Reluktanční motor znovu na scéně  
Japonci se na tokijském veletrhu chlubili novinkou, která je ve skutečnosti návratem k jednomu z nejstarších typů elektromotoru z minulého století. Dohnal je k tomu růst cen a nedostatek vzácných kovů.

Vzácné kovy
Je jich sedmnáct a řadíme mezi ně rhodium, platinu, zlato, palladium, osmium, iridium či neodym. Bez prvků vzácných zemin se neobejdou notebooky, iPhony, elektromotory i baterie elektromobilů a motory hybridů.
Na jejich dostupnosti a ceně do značné míry záleží, zda elektrokolky ustojí svůj boj s neustále úspornějšími auty se spalovacími motory, ať již na benzín, naftu, etanol,... 
Nedostatek těchto vzácných kovů je tak vážný, že automobilka Toyota například uvažuje o otevření vlastního dolu ve Vietnamu. Sesterský Nissan a Honda na tom nejsou lépe. Důvodem je zmáhající se Čína, která měla na těžbu těchto strategických surovin prakticky monopol. Pokrývala potřebu světového trhu veškerých vzácných kovů z 90 - 97 %. Přitom její území na ně moc bohaté není – jen asi 30 - 37 % světových zásob. Čínský automobilový průmysl nabírá dech a připravuje výrobu aut na elektrický pohon ve velkém. Součástí zahájeného pětiletého plánu Číny je proto snižování vývozních kvót a prognostici hlásí, že nedostatek vzácných surovin postihne celý svět. Výrobce elektrotechniky a aut v první řadě. Je to logické, bez palladia se například neobejdou katalyzátory a bez neodymu zase silné permanentní magnety. Europium je třeba na displeje, "žárovky" s dlouhou životností a iridia je v moderních motorech čím dál tím více. Stejný prvek spolu s platinou je základem termočlánků,...

Zvětšit obrázek
Princip spínaného reluktančního motoru, trojfázová verze.

Ačkoli se těmto kovům říká vzácné, v zemské kůře jich je dost. Problém je jinde, v jejich obtížném a velmi nákladném dobývání. Odklon od levné jaderné energie růst cen vzácných kovů jen prohloubí, protože fotovoltaika ani „větrníky“ se bez nich rovněž neobejdou. Japonsko, které prakticky všechny suroviny dováží již tento problém dostihnul a zasáhl nejvíce výrobce aut. Proto vymýšlejí, jak to udělat, aby jejich výrobky nepostihl zlý osud cenově konkurenčně neschopných a neprodejných produktů. Hitachi již vyvinula motor bez neodymu, dysprosia a místo permanentních magnetů zvolila feritové. Energetická náročnost výroby motoru klesla o 10 %. Vadou na jeho kráse je, že není dostatečně velký a výkonný, aby se dal použít k pohonu elektromobilů. Pro zajímavost - motor Toyoty Prius je také na principu permanentních magnetů a je z tohoto pohledu poněkud zastaralý. Zřejmě proto došlo k propojení s Tesla Motors a lze za tím tušit přechod na indukční motory, stejně jako je tomu například u Mini E od automobilky BMW.

 

Zvětšit obrázek
Pohled pod kapotu Hoshiho vozu s krabicí ukrývající reluktanční pohonnou jednotku. (Kredit: Nobukazu Hoshi)

Techno-Frontier 2011
K pohonu elektrických vozidel se téměř výlučně používají stejnosměrné komutátorové motory s elektronickou komutací a střídavé asynchronní nebo synchronní motory, vybavené frekvenčním měničem.
Profesor Nobukazu Hoshi (Tokyo University of Science) představil minulý týden na tokijské výstavě Techno-Frontier levný motor o výkonu 50 kW a účinnosti přes 95 %. Vypadá jako krabice, která je velikostí srovnatelná se stávajícím motorem montovaným do Toyoty Prius. Obejde se prý zcela bez vzácných kovů a jeho zavedení by mělo výrobu elektromobilů podstatně zlevnit. Nazývají jej „Switched Reluctance Motor”. To mnohé vysvětluje. Reluktanční motory jsou typem synchronního elektromotoru. Jeho vzetí na milost tohoto více než sto let starého  objevu (název motoru se odvozuje od magnetického odporu, který se také nazývá reluktance),
dovoluje pokrok ve vysokorychlostních spínacích zařízeních (bipolárních tranzistorů). Tyto nové rezonanční měniče se vyznačují malými spínacími ztrátami, protože využívají k sepnutí okamžiky nulového napětí. Celý systém tak může pracovat i při vysokých frekvencích, což dříve bylo možné jen za cenu vysokých ztrát. Princip reluktančního motoru je velmi jednoduchý a je zřejmý z obrázku vpravo, kde je nakreslena jeho trojfázová verze.

