Motor listrik tanpa rare earth

 (renaultgroup.com)
2 poin oleh GN⁺ 21 jam lalu | 1 komentar | Bagikan ke WhatsApp
  • Motor sinkron eksitasi listrik (EESM) menggerakkan rotor dengan medan magnet yang dihasilkan arus pada stator, mengubah listrik baterai menjadi energi mekanis untuk menggerakkan roda kendaraan, dan tidak menggunakan magnet maupun rare earth
  • Di pasar otomotif, 90% kendaraan listrik memakai motor bermagnet, tetapi Renault Group telah menjual massal motor listrik EESM sejak 2012
  • Motor EESM Renault Group mulai digunakan pada Kangoo Z.E dan Zoe, lalu diterapkan pada Megane E-Tech electric, Scenic E-Tech Electric, Alpine A290, Renault 5 E-Tech electric, Renault 4 E-Tech electric, dan lainnya
  • E7A yang dijadwalkan hadir pada 2027 menargetkan output 200kW, torsi 400Nm, ukuran 30% lebih kecil dibanding generasi sebelumnya, dampak karbon 30% lebih rendah, dan efisiensi sekitar 92%
  • Karena produksi rare earth dan magnet sangat bergantung pada China, pemilihan rotor belitan menjadi pilihan strategis untuk menghindari ketergantungan pada bahan baku dan negara produsen magnet

Latar belakang motor listrik tanpa rare earth

  • Renault Group telah memantapkan diri sebagai pelopor bersejarah dalam teknologi motor listrik tanpa magnet, yakni motor listrik tanpa rare earth
  • Di pasar tempat 90% kendaraan listrik menggunakan motor bermagnet, Renault Group membedakan diri dengan motor tanpa rare earth {p:90}

Jenis utama motor listrik

  • Motor kendaraan listrik mengubah energi listrik dari baterai menjadi energi mekanis tanpa piston atau silinder
  • Pada stator, arus menghasilkan medan magnet, dan medan magnet ini menggerakkan rotor untuk memutar roda kendaraan
  • Motor listrik terbagi menjadi tiga keluarga utama dengan perbedaan teknologi yang besar

  • Motor sinkron magnet permanen

    • Motor sinkron magnet permanen dibuat dengan rare earth dan saat ini merupakan teknologi dominan di pasar otomotif
    • Teknologi ini menggabungkan efisiensi tinggi dengan kebutuhan ruang yang optimal

  • Motor asinkron

    • Motor asinkron (ASM) juga disebut motor induksi asinkron (IM)
    • Teknologi ini memiliki efisiensi lebih rendah sehingga saat ini umumnya digunakan sebagai motor bantu pada gandar depan

  • Motor sinkron eksitasi listrik

    • Motor sinkron eksitasi listrik (EESM) sedikit lebih besar, tetapi menghasilkan efisiensi tinggi tanpa magnet
    • Motor listrik ini tidak menggunakan rare earth
    • Renault Group mulai menjual massal motor listrik EESM pada 2012, dan keahlian ini menghasilkan lini produk motor listrik yang kompetitif

Lini motor listrik murni Renault Group

  • Renault Group telah menjadi pelopor di bidang kendaraan listrik sejak 2011 dan memilih untuk memasarkan massal teknologi EESM

  • Motor generasi pertama

    • Motor generasi pertama dipasang pada Renault Kangoo Z.E pada 2011 dan Renault Zoe pada 2012
    • Motor ini menggunakan referensi komponen 5A dengan output dalam kisaran 57~100kW
    • Pada 2020, peningkatan terakhir dari powertrain ini diterapkan pada Twingo Electric, dengan referensi 5AL dan output 60kW

  • Motor EESM generasi kedua

    • Motor EESM generasi kedua Renault Group mulai diproduksi pada 2021 dengan referensi 6A
    • Renault Megane E-Tech electric adalah model pertama yang memakai motor baru ini pada awal 2022, dan motor referensi 6AM lebih kecil, lebih ringan, dan lebih bertenaga dengan output maksimum 160kW
    • Setelah itu, Renault Scenic E-Tech Electric dan Alpine A290, mobil listrik murni pertama Alpine, mengikuti jejak ini
    • Renault 5 E-Tech electric yang diluncurkan pada Oktober 2024 memakai motor listrik 6AK dengan output 110kW
    • Renault 4 E-Tech electric, yang dapat dipesan mulai Maret 2025, juga memakai motor listrik 6AK dengan output 110kW
    • Alpine A390 dibekali powertrain baru yang diperkenalkan pada September 2025; di gandar depan digunakan motor listrik 6AM yang sama seperti Alpine A290, sementara di gandar belakang diterapkan konfigurasi motor kembar baru
    • Ketiga motor listrik Alpine A390 semuanya diproduksi di Cléon, dengan total output perkiraan sekitar 345kW, sekitar 470 tenaga kuda

