Tallinna Tehnikakõrgkooli elektritehnika professor René Nukki räägib, kuidas võiks mõjutada elektrimasinate areng meie tulevikku ja arusaamu transpordist ning annab ülevaate õppetooli tegevusest elektrimasinate valdkonnas.

Uued tehnoloogiad muudavad inimeste käitumist

„Maailm on praegu murranguliste avastuste lävel energia tootmise, salvestamise, kui ka kasutamise mõistes. Uued tehnoloogiad on juba asunud muutma maailmapilti antud valdkondades“, tõdeb Nukki.

Elektriajamite ning energia salvestustehnoloogia võidukäiguga jäävad sisepõlemismootoritega  sõidukid üha enam tahaplaanile.

 „Juba praegu võib tõdeda, et ehituselt lihtsamad, töökindlamad ja ligi kaks korda kõrgema kasuteguriga elektrimootorid on võtmas üle turuniši, mille siiani on täitnud bensiini- ja diiselmootorid“. 

„Kriitiliseks teguriks elektriajamite rakendamisel maantee, õhu- kui ka veetranspordis on senini olnud ebaefektiivne elektri salvestustehnoloogia, mis võrreldes sisepõlemismootoritel baseeruvate ajamitega on võimaldanud märkimisväärselt väiksemat läbitavat kilometraaži“.

Energiasalvestus on tehnoloogia arengus võtmeküsimus

„Siiski on märke, et energiasalvestus nii transpordisüsteemides kui elektrivarustuses on muutunud prioriteediks. Heaks näiteks peatselt müügile tulev elektrisportauto Tesla Roadster, mis tehase andmetel on võimeline läbima isegi kuni 1000 kilomeetrit. Märkimisväärset arendustööd eeskätt liitium-ioon akuseadmete osas on teinud Austria ettevõte Kreisel Electric GmbH, kes on välja arendanud hetkel turul teadaolevalt kergeimad ja pikima elueaga (kuni 20 aastat) elemendid“, toob Nukki kaasaegsest tehnoloogiast näiteid.

„Energiasalvestite laadimistsüklite arvul ja energiatihedusel on suur mõju ka elektrisõidukite arengule. Iseenesest on elektrimootorid vähemalt kaks korda efektiivsemad kui sisepõlemismootorid, mille kasutegur on vahemikus umbes 30 – 40%. Tavalisel elektrimootoril ületab see näitaja enamasti 90% piiri“.

Elektrimootor on lihtsam ja efektiivsem

Elektrimootor on ka ehituselt oluliselt lihtsam – sellel on vähem sõlmi, mis mehaaniliselt võiksid puruneda ja vaatamata võimsusele jääb see siiski väiksemaks ja massilt kergemaks võrdlusena sisepõlemistehnoloogial töötavate mootoritega, olles samas töökindlam ja nõudes vähem hooldamist. „Elektertranspordis annab arvestatavat massisäästu ka elektrimootorite laialdane rakendamine ilma täiendavate jõuülekanneteta, näiteks ilma käigukastita. See on võimalik tänu elektrimootorite jäigemale mehaanilisele omadusele, mis võimaldab piisavat jõumomenti enamikes selle tööpunktides“, lisab Nukki.

Mis saab aja ära elanud akuseadmetest?

„Pisut vähem kajastatud probleemiks autonoomsete elektriajamite võidukäigul on elukaare läbinud akuseadmete utiliseerimine. See on sügav keskkonnaprobleem. Kui me räägime rohelisest tootmisest ja majandamisest, siis aku seadmete tootmine ja utiliseerimine seda praegu kindlasti ei ole“, toob René Nukki välja miinused.

