दुर्लभ मृदा के बिना इलेक्ट्रिक मोटर

 (renaultgroup.com)
2 पॉइंट द्वारा GN⁺ 20 시간 전 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • इलेक्ट्रिकली एक्साइटेड सिंक्रोनस मोटर (EESM) स्टेटर करंट से बने चुंबकीय क्षेत्र के जरिए रोटर को घुमाती है और बैटरी की बिजली को वाहन के पहियों को चलाने वाली यांत्रिक ऊर्जा में बदलती है, तथा इसमें मैग्नेट और दुर्लभ मृदा का उपयोग नहीं होता
  • ऑटोमोबाइल बाज़ार में 90% इलेक्ट्रिक वाहन मैग्नेट वाले मोटर इस्तेमाल करते हैं, लेकिन Renault Group 2012 से EESM इलेक्ट्रिक मोटर का बड़े पैमाने पर व्यावसायीकरण कर रहा है
  • Renault Group के EESM मोटर Kangoo Z.E और Zoe से शुरू होकर Megane E-Tech electric, Scenic E-Tech Electric, Alpine A290, Renault 5 E-Tech electric, Renault 4 E-Tech electric आदि में लगाए गए हैं
  • 2027 के लिए निर्धारित E7A का लक्ष्य 200kW पावर, 400Nm टॉर्क, पिछली पीढ़ी की तुलना में 30% छोटा आकार, 30% कम carbon impact, और लगभग 92% efficiency है
  • दुर्लभ मृदा और मैग्नेट का उत्पादन चीन पर बहुत अधिक निर्भर है, इसलिए wound rotor का चयन कच्चे माल और मैग्नेट उत्पादक देशों पर निर्भरता से बचने के लिए एक रणनीतिक विकल्प बन जाता है

दुर्लभ मृदा के बिना इलेक्ट्रिक मोटर की पृष्ठभूमि

  • Renault Group मैग्नेट-रहित इलेक्ट्रिक मोटर, यानी दुर्लभ मृदा के बिना इलेक्ट्रिक मोटर तकनीक में ऐतिहासिक रूप से एक अग्रणी कंपनी रहा है
  • ऐसे बाज़ार में जहाँ 90% इलेक्ट्रिक वाहन मैग्नेट वाले मोटर इस्तेमाल करते हैं, Renault Group दुर्लभ मृदा-रहित मोटर के जरिए अपनी अलग पहचान बना रहा है {p:90}

इलेक्ट्रिक मोटर के प्रमुख प्रकार

  • इलेक्ट्रिक वाहन मोटर पिस्टन या सिलेंडर के बिना बैटरी की विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदलती है
  • स्टेटर में करंट चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, और यही क्षेत्र रोटर को घुमाकर वाहन के पहियों को चलाता है
  • इलेक्ट्रिक मोटर तकनीकी अंतर के आधार पर तीन प्रमुख परिवारों में बाँटी जाती हैं

  • परमानेंट-मैग्नेट सिंक्रोनस मोटर

    • परमानेंट-मैग्नेट सिंक्रोनस मोटर दुर्लभ मृदा से बनाई जाती है और फिलहाल ऑटोमोबाइल बाज़ार की प्रमुख तकनीक है
    • यह तकनीक उच्च दक्षता और अनुकूलित space requirement का संयोजन देती है

  • असिंक्रोनस मोटर

    • असिंक्रोनस मोटर (ASM) को असिंक्रोनस induction motor (IM) भी कहा जाता है
    • इसकी दक्षता कम होती है, इसलिए आजकल इसे आम तौर पर फ्रंट एक्सल पर सहायक मोटर के रूप में इस्तेमाल किया जाता है

  • इलेक्ट्रिकली एक्साइटेड सिंक्रोनस मोटर

    • इलेक्ट्रिकली एक्साइटेड सिंक्रोनस मोटर (EESM) आकार में थोड़ी बड़ी होती है, लेकिन मैग्नेट के बिना उच्च दक्षता देती है
    • यह इलेक्ट्रिक मोटर दुर्लभ मृदा का उपयोग नहीं करती
    • Renault Group ने 2012 में EESM इलेक्ट्रिक मोटर का बड़े पैमाने पर व्यावसायीकरण शुरू किया, और यही विशेषज्ञता आगे चलकर प्रतिस्पर्धी इलेक्ट्रिक मोटर लाइनअप में बदली

