Slovenský elektromotor FrenoFlux chce rozhýbať svet malej elektromobility

Slovensko nemá iba montážne linky, subdodávateľov a šikovných ľudí, ktorí vedia vyrobiť takmer všetko, čo si automobilový priemysel vypýta.

Občas sa tu objaví aj projekt, ktorý nevznikol ako lokálna pobočka veľkého koncernu, ale ako vlastné technické riešenie od začiatku po koniec. Jedným z nich je FrenoFlux, elektromotor zo slovenskej obce Novoť.

Za projektom stojí spoločnosť Frenocar a Štefan Bystričan ml. Jeho FrenoFlux je nízkonapäťový synchrónny elektromotor s permanentnými magnetmi a axiálnym magnetickým tokom, primárne určený pre malé elektrické vozidlá, ale použiteľný aj ako generátor. 

Axiálny elektromotor ako princíp nie je nový vynález. Používa sa a vyvíja už roky, najmä tam, kde rozhoduje pomer výkonu, hmotnosti a priestoru. Napríklad nový Mercedes-AMG GT používa koncepčne veľmi podobný typ elektromotora: motor s axiálnym magnetickým tokom, teda axial-flux motor. Podstata je teda podobná ako pri FrenoFluxe. Pri ňom je zaujímavé skôr to, že ide o slovenský projekt s vlastným návrhom a výrobou.

Čo je teda FrenoFlux?

FrenoFlux je synchrónny trojfázový elektromotor s permanentnými neodýmovými magnetmi. Synchrónny znamená, že rotor sa otáča v súlade s rotujúcim magnetickým poľom vytvoreným v statore. Permanentné magnety znamenajú, že magnetické pole rotora nevzniká pomocou ďalšieho budenia prúdom, ale pomocou trvalých magnetov. Výhodou je vyššia účinnosť a jednoduchšia konštrukcia rotora, nevýhodou závislosť od magnetov a ich teplotných limitov.

Trojfázový motor zároveň nefunguje tak, že ho pripojíme priamo na batériu ako LED pásik z hobby obchodu. Potrebuje vhodný menič, teda elektroniku, ktorá z jednosmerného napätia batérie vytvorí správne riadené trojfázové napájanie motora. 

Vo vývoji sú zjavne dva elektromotory. Verzia AFM 001/4 má nominálny výkon 1,5 kW pri 5 000 otáčkach za minútu. Špičkový výkon je 4 kW pri 5 000 otáčkach za minútu počas 30 sekúnd a maximálny krútiaci moment dosahuje 11 Nm. Verzia AFM 001/2 má vyšší menovitý výkon (1,65 kW) pri 4 500 ot./min., špičkový výkon 4 kW pri 4 000 ot./min., menovitý krútiaci moment 3,55 Nm a maximálny krútiaci moment 14 Nm.

FrenoFlux ale nie je motor pre osobný elektromobil veľkosti rodinného SUV. Nie je to ani náhrada za výkonové jednotky, ktoré dnes poháňajú autá s desiatkami až stovkami kilowattov. Je to motor pre malé elektrické stroje a ľahké vozidlá, teda elektrické mopedy, malé motocykle, motokáry, ľahké úžitkové platformy, robotické vozíky, vývojové prototypy alebo špeciálne priemyselné pohony. Nominálny výkon okolo 1,5 až 1,65 kW je výkon, ktorý má zmysel tam, kde sa motor nemusí nepretržite trápiť v kopci s plne naloženým autom, ale kde sa cení kompaktnosť, nízke napätie, okamžitá reakcia a špičkový výkon na krátke zrýchlenie.

Motor je typu TENV, teda „totally enclosed non-ventilated“. Po ľudsky povedané, ide o úplne uzavretý motor bez vlastného ventilátora. Takéto riešenie môže byť výhodné z pohľadu jednoduchosti, odolnosti voči nečistotám a menšieho počtu pohyblivých častí, ale má aj jasný limit. Motor sa musí nejako chladiť, v tomto prípade tvorca hovorí, že odvod tepla zabezpečuje rebrovanie na povrchu.