Motor EESM listrik murni generasi berikutnya pada 2027

  • Para insinyur Renault Group mulai mengembangkan motor listrik tipe EESM generasi ketiga bernama E7A pada 2021
  • Tahap pengembangan masih berlangsung, tetapi spesifikasinya sudah ditetapkan
  • E7A menargetkan output 200kW, sekitar 270 tenaga kuda, dan torsi 400Nm
  • Melalui arsitektur all-in-one, ukuran E7A menjadi 30% lebih kecil daripada motor generasi sebelumnya
  • E7A menargetkan dampak karbon 30% lebih rendah dan efisiensi sekitar 92%
  • Motor listrik ini meningkatkan tegangan sistem dari arsitektur 400V yang saat ini menjadi standar lini Renault menjadi 800V untuk mempersingkat waktu pengisian

Mengapa motor tanpa rare earth menjadi isu yang lebih strategis

  • Renault Group memilih rotor belitan alih-alih magnet permanen untuk menghindari ketergantungan pada rare earth dan negara produsen magnet
  • Ada atau tidaknya rare earth dalam motor listrik bukan sekadar detail, melainkan isu strategis
  • China memproduksi 85% rare earth ringan olahan dan 100% rare earth berat yang digunakan di seluruh dunia
  • Saat ini China jarang menawarkan penjualan bahan mentah tersebut, dan lebih memprioritaskan pasar domestiknya serta produk bernilai tambah tinggi seperti magnet permanen
  • Akibatnya, China memiliki posisi yang nyaris mendekati monopoli penuh, dengan lebih dari 90% produksi dunia berasal dari China
  • Pada saat yang sama, China juga merupakan produsen kendaraan listrik terbesar di dunia

Cléon, pabrik motor listrik Renault Group

  • Pabrik Cléon telah memproduksi powertrain Renault Group sejak 2015
  • Pabrik ini adalah tempat dimulainya produksi motor listrik untuk Renault Zoe, Twingo ZE, Kangoo ZE, dan Master ZE
  • Motor untuk Megane E-Tech electric, Scenic E-Tech electric, Alpine A290, Renault 5 E-Tech electric, dan Renault 4 E-Tech electric juga semuanya diproduksi di sini
  • Mulai 2027, pabrik Cléon akan memproduksi motor listrik generasi berikutnya berdaya 200kW

Bacaan terkait

1 komentar

 
GN⁺ 21 jam lalu
Komentar Hacker News

  • Judul yang seolah-olah “membuka jalan secara historis” untuk teknologi rumit motor listrik tanpa magnet cukup menggelikan bagi orang yang tahu sejarah mesin listrik
    Motor tanpa magnet permanen justru merupakan motor praktis pertama, dan motor rotor lilit juga sudah ada lebih dari 100 tahun
    Motor-motor terbesar sejak dulu sering dirancang seperti ini, karena ukuran magnet yang dibutuhkan menjadi terlalu mahal dan berbahaya, serta daya per ukurannya juga kurang memadai
    Kumparan medan bisa menghasilkan medan magnet selama arus dan panas resistif lilitannya masih bisa ditoleransi, sedangkan magnet tanah jarang punya batas tetap pada kekuatan medan magnetnya

    • Dulu di Cub Scouts ada tugas membuat motor listrik, dan bahan-bahannya papan alas, beberapa paku 6 inci, kawat, kaleng untuk bahan lembaran logam, dan selotip
      Tidak ada magnet, tetapi saat dihubungkan ke baterai motor itu berputar dengan baik
      Karena merasa seperti bocah sains, saya pikir kalau dihubungkan ke arus AC hasilnya akan lebih bagus, jadi saya pasang kabel listrik lalu mencolokkannya, dan motor itu bergetar hebat lalu terbakar, yang tentu tidak disukai ibu saya
    • Setuju kalau ungkapannya memang lucu
      Generator besar semuanya punya kumparan eksitasi untuk membuat medan magnet, dan ada keuntungan karena medan bisa diatur untuk mengendalikan tegangan jauh lebih efisien daripada penyesuaian setelah kejadian
      Baik motor maupun generator memang harus memasok daya untuk membuat medan magnet sehingga ada rugi efisiensi, tetapi semakin besar sistemnya, penggunaan elektromagnet justru menjadi lebih efisien dalam praktik
      Jika mempertimbangkan juga kelangkaan mineral tanah jarang, ini makin masuk akal
    • Kalau begitu, jadi penasaran kenapa tidak semua motor dibuat tanpa magnet permanen, dan apa sebenarnya keunggulan magnet permanen
    • Itu tidak sepenuhnya benar
      Ada juga batas dari kekuatan mekanis lilitan dan inti, dan bahkan magnet superkonduktor di CERN atau fasilitas fusi pun dibatasi oleh hal ini