Renault Group की शुद्ध इलेक्ट्रिक मोटर रेंज

  • Renault Group 2011 से इलेक्ट्रिक वाहन क्षेत्र में अग्रणी रहा है और उसने EESM तकनीक को बड़े पैमाने पर व्यावसायीकृत करने का विकल्प चुना

  • पहली पीढ़ी के मोटर

    • पहली पीढ़ी के मोटर 2011 के Renault Kangoo Z.E और 2012 के Renault Zoe में लगाए गए थे
    • इन मोटरों का component reference 5A था और इनकी पावर 57~100kW के दायरे में थी
    • 2020 में इस powertrain का अंतिम upgrade Twingo Electric में लगाया गया, जिसका reference 5AL और पावर 60kW थी

  • दूसरी पीढ़ी के EESM मोटर

    • Renault Group के दूसरी पीढ़ी के EESM मोटर 2021 में 6A reference के साथ उत्पादन में गए
    • Renault Megane E-Tech electric 2022 की शुरुआत में नए मोटर के साथ आने वाला पहला मॉडल था, और 6AM reference वाला यह मोटर अधिक कॉम्पैक्ट, हल्का और अधिक शक्तिशाली था, जिसकी अधिकतम पावर 160kW थी
    • इसके बाद Renault Scenic E-Tech Electric और Alpine की पहली शुद्ध इलेक्ट्रिक कार Alpine A290 भी इस क्रम में शामिल हुए
    • अक्टूबर 2024 में लॉन्च हुई Renault 5 E-Tech electric में 110kW पावर वाला 6AK इलेक्ट्रिक मोटर लगाया गया
    • मार्च 2025 से ऑर्डर के लिए उपलब्ध Renault 4 E-Tech electric में भी 110kW पावर वाला 6AK इलेक्ट्रिक मोटर लगाया गया
    • Alpine A390 को सितंबर 2025 में पेश किए गए नए powertrain के साथ लाया गया, जिसमें फ्रंट एक्सल पर Alpine A290 जैसा 6AM इलेक्ट्रिक मोटर और रियर एक्सल पर नया twin-motor configuration अपनाया गया
    • Alpine A390 के तीनों इलेक्ट्रिक मोटर Cléon में निर्मित होते हैं, और इनकी संयुक्त अनुमानित पावर लगभग 345kW, यानी लगभग 470 horsepower है

2027 की अगली पीढ़ी की शुद्ध इलेक्ट्रिक EESM मोटर

  • Renault Group के इंजीनियरों ने 2021 में E7A नाम की तीसरी पीढ़ी की EESM प्रकार इलेक्ट्रिक मोटर का विकास शुरू किया
  • विकास चरण अभी जारी है, लेकिन specification पहले से तय हो चुकी है
  • E7A का लक्ष्य 200kW, लगभग 270 horsepower पावर और 400Nm टॉर्क है
  • all-in-one architecture के जरिए E7A पिछली पीढ़ी के मोटर की तुलना में 30% छोटा हो जाता है
  • E7A का लक्ष्य carbon impact को 30% कम करना और लगभग 92% efficiency हासिल करना है
  • यह इलेक्ट्रिक मोटर system voltage को Renault की मौजूदा 400V standard architecture से बढ़ाकर 800V करेगी, ताकि charging time कम हो सके

