omvandlar motorn ström till rörelse.

Horse uppger att energiförlusten i själva motorn har reducerats med cirka 50% jämfört med en referenskonstruktion – och det utan att kompromissa med effekt och vridmoment.

Enligt publicerad data levererar Amorfo 190 hk och 360 Nm. Det räcker mer än väl till hybrida SUV:ar, kompaktbilar och större sedaner med elektrisk assistans.

Hur står den sig mot andra motorer?

Moderna elektriska drivlinor i personbilar uppnår typiskt en verkningsgrad på mellan 93 och 97%. Skillnaderna beror på belastning, temperatur, varvtal och den specifika konstruktionen.

På pappret låter en förbättring på 1–2 procentenheter inte av mycket. Men inom energieffektivitet är varje enskild procent verklig besparing – särskilt när man talar om stora flottor och miljontals körda kilometer.

Laboratorium kontra verklighet på vägen

Bilden kompliceras dock av vilka mätförhållanden det handlar om. Den angivna verkningsgraden på 98,2% kommer från företagets egna tester under noggrant kontrollerade förhållanden. I vardagligt bruk spelar ett antal faktorer in som är svåra att återskapa på en testbänk:

• temperaturvariationer – från vinterkyla till brännande asfalt på sommaren,
• drift vid dellast istället för i en enda optimal arbetspunkt,
• materialåldrande, inklusive isolering och själva stålet,
• spänningsvariationer och varierande kapacitet i traktionsbatteriet.

Tillverkare uppger typiskt den maximala verkningsgraden uppnådd inom ett visst driftområde – inte ett genomsnitt över en hel körcykel. Oberoende laboratorier hittar ofta lägre värden än de officiella uppgifterna. Horse har ännu inte meddelat i vilka bilar och i vilken konfiguration motorn ska användas, så det är för tidigt att bedöma dess beteende i ett färdigt fordon.

Verklig energibesparing: cirka 1% i det totala systemet

Företaget bakom projektet uppskattar att den totala energibesparingen – när hela hybridsystemet räknas med, inklusive batteri, inverter, växellåda och övriga komponenter – uppgår till cirka 1%. Det är ett värde som relaterar till verklig köranvändning.

En minskning av energiförbrukningen i en hybridbil på 1% låter blygsamt på individuell basis, men över tusentals bilar summerar det sig till enormt stora mängder sparad el eller bränsle.

Med en årlig körning på 20 000–30 000 kilometer, företagsflottor och lång livslängd börjar en sådan vinst få verklig betydelse – både för bilägarna och för CO₂-kalkylen. För tillverkare räknas varje bråkdel av en procent eftersom det kan hjälpa till att uppfylla allt strängare energieffektivitetskrav.

Vem får tillgång till den nya drivlinan?

Amorfo-motorn finns redan med i Horse produktkatalog. Det innebär att företagets kunder när som helst kan beställa den till sina projekt. Den första kunden blir med stor sannolikhet Renault-koncernen själv, inklusive närstående märken.

Andra företag i Geely-gruppen, som exempelvis Volvo, kan likaså komma ifråga. Denna typ av motor passar särskilt bra till den nya generationen laddhybrider där låg energiförbrukning prioriteras högre än rekordeffekt.

Varför konkurrerar tillverkare intensivt om verkningsgraden?

Marknaden för bilmotorer förändras snabbare än för ett decennium sedan. Förutom batterier och styrelektronik har själva motorerna blivit en central konkurrensfaktor. Kinesiska varumärken presenterar löpande allt mer avancerade konstruktioner – från förbränningsmotorer med rekordverkningsgrad till banbrytande elektriska drivlinor.

Europeiska och japanska företag som i åratal dominerat inom drivlineområdet måste ge svar på tal. Att introducera en motor med exceptionellt hög verkningsgrad är ett sätt att behålla sin position och demonstrera teknologisk relevans.

Vad betyder det för bilisten?

Om de utlovade resultaten håller i produktionsbilar kommer användaren framför allt att märka det som lägre energiförbrukning i vardagen. För en hybridbil kan det innebära färre tankstopp per år eller större räckvidd på en enskild batteriladdning.

En annan fördel är att det utvecklas mindre värme i själva motorn. En mer effektiv drivlina värms inte upp lika mycket, så kylsystemet kan arbeta med reducerad belastning. Det ger möjlighet att förenkla fordonets konstruktion eller minska vikten på vissa komponenter.

Det är också värt att komma ihåg att motorutveckling påverkar hela fordonets arkitektur. Förbättrad verkningsgrad åtföljs ofta av förändringar i styrmjukvara, strategi för rekuperativ bromsning och val av växellåda. Det samlade resultatet upplever bilisten som en jämnare drivlina och bättre respons på gaspedalen.

Så förstår du siffrorna bakom elektriska drivlinor

För många människor är verkningsgrader i procent ganska abstrakta storheter. Det är lätt att tro att skillnaden mellan 96% och 98,2% inte egentligen betyder något. Men i verkligheten motsvarar varje energiförlust i drivlinan extra kilowattimmar som måste dras från batteriet eller förbrännas i förbränningsmotorn.

I en bil som tillryggalägger 200 000 km under sin livstid kan skillnader på 1–2% samla sig till betydande summor. Det slår igenom både på driftskostnader och på den enskilda bilens CO₂-fotavtryck. För tillverkare är det dessutom ett konkurrensverktyg – särskilt när man kan matcha jämförbara effekt- och räckvidd-värden med ett mindre batteri.

Som användare är det klokt att titta på mer än bara effekt och vridmoment. Lägg märke till hur tillverkaren beskriver motorns och systemets samlade verkningsgrad. Även en motor med rekordparametrar räcker inte om resten av bilen – från däck till aerodynamik – slösar bort energin efteråt. Projekt som Amorfo är därför ett element i ett större pussel som i slutändan ska leverera mer effektiva och genomarbetade hybrid- och elbilar.