  • Membuat motor yang memakai medan magnet terinduksi di stator dan rotor jelas bukan inovasi utamanya di sini
    Karena banyak motor industri memang tidak memakai magnet permanen
    Inovasinya tampaknya ada pada membuatnya tetap kecil dan efisien sambil menghasilkan torsi yang berarti, karena klaim motor listrik 93% efisien sering kali ternyata adalah mesin besar 2kW yang dijalankan pada 400W
    Kalau ada yang tahu apa yang sebenarnya dilakukan Renault di sini, saya penasaran

  • BMW juga sedang membuat motor bebas tanah jarang untuk mobil listrik, dan menurut standar saat ini mereka jauh lebih maju
    Dayanya hampir dua kali lipat (hingga 300kW vs 160kW), dan memakai arsitektur 800V

    • Mobil listrik termurah Renault sekitar €20K, sedangkan mobil listrik termurah BMW sekitar €65K
      Rasanya sulit mengatakan kedua perusahaan itu bermain di segmen pasar yang sama
    • Ini cukup kontras dengan motor listrik fluks aksial baru dari Mercedes
      Desain itu justru sangat mengandalkan tanah jarang dan bergantung pada magnet permanen berkinerja tertinggi
      Namun target produksi Mercedes kemungkinan lebih kecil daripada BMW atau Renault

  • Ungkapan “mengganti magnet dengan magnet yang bisa dikendalikan” terasa seperti kalimat paling khas teknik otomotif yang pernah ada

    • Dengan kata lain, “kami menghilangkan tanah jarang dan menambahkan software”

  • Menarik bahwa ini adalah desain bersikat
    Di komunitas mobil RC, motor brushless biasanya dianggap lebih unggul, meski tentu di sana ada persoalan magnet tanah jarang
    Secara teknis sikat memang bisa aus, tetapi ada klaim bahwa umurnya bisa mencapai sekitar 150 ribu hingga 250 ribu mil

    • Secara ketat ini bukan sikat melainkan slip ring
      Desain motor seperti ini sangat mirip alternator mobil, hanya kira-kira diperbesar 100 kali dari sisi daya
    • Motor DC bersikat aus karena polaritasnya terus dibalik sehingga timbul arc pada sikat
      Sikat itu bukan untuk memasok daya ke rotor; rotor pada akhirnya adalah magnet, dan sikat berfungsi memberi tahu stator kapan harus membalik polaritas
      Pada motor DC brushless, polaritas stator diubah oleh rangkaian elektronik yang mendeteksi posisi rotor tanpa komponen bergesekan, sehingga tidak ada arc
      Arus pulsa stator juga bisa disetel halus untuk meningkatkan efisiensi pada rentang kecepatan yang luas, sesuatu yang tidak bisa dilakukan motor DC bersikat
      Jadi yang lebih penting daripada tidak adanya kontak putar adalah tidak adanya arc
      Motor AC bersikat memang punya kontak putar berupa slip ring, tetapi idealnya tidak ada arc sehingga degradasi kontak tidak secepat pada motor DC bersikat
      Meski begitu rotor tetap harus dieksitasi, jadi arus besar tetap mengalir
      Motor AC bersikat memang tidak ideal, tetapi keuntungan membuat motor AC menjadi “brushless” tidak sebesar pada motor DC
      Pada akhirnya semua motor membutuhkan arus yang terus berubah, dan perbedaan motor AC/DC adalah apakah gelombang sinus AC sudah disuplai dari luar, atau motor itu sendiri mengubah DC eksternal menjadi suatu bentuk AC

  • Agak menarik melihat perusahaan merek profesional memakai elipsis dalam kalimat seperti “At the same time, China is also the world's leading producer of electric cars...”