दुर्लभ मृदा-रहित मोटर अब अधिक रणनीतिक मुद्दा क्यों बन गई हैं

  • Renault Group परमानेंट मैग्नेट के बजाय wound rotor चुनकर दुर्लभ मृदा और मैग्नेट उत्पादक देशों पर निर्भरता से बचना चाहता है
  • इलेक्ट्रिक मोटर में दुर्लभ मृदा की मौजूदगी कोई मामूली विवरण नहीं, बल्कि एक रणनीतिक मुद्दा है
  • चीन दुनिया में उपयोग होने वाली refined light rare earths का 85% और heavy rare earths का 100% उत्पादन करता है
  • चीन आज इन कच्चे माल की बिक्री सीमित रूप से करता है और अपने घरेलू बाज़ार तथा permanent magnet जैसे उच्च मूल्य-वर्धित उत्पादों को प्राथमिकता देता है
  • नतीजतन, चीन के पास लगभग पूर्ण एकाधिकार जैसी स्थिति है, और दुनिया के 90% से अधिक उत्पादन वहीं से आता है
  • साथ ही चीन दुनिया का सबसे बड़ा इलेक्ट्रिक वाहन उत्पादक देश भी है

Cléon, Renault Group का इलेक्ट्रिक मोटर प्लांट

  • Cléon प्लांट 2015 से Renault Group के powertrain बना रहा है
  • यही वह प्लांट है जहाँ Renault Zoe, Twingo ZE, Kangoo ZE, Master ZE के लिए इलेक्ट्रिक मोटर उत्पादन शुरू हुआ
  • Megane E-Tech electric, Scenic E-Tech electric, Alpine A290, Renault 5 E-Tech electric, Renault 4 E-Tech electric के मोटर भी यहीं बनाए जाते हैं
  • 2027 से Cléon प्लांट अगली पीढ़ी के 200kW इलेक्ट्रिक मोटर का उत्पादन करेगा

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 20 시간 전
Hacker News की राय

  • बिना मैग्नेट वाले electric motor की जटिल तकनीक को ऐतिहासिक रूप से pioneering बताने वाला यह शीर्षक, electric machinery का इतिहास जानने वालों को काफ़ी मज़ेदार लगेगा
    permanent magnet के बिना motor ही सबसे पहला practical motor था, और wound-rotor motor भी 100 साल से ज़्यादा पुराने हैं
    सबसे बड़े motors अक्सर पहले से ही इसी तरह डिज़ाइन किए जाते रहे हैं, क्योंकि ज़रूरी magnet का आकार उन्हें बहुत महँगा और ख़तरनाक बना देता है, और size के हिसाब से output भी कम पड़ता है
    field coil उतना magnetic field बना सकती है जितना current और winding की resistive heating अनुमति दे, लेकिन rare earth magnet की field strength की एक स्थिर सीमा होती है

    • बहुत पहले Cub Scouts में electric motor बनाने का एक प्रोजेक्ट था, और सामान में एक base board, कई 6-inch nails, wire, sheet metal के लिए एक tin can, और tape शामिल थे
      इसमें कोई magnet नहीं था, लेकिन battery से जोड़ने पर यह अच्छी तरह घूमता था
      science kid होने के नाते लगा कि AC से जोड़ने पर यह और बेहतर चलेगा, तो power cord जोड़कर plug in किया, फिर ज़ोरदार vibration हुई, उसमें आग लग गई, और माँ को यह बिल्कुल पसंद नहीं आया
    • इस wording के मज़ेदार होने वाली बात से सहमत हूँ
      सभी बड़े generators में magnetic field बनाने के लिए excitation coil होती है, और बाद में mechanical adjustment करने के बजाय field को adjust करके voltage control करना कहीं ज़्यादा efficient होता है
      motor और generator दोनों में magnetic field बनाने के लिए power देनी पड़ती है, इसलिए efficiency loss तो होता है, लेकिन system जितना बड़ा होता है, electromagnet इस्तेमाल करना व्यवहार में उतना ही ज़्यादा efficient हो जाता है
      rare earth minerals की कमी को भी ध्यान में रखें तो यह और भी समझ में आता है
    • तो फिर यह जिज्ञासा होती है कि सभी motors को permanent magnet के बिना क्यों नहीं बनाया जाता, और permanent magnet का फ़ायदा आख़िर क्या है
    • बात पूरी तरह सही नहीं है
      winding और core की mechanical strength भी सीमा तय करती है, और CERN या fusion facilities के superconducting magnets भी इसी सीमा से बँधे होते हैं

