Sähkö- ja hybridiajoneuvojen sähkömoottorien kehitys

Abstract

Työn tavoitteina on kirjallisuuskatsauksen avulla selvittää, millä tavoin sähkö- ja hybridi-moottoreilla toimivien henkilöautojen sähkömoottorien eri ominaisuudet ovat kehittyneet viimeisen kymmenen vuoden aikana sekä arvioida, minkälaisia ne tulevat olemaan lähitulevaisuudessa vuodesta 2024 eteenpäin. Tutkimus on relevantti, sillä autoteollisuus on murroksessa lainsäädännön muuttuessa ilmastotavoitteisiin pyrittäessä.

Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena ja sitä varten etsittiin mm. tutkimuksia ja moottorivalmistajien julkaisemia tietoja vuosilta 2010 – 2024.

Selvityksen perusteella todetaan, että sähköautoissa käytettyjen moottorien tehot ovat kasvaneet. Neodyymin ja muiden harvinaisten maametallien käyttöä moottoreissa pyritään vähentämään sekä kehittämällä ilman kestomagneetteja toimivia koneita, että vähentämällä niiden osuutta magneettimateriaalissa. Tasavirtakoneiden käyttö on vähentynyt, ja synkronireluktanssikoneiden lisääntynyt. Kuparitangot on otettu käyttöön oikosulkukoneiden roottoreissa painevalumenetelmän kehittyessä. Reluktanssikoneiden roottoreihin on otettu käyttöön hiilikuituvaippa. Roottorin laminaattien kasauksessa käytettyä backlack-menetelmää on kehitetty. Jäähdytyksessä on siirrytty ilmajäähdytyksestä nestejäähdytykseen. Hiuspinnikäämityksen käyttö on yleistynyt. Matalalla jännitteellä toimiva staattori on kehitetty. Moottorien skaalautuva valmistus on kehittynyt tuotantomäärien kasvaessa.

The purpose of this bachelor’s thesis is to clarify how the properties of electric motors used in electric and hybrid electric passenger vehicles have evolved during the last ten years. The other object is to predict how they are going to evolve in the near future (from 2024). The topic is relevant, because the automotive industry is under changes due to legislations that aim to prevent climate change.

The thesis was implemented as a literature review by searching e.g. research about the topic and information shared by motor manufacturers from the years 2010 – 2024.

As the results of this research, it can be stated that the power of motors used was increased. The use of neodymium and other rare earth materials is to be reduced by developing the machines that work without permanent magnets and by reducing the part of rare earth mate-rials in magnet materials. The use of direct current machines has decreased, and for synchro-nous reluctance machines it has increased. Copper rods have been introduced in the rotors of squirrel cage induction machines with the development of the die-casting method. A car-bon fiber wrapped rotor has been introduced for the reluctance machines. The backlack method used in stacking rotor laminates has been developed. Cooling has been switched from air cooling to liquid cooling. The use of hairpin winding has become common. A low voltage stator has been developed. Scalable manufacturing of motors has developed as the production volumes have increased.