V dokumentoch k motoru sa zároveň uvádza, že motor nie je určený na nepretržitú prevádzku bez aktívneho chladenia. Znamená to, že FrenoFlux môže byť kompaktný a šikovný, ale pri dlhodobej záťaži bude rozhodovať tepelný manažment.

Napájanie je nízkonapäťové. Výrobca spomína napätie do 72 V, technický popis AFM 001/4 uvádza nominálne napätie minimálne 60 V a maximálny fázový prúd 150 A. Pri AFM 001/2 sa zasa uvádza menovité napätie 50 V RMS s toleranciou plus-mínus 5 V, menovitý prúd 40 A a peak prúd 150 A. Pre bežného používateľa je podstatné hlavne to, že ide o nízkonapäťový pohon, ktorý sa dá ľahšie integrovať do malých elektrických systémov.

Potešiť môže to, že motor môže slúžiť aj ako generátor. EMF je na úrovni 37,3 V RMS pri 5 000 otáčkach za minútu. To je napätie, ktoré motor vytvára tým, že sa rotor s magnetmi otáča vo vinutí. Tento údaj je dôležitý pre návrh meniča, maximálne otáčky, rekuperáciu aj bezpečnú prevádzku. Ak motor roztočíme mechanicky, vie vyrábať elektrinu. Preto FrenoFlux nie je iba motor, ale podľa technického popisu aj generátor.

To otvára využitie napríklad v malých testovacích generátoroch, špeciálnych rekuperačných systémoch, vývojových laboratóriách alebo v menších technologických zariadeniach, kde treba kompaktný zdroj elektrickej energie z mechanického pohybu. 

Konštrukcia motora je podľa technického popisu pomerne priamočiara. Predný aj zadný obal sú z hliníkovej zliatiny, rovnako aj zadný kryt. Hriadeľ rotora je z antikoróznej ocele, tanier rotora z nemagnetického materiálu a magnety sú neodýmové. Upínacia príruba je z antikoróznej ocele, stator je zo železa, polohový senzor je na pertinaxe. Telo má rozmery 126 x 126 x 94 mm.

V čom je teda najväčšia praktická výhoda? Pri malom vozidle alebo stroji často nebojujete iba o výkon, ale aj o priestor. Motor sa musí zmestiť do rámu, pod kapotáž, do zadnej časti vozidla, medzi nápravy alebo do priemyselnej zostavy, kde už dávno niekto zabral každých päť centimetrov. Axiálny motor vie byť v takýchto prípadoch výhodný práve preto, že má iný tvar a pri vhodnom návrhu dokáže ponúknuť solídny krútiaci moment v krátkom tele. Nízka zotrvačnosť rotora môže pomôcť pri rýchlej reakcii na plyn aj pri brzdení. Pri motokáre, malom mopede, ľahkom robotickom vozidle alebo technickom prototype to môže byť citeľný rozdiel.

FrenoFlux by si vedel nájsť miesto aj v malých športových a zábavných vozidlách. Elektrická motokára nepotrebuje stovky kilometrov dojazdu ani palubný infotainment, ktorý sa tvári ako menšia burza cenných papierov. Potrebuje motor, ktorý rýchlo reaguje, zvládne krátke špičky výkonu, nezaberie veľa miesta a dá sa dobre riadiť. Podobne to platí pre elektrické mopedy, ľahké motocykle alebo malé úžitkové stroje v areáloch, skladoch, farmách a uzavretých prevádzkach.

Zaujímavá môže byť aj priemyselná stránka. Motor s axiálnym tokom môže fungovať v manipulačnej technike, špeciálnych pohonoch, vývojových zariadeniach, laboratórnych testovacích zostavách alebo v robotike. Ak výrobca dokáže ponúknuť presné riadiace parametre, konzistentnú kvalitu výroby a dobrú dostupnosť, môže byť FrenoFlux atraktívny pre firmy, ktoré nepotrebujú kupovať hotový drahý zahraničný pohon, ale chcú lokálne dostupný motor pre vlastný stroj. Práve tu môže byť „Made in Slovakia“ reálna výhoda.