  • stator और rotor दोनों में induced magnetic field इस्तेमाल करने वाला motor बनाना अपने-आप में यहाँ की innovation नहीं है
    क्योंकि industrial motors का एक बड़ा हिस्सा permanent magnet का इस्तेमाल नहीं करता
    असली innovation शायद इसे meaningful torque के साथ छोटा और efficient बनाना होगा, लेकिन 93% efficient electric motor का दावा अक्सर उस स्थिति में होता है जहाँ 2kW की बड़ी मशीन को 400W पर चलाया गया हो
    अगर किसी को पता हो कि Renault यहाँ वास्तव में क्या कर रही है, तो जानना दिलचस्प होगा

  • BMW भी EVs के लिए rare earth-free motor बना रही है, और अभी के हिसाब से वह काफ़ी आगे दिखती है
    power लगभग दोगुनी है (peak 300kW बनाम 160kW), और यह 800V architecture इस्तेमाल करती है

    • Renault की सबसे सस्ती EV लगभग €20K की है, और BMW की सबसे सस्ती EV लगभग €65K की
      इसलिए यह मानना मुश्किल है कि दोनों एक ही market segment में हैं
    • यह Mercedes के नए axial flux electric motor से काफ़ी contrast में है
      वह design rare earth का सक्रिय रूप से इस्तेमाल करता है और high-end high-performance permanent magnets पर निर्भर है
      हालाँकि Mercedes की target production volume, BMW या Renault से कम होने की संभावना है

  • “मैग्नेट को controllable magnet से बदलना” शायद automotive engineering की सबसे automotive engineering जैसी पंक्ति है

    • दूसरे शब्दों में: “हमने rare earth हटा दिया और software जोड़ दिया”

  • यह brushed design है, यह बात दिलचस्प है
    RC car community में आम तौर पर brushless motors को बेहतर माना जाता है, लेकिन वहाँ rare earth magnet वाली समस्या भी होती है
    तकनीकी रूप से brushes घिस सकते हैं, लेकिन कुछ लोग दावा करते हैं कि वे 150,000 से 250,000 mile तक चल सकते हैं

    • सख़्ती से कहें तो यह brush नहीं बल्कि slip ring है
      इस तरह का motor design automotive alternator से बहुत मिलता-जुलता है, बस power के हिसाब से लगभग 100 गुना बड़ा है
    • brushed DC motor के घिसने का कारण यह है कि polarity लगातार बदलते समय brush पर arcing होती है
      brush rotor को power देने के लिए नहीं होता; rotor आख़िरकार magnet ही होता है, और brush stator को polarity बदलने का संकेत देता है
      brushless DC motor में friction parts के बिना rotor position detect करने वाली electronic circuitry stator polarity बदलती है, इसलिए arcing नहीं होती
      stator current pulse को fine-tune करके wide speed range में efficiency भी बढ़ाई जा सकती है, जो brushed DC motor नहीं कर पाता
      rotating contact का न होना जितना महत्वपूर्ण नहीं है, उससे ज़्यादा महत्वपूर्ण arcing का न होना है
      brushed AC motor में slip ring जैसे rotating contacts होते हैं, लेकिन आदर्श स्थिति में arcing नहीं होती, इसलिए contact degradation brushed DC motor जितनी तेज़ नहीं होती
      हालाँकि rotor को excite करना पड़ता है, इसलिए बड़ा current बहता है
      brushed AC motor आदर्श नहीं है, लेकिन AC motor को “brushless” बनाने का फ़ायदा DC motor जितना बड़ा नहीं होता
      आख़िर में, हर motor को लगातार बदलने वाला current चाहिए, और AC/DC motor का फ़र्क़ यह है कि क्या बाहर से पहले ही sinusoidal AC दिया जाता है, या motor ख़ुद external DC को किसी रूप के AC में बदलती है

  • यह थोड़ा दिलचस्प है कि “At the same time, China is also the world's leading producer of electric cars...” जैसी पंक्ति में कोई professional branding company ellipsis का इस्तेमाल करे

  • यह जानने की उत्सुकता है कि rare earth के बिना बनने वाले मोटर का CATL sodium battery के साथ मेल कब तक होगा
    लगता है कि price war और range war जल्द आने वाले हैं