  • Penasaran kapan motor tanpa rare earth akan dipadukan dengan baterai natrium CATL
    Sepertinya perang harga dan perang jarak tempuh akan segera datang

  • motor sinkron eksitasi listrik (EESM) atau motor sinkron eksitasi lilitan punya kelebihan dan kekurangan dibanding interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) yang menjadi arus utama pada EV Amerika Utara
    Kelebihannya adalah bebas dari volatilitas harga dan rantai pasok magnet permanen rare earth, dan pada siklus berkendara yang didominasi jalan tol bisa lebih efisien secara siklus daripada IPMSM terbaru
    EESM memiliki karakteristik pelemahan medan yang sangat baik, sehingga efisiensinya cenderung paling bagus pada torsi menengah dan kecepatan tinggi, jadi tampaknya cocok untuk truk kelas 8 atau motor bantu pada mobil dengan dua as penggerak
    Torsi keluaran tidak harus berkurang seiring kenaikan suhu rotor, dan dengan kontrol yang tepat secara teori bisa dioperasikan pada faktor daya 1 sehingga rating kVA inverter stator bisa diturunkan, serta ada keuntungan keselamatan karena rotor bisa dide-eksitasi saat inverter stator gagal
    Kekurangannya adalah arus DC harus disalurkan ke lilitan medan yang berputar, sehingga perlu memakai brush dan slip ring atau transformator frekuensi tinggi dengan penyearah putar, dan dalam kedua kasus penghematan biaya dari penghapusan magnet permanen sebagian hilang karena tambahan elektronika daya dan komponen
    Jika brush dan slip ring digunakan bersama pendinginan semprot oli rotor, dibutuhkan kompartemen tertutup terpisah, dan agak mengejutkan bahwa Renault tetap mempertahankan brush dan slip ring alih-alih transformator frekuensi tinggi induktif
    Pilihan itu tampaknya membatasi densitas dayanya
    Pada mesin dengan densitas torsi sangat tinggi, pendinginan lilitan medan rotor sulit dilakukan, dan menurut saya pendinginan semprot oli adalah yang terbaik
    Pada ukuran paket otomotif, lebih sulit mencapai kecepatan puncak setinggi IPMSM, dan penting untuk merancang struktur penahan lilitan rotor agar pada kecepatan tinggi lilitan medan tidak terdorong keluar ke celah udara
    Pada EESM, panjang aksial area tidak aktif biasanya lebih besar daripada IPMSM karena ujung lilitan medan dan sistem eksitasi, dan efisiensi sangat dipengaruhi oleh slot fill factor lilitan medan yang bisa diproduksi
    Kontrol arus dan torsi berperforma tinggi juga jauh lebih sulit
    EESM berperforma tinggi telah digunakan selama puluhan tahun dalam aplikasi generator kedirgantaraan, tetapi memakai sistem eksitasi rotor yang berbeda dari yang digunakan untuk otomotif
    Renault dan pemasoknya Continental pada dasarnya memelopori komersialisasi produksi massal otomotif untuk EESM, dan sekarang BMW juga ikut menyusul, sementara Mahle, ZF, dan beberapa pemasok lain juga punya desain EESM
    GM juga pada 2014 mempublikasikan desain EESM yang sangat bagus dengan eksitasi transformator frekuensi tinggi
    Bersama rekan-rekan, saya membuat beberapa generasi EESM dalam proyek Departemen Energi AS (https://www.osti.gov/servlets/purl/1837809), dan saya melihat ada tempat bagi motor ini sebagai motor penggerak EV untuk aplikasi tertentu

    • Kelebihan lainnya adalah motor tanpa magnet permanen bisa dialihkan ke mode freewheeling
      Dalam konfigurasi dual motor Tesla, setahu saya motor depan memakai pendekatan tanpa magnet
      Medan eksitasi hanya dinyalakan saat perlu tenaga tambahan, dan pada kecepatan jelajah tidak menimbulkan “drag” tambahan
      Dalam salah satu video teardown yang pernah saya lihat, di mobil yang sama mereka bahkan memakai IGBT yang lebih murah dan kurang efisien untuk penggerak depan, sementara motor belakang memakai SiC MOSFET yang lebih efisien
      Jika hanya dibutuhkan untuk akselerasi singkat, efisiensi yang lebih rendah bisa diterima
    • Menarik bahwa EESM bisa lebih efisien di wilayah kecepatan tinggi seperti jalan tol, dan saya pernah membaca itu sebelumnya
      Saat mengkhawatirkan jarak tempuh EV, biasanya yang dikhawatirkan adalah jarak tempuh perjalanan jauh di kecepatan tinggi, jadi ini tampak seperti keunggulan utama EESM
      Saya punya EV Renault dan mobilnya sangat bagus
      Selain teknologi motornya, mobil ini juga relatif ringan, heat pump menjadi standar, dan ukuran baterainya juga pas

  • Itulah alasan saya mengendarai Zoe

  • Bukankah unit penggerak Tesla ACIM sebelum Model 3 juga tanpa magnet?
    Setahu saya ia memakai bundel kawat tembaga berisolasi dan reluktansinya seperti magnet