Inimeste konservatiivsus võib olla arengut takistav asjaolu

„Mis aga võib takistada transpordisüsteemides autonoomse energiaallikaga elektriajamite kasutuselevõttu ei ole mitte  tehniline võimekus, vaid inimeste konservatiivsus. Me oleme näiteks harjunud heliga, mida tekitab sisepõlemismootor, seda ka ohutuse kontekstis  märguandena sõiduki lähenemisel. On loodud tehnoloogiaid, kus elektriajamitega varustatud sõidukitele tekitatakse sisepõlemismootori hääl, mida klient saab ise valida. Näiteks soovib tavalise sõiduki omanik enda neljarattalisele sõbrale sportauto häält vms.

Suured mõjurid elektriajamite kiirel rakendamisel autonoomsetes transpordivahendites on ilmselt ka poliitilised, kuna liiga järskude otsuste puhul jääksid hätta mitmed auto- ja mootorrattatootjad, kes masinaid ette toodavad“.
Kaugemas tulevikus on tähtis roll elektriajamite arengu kiirendamisel päikeseenergial ning oskusel seda salvestada. Käeoleval ajajärgul ei ole see tehnoloogia siiski veel nii efektiivne.

Uuendusliku elektrimootori arendamine TTK-s

Renè Nukki juhtimisel arendatakse TTK elektritehnika laborikompleksis ka uuendusliku elektrimootoriga võidusõidumootorratast.

„Kuigi mootor on mõeldud elektrilisele võidusõidumootorrattale, võib seda kasutada ka teiste transpordivahendite puhul, mis nõuavad suurt erivõimsust. See oli ehitamisel ka üks üldisemaid eesmärke, jõuda võimalikult väikese massi ja ruumala juures suure võimsuseni. Majanduslikus mõttes saab nii kokku hoida materjali ning sellest tulenevalt ka raha“, toob René Nukki välja.

Mis on uudset elektrimootori juures?

 „Uuenduslik on prototüüpse vedelikjahutusega masina puhul selle jahutussärgi topoloogiline paigutus mootori siseossa. Tavaliselt paigutatakse see masinate, sh. sisepõlemismootorite välisossa. Lisaks jahutab masinat sundõhkjahutus, milleks on rootorit võlliga ühendavasse otsaplaati freesitud impeller, mis suunab sisseimetava õhu püsimagnetitele ja staatori välisosale. Täiendava jahutuse tagab ka mootori alumiiniumkorpus, mis jahutub kerekatete ehk gondlite kaudu sõidu ajal tekkiva intensiivse õhuvoolu toimel“, selgitab professor.

„Tänu efektiivsele jahutusele on võimalik prototüüpse elektrimootori mähistes rakendada tavapärasest suuremaid voolusid, mis suurendavad pöördemomenti, andes mootorrattale rohkem jõudu ja seega ka parema kiirenduse. Mootori väljundvõimuseks on arvutatud enam kui 180 kW ja pöördemomendiks 220 Nm. Loodava elektrimootori mass on ligi 30 kg, mis annab tema erivõimsuseks 6 kW/kg, mis on väga hea näitaja“.

Arvutatud, modelleeritud ja projekteeritud on mootor Tallinna Tehnikakõrgkoolis ja oma väärtusliku panuse on andnud Istrek OÜ, Elektrimootorid OÜ, Tallinna Tööstushariduskeskus, SKF Estonia OÜ, HSF Baltic OÜ, FXB-Niemet OÜ, Udde-Tooling OÜ ja Uweko AS, kes tegelesid materjali müügi ning detalide töötlemise ja valmistamisega.

Tulevikuperspektiiv mootori arendamise järgmistes faasides

„Järgmise sammuna oleme soetamas inverterit ning akuseadet, mis sobituksid loodava võidusõidumootorratta kere- ja mootori konfiguratsiooni ning tehniliste näitajatega, samuti peaksid olema kerged ning minimaalsete mõõtudega. Siinkohal tahan tänada Ameerika ettevõtet Rinehart Motion Systems, LCC, kes meiega inverteri osas koostööd alustasid“, sõnab professor René Nukki.