    • मैं गलत भी हो सकता हूँ, लेकिन मेरी जानकारी में CATL sodium battery अभी तक LFP कीमत के स्तर तक नहीं पहुँची है
      उससे पहले sodium battery वाली गाड़ियाँ देखना मुश्किल होने की संभावना ज्यादा है
      Wh के हिसाब से वजन ज्यादा होने की वजह से इसे LFP से काफी सस्ता होना चाहिए, और मैंने सोचा था कि इसकी lifespan भी छोटी होगी
      लेकिन सुधार करूँ तो CATL शायद 15,000 cycles का वादा कर रहा है, जो आमतौर पर 7,000~10,000 cycles वाले LFP से काफी लंबा है
      अगर sodium battery की कीमत में भारी गिरावट आती है, तो लगता है कि गाड़ियों से पहले इसके power grid और home battery solutions में जाने की संभावना कहीं ज्यादा है
    • संभावना कम लगती है
      electrically excited synchronous motor (EESM) मुख्य रूप से यूरोपीय OEM जैसे ZF, MAHLE, Schaffler, AEM, भारत के joint venture partners Sona Comstar, Sterling, और उन OEMs की भारतीय इकाइयों द्वारा बनाए जाते हैं
      पिछले कुछ वर्षों में export controls की वजह से इनकी चीनी battery technology तक पहुँच रुक गई थी, और EESM को आगे बढ़ाने की बड़ी वजह भी खासकर यह थी कि चीन द्वारा EU को rare earth exports पर control शुरू करने के बाद चीन के बाहर supply chain बनाई जाए [6]
      इसके अलावा चीन और अमेरिका की EVs, यूरोप और हाल की भारतीय EVs के विपरीत, आम तौर पर permanent magnet synchronous motor(PMSM) का उपयोग करती हैं
      EU, EU Industrial Accelerator Act के हिस्से के रूप में, free trade agreement न रखने वाले देशों के auto exports और OEMs पर कड़ा दबाव डाल रहा है, और इसी वजह से चीन ने तीखी प्रतिक्रिया दी [2][3][4][5]
      वहीं जापान और दक्षिण कोरिया EU के free trade agreement partner हैं, इसलिए Idemitsu Kosan द्वारा mass production में लाई जा रही solid-state battery [0][1] या LG की solid-state battery [7] के इस्तेमाल की संभावना ज्यादा लगती है
      [0] - https://www.chiyodacorp.com/en/projects/solidelectrolytefaci...
      [1] - https://battery-tech.net/battery-markets-news/idemitsu-kosan...
      [2] - https://www.globaltimes.cn/page/202605/1361926.shtml
      [3] - https://www.globaltimes.cn/page/202605/1362200.shtml
      [4] - https://www.globaltimes.cn/page/202605/1362161.shtml
      [5] - https://www.ft.com/content/5903318c-319b-426e-b05d-062f7620f...
      [6] - https://www.reuters.com/world/china/eu-lawmakers-rebuke-chin...
      [7] - https://blog.lgchem.com/en/2026/03/25_solid_state_battery/