 

 

 

I když jde o jeden z nejstarších typů elektromotorů, který se používal již jen na pohon disků, tiskařských hlav a magnetofonových pásků,  pokrok v oblasti řídicích prvků vrací tyto spínané reluktanční motory znovu na scénu velkých výkonů. Mají celou řadu předností - jednoduchou konstrukci, mechanicky  jsou odolné, vyznačují se vysokou účinností a v poměru k hmotnosti vysoký výkonem. A hlavně se obejdou bez drahých permanentních magnetů. Nevýhodou v Tokyu předvedeného modelu je zatím stále ještě nedostatečný kroutící moment, ale vědci tvrdí, že i to brzo vyřeší a že jejich motor začne soupeřit o své místo na slunci automobilového trhu. Pokud budou mít pravdu, budou elektrokolky levnější. Jejich problémem budou hlučnost a vibrace, kterých se reluktančního motor těžko zbaví. Ale nakonec proč ne, do mnohých ze stávajících elektrických přibližovadel se kvůli bezpečnosti montují i reproduktory, aby imitací „klasiky“ varovaly chodce na jinak neslyšně se valící masu kovu a elektrolytu.

 

Prameny: 
Physorg, BusinessWeek, Techeye, Technologyreview,  Ladislav Kopecký: „Reluktanční motor a elektromobil“, Stolařík a Veselka: „Přehledová studie reluktančních motorů“.
http://youtu.be/Cq_9EntG35w

Datum: 28.07.2011 15:13
Tisk článku

Energie bez konce - Vynálezy, koncepty, řešení - von Rétyi Andreas
 
 
cena původní: 279 Kč
cena: 240 Kč
Energie bez konce - Vynálezy, koncepty, řešení
von Rétyi Andreas
Související články:

O2 Pursuit – kříženec Yamahy s potápěčskou láhví     Autor: Josef Pazdera (07.11.2012)
Postavit warpový pohon bude možná snazší, než se myslelo     Autor: Stanislav Mihulka (20.09.2012)
Mikromotorky pro maličké satelity     Autor: Stanislav Mihulka (19.08.2012)
Scruderiho motor prý překonal klasický spalovací motor     Autor: Josef Pazdera (28.01.2011)
Zvuk jako cesta k přeměně tepla na elektřinu     Autor: Josef Pazdera (07.06.2007)



Diskuze:

Nastupuje kombinace reluktančního a indukčního motoru

Jiří Šíma,2016-12-03 04:49:35

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/tee.20116/pdf

Odpovědět

rekuperace

Michal Bičan,2011-08-24 15:25:53

Jak je to s rekuperací u tohoto motoru, funguje i jako generátor?

Odpovědět

Netřeba setrvačník

Miroslav Mácha,2011-08-03 18:13:30

Rotor motoru je docela slušný setrvačník.
V dokumentu, na který se odkazujete je i 3 fázový motor, který tuto vadu nemá. Stačí správně detekovat pozici rotoru.

Odpovědět

vibrace relukčtančního motoru.

Radim Polášek,2011-07-30 16:39:58

Podle mého názoru s dnešními spínacími prvky, které mohou pracovat vysoko přes 100 kiloherz , nebude problém pomocí třeba PWM regulace vymodelovat takový průběh proudu do reluktančních motorů, při kterém nebude mít tento motor žádné vibrace a minimální hlušnost. Zvláště pokud se bude jednat o drahý a velký motor pro pohon elektomobilu, kde nějaký dokonalejší a tím i drahý polovodičový regulátor nebude , co se týká výsledné ceny, problém.