  • Electrically Excited Synchronous Motor (EESM) या wound-field synchronous motor के, North America की EVs में मुख्यधारा वाले interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) की तुलना में फायदे और नुकसान दोनों हैं
    फायदा यह है कि यह rare earth permanent magnets की कीमत और supply chain की अस्थिरता से मुक्त होता है, और highway-केंद्रित driving cycle में यह नवीनतम IPMSM से बेहतर cycle efficiency दे सकता है
    EESM में field weakening की क्षमता बहुत अच्छी होती है, इसलिए medium torque और high speed पर इसकी efficiency सबसे अच्छी रहती है; इस वजह से यह Class 8 trucks या dual drive axle वाली कारों में auxiliary motor के लिए अच्छा विकल्प लगता है
    output torque जरूरी नहीं कि rotor temperature बढ़ने पर घटे, और सही control के साथ सैद्धांतिक रूप से इसे power factor 1 पर चलाया जा सकता है, जिससे stator inverter की kVA rating कम की जा सकती है; साथ ही stator inverter fault होने पर rotor को de-excite करके safety advantage भी मिलता है
    नुकसान यह है कि rotating field winding तक DC पहुंचानी पड़ती है, इसलिए brushes और slip rings का इस्तेमाल करना पड़ता है या rotating rectifier वाले high-frequency transformer की जरूरत होती है; दोनों ही मामलों में अतिरिक्त power electronics और components की वजह से permanent magnet हटाने से होने वाली कुछ cost saving खत्म हो जाती है
    अगर brushes और slip rings को rotor oil spray cooling के साथ इस्तेमाल किया जाए तो अलग sealed compartment चाहिए होता है, और यह थोड़ा हैरान करने वाला है कि Renault ने inductive high-frequency transformer की जगह brushes और slip rings को बनाए रखा
    लगता है कि इस चुनाव ने power density को सीमित किया होगा
    बहुत high torque density वाली machines में rotor field winding को cool करना कठिन होता है, और oil spray cooling सबसे बेहतर लगती है
    automotive package size में IPMSM जितनी high top speed हासिल करना कठिन होता है, और high speed पर field winding को air gap की ओर बाहर धकेले जाने से रोकने के लिए rotor winding retention structure का design महत्वपूर्ण है
    EESM में field winding ends और excitation system की वजह से inactive region की axial length आमतौर पर IPMSM से ज्यादा होती है, और efficiency काफी हद तक इस बात पर निर्भर करती है कि manufacturable field winding का slot fill factor कितना अच्छा है
    high-performance current और torque control भी काफी अधिक कठिन होता है
    high-performance EESM कई दशकों से aerospace generator applications में इस्तेमाल होते रहे हैं, लेकिन उन्होंने automotive उपयोग से अलग rotor excitation systems इस्तेमाल किए हैं
    Renault और supplier Continental ने EESM के automotive mass-production commercialization को व्यावहारिक रूप से आगे बढ़ाया, और अब BMW भी पीछे-पीछे आया है; Mahle, ZF जैसे कई suppliers के पास भी EESM designs हैं
    GM ने भी 2014 में high-frequency transformer excitation method वाला एक शानदार EESM design प्रकाशित किया था
    मैंने अपने सहकर्मियों के साथ U.S. Department of Energy project के तहत EESM की कई पीढ़ियां बनाई थीं(https://www.osti.gov/servlets/purl/1837809), और मुझे लगता है कि कुछ खास उपयोगों में EV drive motor के रूप में इसकी जगह है

    • एक और फायदा यह है कि permanent magnet-रहित motor को coasting mode में बदला जा सकता है
      मुझे पता है कि Tesla dual-motor configuration में front motor magnet-less प्रकार की है
      excitation field को सिर्फ तब चालू किया जाता है जब अतिरिक्त power चाहिए हो, और cruising speed पर यह अतिरिक्त “drag” नहीं बनाती
      इस teardown video में से एक में तो उसी vehicle के अंदर front drive के लिए सस्ता और कम efficient IGBT इस्तेमाल किया गया था, जबकि rear motor के लिए ज्यादा efficient SiC MOSFET इस्तेमाल हुआ था
      अगर जरूरत सिर्फ छोटे acceleration burst के लिए हो, तो कम efficiency भी स्वीकार्य हो सकती है
    • यह दिलचस्प है कि EESM highway जैसे high-speed क्षेत्र में ज्यादा efficient हो सकता है, और मैंने यह बात पहले भी पढ़ी है
      EV range को लेकर चिंता करते समय लोग आमतौर पर long-distance high-speed range को लेकर चिंतित होते हैं, इसलिए यह EESM का एक मुख्य फायदा लगता है
      मेरे पास एक Renault EV है और वह बहुत अच्छी है
      motor technology के अलावा, वह अपेक्षाकृत हल्की है, heat pump standard है, और battery size भी उचित है

  • इसी वजह से मैं Zoe चलाता हूँ

  • क्या pre-Model 3 Tesla ACIM drive unit भी magnet-less नहीं थी?
    मुझे लगता था कि यह insulated copper wire bundles और उनकी reluctance को magnet की तरह इस्तेमाल करती थी