Odpovědět


S vibracemi je problém

Vojtěch Kocián,2011-08-01 07:30:20

Když se podíváte na průběh kroutícího momentu reluktančního motoru (třeba tady: http://kopecky.rtyne.net/STROJE/srm.pdf), tak uvidíte, že několikrát během jedné otáčky stoupne na maximum a zase klesne na nulu. To se elektronikou úplně uregulovat nedá, i když částečné omezení by určitě možné bylo. V podstatě je průběh trochu podobný jako u spalovacímu motoru, kde je kladný kroutící moment jen ve fázi výbuchu a v ostatních je záporný, hlavně ve fázi stlačování (když počítám jen jeden válec, u víceválcových závisí i na jejich vzájemné poloze). Částečně by pomohl velký setrvačník přímo na hřídeli motoru, ale ztratila by se výhoda nízké hmotnosti.

Odpovědět

Europium a žárovky

Jozef Matejička,2011-07-29 08:54:00

Europium se dle mých znalostí v žárovkách nepoužívá. Autor spíš myslel na zářivky.

Odpovědět

Permanentní magnet v reluktančním motoru

Vojtěch Kocián,2011-07-29 08:13:01

Přečetl jsem si článek pana Kopeckého o permanentních magnetech právě v reluktančních motorech (http://kopecky.rtyne.net/STROJE/srm.pdf) a vyplývalo z něj, že výrazně zlepší průběh kroutícího momentu. To by znamenalo i snížení vybrací a hluku (za cenu nezanedbatelné spotřeby neodymu). Ohledně vzácných kovů je nejšetrnější úplně obyčejný asynchronní motor (ať už s kotvou nakrátko nebo s kroužky). Pravda, na stejný výkon je mnohem větší a těžší a má i menší účinnost.

Odpovědět

Aktuální informace, jen

Vladimír Šmídl,2011-07-29 05:11:18

dva detaily nesedí.
Český název je kovy vzácných zemin (na Wikipedii je slovní hříčka k jejich zapamatování)
Europium se prodává jako aktivátor (červených) luminoforů, magnety na něm nestojí (patří k těm dražším).
Jinak je zajímavě porovnat ceny palladia a stříbra (kdysi stejné),jak se rozešly zavedením katalyzátorů v automobilech.

Odpovědět


"vzácné kovy"

Josef Pazdera,2011-07-29 10:28:13

Máte pravdu, že jde o prvky vzácných zemin ale míněno z hlediska vývoje cen na burze se z nich staly pro výrobce aut vzácné kovy a tak to je v článku míněno. Při tomto zjednodušení jsem se mohl vyhnout dalším specifikacím zda jde o skupinu Ceru, skupinu Ytria, lanthanid,...
V anglické odborné literatuře se ale tak0 často uchylují k pojmu vzácné kovy, nebo elementy a pou69vaj9 ykratku (RE, místo REE)
Pod pojmy REE (Rare Earth Elements) se míní prvky vzácných zemin, ale jako RE (Rare Elements) se chápou tyto prvky jako celek, včetně „umělotiny“ v zemské kůře se nevyskytující. Takže přesněji by asi bylo, že jde o skupinu 14-ti přírodních prvků o atomových číslech od 57 (lanthan) do 71, s výjimkou syntetického promethia. Podobností vlastnostmi se k nim řadí ještě yttrium. Většinou se člení na dvě skupiny:
Skupina ceru: lanthan - La, cer - Ce, praseodym - Pr, neodym - Nd, promethium - Pm, samarium - Sm, europium – Eu. Skupina yttria: yttrium - Y, gadolinium - Gd, terbium - Tb, dysprosium - Dy, holmium - Ho, erbium - Er, thulium - Tm, ytterbium - Yb, lutecium - Lu.
Ale do takových podrobností jsem nechtěl zacházet. Ale možná to na škodu bylo, tak alespoň dodatečně.


Netvrdím v článku, že Eu je v magnetech (uvádím neodym!). Ale jak jste na to sám narazil, kromě svítidel se stále více používá v neoslňujících a světélkujících doplňcích interiérů aut. Tím, že působí jako aktivátor fosforeskujících barviv na bázi Ytria a proto se tím vybavují různé čudlíky, které pak člověk najde i ve tmě. Luminiscenčním barviva s využitím Eu totiž světélkuje i po krátkém osvícení ještě po několik dnů stání ve zcela temné garáži. U dražších aut jsou tak ošetřeny i prahy, to asi aby bylo vidět jak vysoko je třeba ři nastupování zvedat nohu. Zmínit by se daly i podsvícené displeje,...

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace