Specialista na navíjení rotorů a statorů

Vozidlo s elektrickým pohonem, jakkoliv velké a jakkoliv výkonné, se neobejde bez točivého elektrického stroje – elektromotoru.

Každý elektromotor si během staletého vývoje zachoval několik základních atributů, které jsou vlastní elektromotorům všech principů. Každý má nepohyblivou a pohyblivou část – stator a rotor, každý musí mít zdroj magnetického pole, magnetický obvod a elektrické vinutí, které při průchodu proudu v interakci s magnetickým polem vytváří točivý moment.

V Modleticích u Prahy sídlí společnost SOPO, která se zabývá právě výrobou vinutí elektrických strojů. Požádali jsme jejího zakladatele a jednatele pana Vladimíra Olmra o rozhovor.

Proklamovaným krédem Vaší společnosti je specializace na navíjení rotorů a statorů. Proč tu není zmínka o celém motoru?

Společnost SOPO už od svého založení v roce 1993 nemá ambice být výrobcem elektromotorů. Tím se zabývají společnosti, kterým bychom ani zdaleka nemohli konkurovat. Ovšem specializovat se na vinutí a dodávat je výrobcům elektrických motorů, to už zakládá možnosti spolupráce, z které mají užitek všichni zúčastnění. Proto SOPO GROUP vyrábí malé, střední i velké série rotorů a statorů, nikoliv celé motory. A s tím souvisí i další část naší činnosti: zabýváme se vývojem technologií vinutí pro vlastní výrobu.

Jak velká je Vaše firma a jaké má postavení na trhu s elektrickými točivými stroji?

Skupinu SOPO GROUP tvoří společnosti SOPO s. r. o., SOPO-SERVIS s. r. o. a SOPO MOTOR s. r. o. Jsou to české privátní firmy s ročním obratem kolem 13 milionů eur a průměrným meziročním nárůstem obratu 10 až 20 %. Mateřská firma SOPO s. r. o. má základní kapitál 12 milionů Kč. Výrobní střediska jsou v Modleticích u Prahy, Nebovidech u Kolína a Jedovnici u Blanska. Ústředí, prodej, nákup a centrální sklad je v Modleticích.

Takový objem zakázek lze jen těžko realizovat v rámci naší republiky. Jak velký je podíl vašich aktivit v zahraničí?

Na export připadá asi 90 % objemu výroby. Máme obchodní partnery hlavně v Německu.

Kdo jsou vlastně Vaši zákazníci?

Mezi našimi zákazníky jsou výrobci elektrických točivých strojů všeho druhu a všech velikostí, tedy motorů i generátorů, servomotorů apod. Jednu skupinu, která se výrazně rozrůstá, tvoří výrobci elektromotorů pro pohon elektromobilů, lodí, elektrických mopedů, motorek, koloběžek, kol a invalidních vozíků. V roce 2012 jsme vyrobili přibližně 350 000 statorů a 350 000 rotorů.

Asi není jednoduché uhlídat kvalitu všech výrobků, které opouští vaše sklady. Máte nějaký recept na to, abyste svými výrobky maximálně uspokojili zákazníky?

SOPO GROUP zavedla v roce 2003 (a neustále udržuje) systém jakosti podle EN ISO 9001-2000. Tento systém máme certifikován společností TÜV. To ale považujeme hlavně za nezbytné organizační opatření. Největší naše bohatství jsou znalosti lidí a jejich odborný potenciál. Disponujeme špičkovým nejmodernějším technologickým vybavením a především zaměstnanci, jejichž vysoká odbornost umožňuje skupině SOPO GROUP splnit jakékoli požadavky zákazníků v oblasti navíjení, a to v nejvyšší kvalitě, krátkých termínech a za velmi výhodnou cenu.

Zmínil jste se o vývoji technologií pro výrobu vinutí. Co to znamená po technické a personální stránce? Jsou vývojáři Vaši vlastní zaměstnanci? Máte vlastní vývojové pracoviště? Jak zajišťujete zkoušky svých výrobků?

To je spousta otázek najednou, ale pokusím se na ně postupně odpovědět.

Máme své vlastní vývojové středisko, které se zabývá výrobou prototypů a zároveň vývojem a výrobou nejvýhodnějších navíjecích technologií a přípravků. Snažíme se být co nejvíce soběstační. Jako ideální nám vychází kombinace špičkových strojů od renomovaných světových výrobců a našich přípravků, strojů a nápadů. Využíváme i dotační tituly z evropských fondů. Právě v těchto dnech jsme objednali velice sofistikovaný stroj pro jehlové navíjení (vevíjení) bezuhlíkových motorů. Paralelně s pořizováním nových strojů vyvíjí naše vývojové středisko vlastní technické zařízení, které umí vytvářet podobná vinutí jako jehlová navíječka, avšak s neomezeným počtem paralelních drátů, s dráty větších průřezů a větším činitelem plnění drážek.

Zkoušení našich výrobků je samostatná kapitola – zkoušíme 100 % výrobků a všechna naše pracoviště jsou vybavena nejmodernějšími zkušebními zařízeními, schopnými archivovat a vyhodnocovat výsledky zkoušek podle našich individuálních potřeb i podle přání našich zákazníků.

Paleta motorů, a tedy i jejich vinutí, je velmi široká. Od každého se očekávají specifické vlastnosti. Mají Vaši zákazníci jasnou ideu, jak má vypadat výrobek, který u Vás objednávají?

Je až překvapivé, co zákazníci považují za prioritu, co je pro ně nosné a zásadní. Mnohdy ani sám zákazník neví, co vlastně od objednaného pohonu požaduje. Přibližně třetina má vcelku jasno – je vidět, že pracují s profesionály. Další skupina má jen hrubou představu a zpravidla si ji ověřují metodou pokus-omyl. Zbytek se pokouší vzbudit dojem, že ví velmi přesně, co od pohonu požadovat, ale ve skutečnosti ví jen to, že elektrický pohon je trend dnešní doby, potřebují se za každou cenu udržet na trhu a jsou přesvědčeni, že jediné, co může zachránit jejich podnikání, je motoprůmysl.

Jaké vlastnosti má mít motor pro pohon elektrického akumulátorového vozidla?

Záleží na tom, co rozumíme pojmem vozidlo. Může to být cokoliv, od dětských koloběžek, přes invalidní vozíky, až po automobily či autobusy.

Motor má být co nejlehčí, aby vozidlo nebylo příliš zatěžováno hmotností vlastního motoru. Účinnost motoru by měla být co největší, ale na druhé straně je třeba brát v úvahu ekonomické aspekty požadavku na velkou účinnost. Ekonomice výroby se zpravidla podřizují ostatní požadavky.

Jaký je Váš profesní názor na honbu za maximální účinností motoru?

Účinnost motoru je ovlivněna především principem konstrukce – je-li motor asynchronní nebo synchronní s permanentním magnetem.

Ve světě jsou používány oba principy. Některé automobilky používají ve svých vozech asynchronní motory, jiné dávají přednost motorům s permanentními magnety.

Při projektování pohonu je účinnost na první pohled hlavním kritériem. Konstruktér ale vždycky řeší nějaký kompromis mezi technikou a ekonomikou. Například může požadovat maximální účinnost a zvolí synchronní motor s permanentními magnety, ale motor bude drahý. Anebo bude primárním hlediskem ekonomika a projektant zvolí asynchronní motor, jehož konstrukce je jednodušší a výroba levnější. Nižší cena je ale vykoupena horší účinností a méně kvalitními dalšími parametry.

V případě motoru pro pohon elektromobilu není rozdíl několika málo procent účinnosti kritický. V praxi to znamená o něco těžší motor a o pár kilometrů kratší dojezd. Na druhé misce vah je výrazně nižší cena.

Jiná záležitost jsou ovšem malá vozidla s elektrickým pohonem, kde je požadavek na malou hmotnost a velkou hustotu výkonu, a tedy i na technicky a materiálově vyspělejší motor.

Popravdě řečeno, Sopo ani já osobně se nechceme a ani nemůžeme stavět do role odborníků na tyto záležitosti. Je obrovské množství vysoce kvalifikovaných specialistů, kteří tyto otázky řeší každý den a je to jejich zdroj obživy. Naše firma chce zdokonalovat svoje znalosti a schopnosti hlavně v oblasti navíjení, tedy v technické realizaci toho, co tito specialisté vymysleli a navrhli.

Co je podle Vás nejdůležitější k dosažení co nejlepších parametrů elektromotoru pro pohon vozidel?

Extrémně účinné motory vyžadují speciální materiály a zvláštní technologické postupy, ty však velmi prodražují výrobu.

Technická úroveň točivého stroje je dána především materiálem magnetického obvodu. Zatím nejlepší permanentní magnety, s velkou magnetickou indukcí, umožňující vytvářet extrémní intenzitu magnetického pole, využívají základní magnetický materiál s přísadou kovů vzácných zemin*), nejčastěji neodymu nebo dysprosia. Jeho vysokou cenu někteří vývojáři obcházejí použitím feritů pro permanentní magnety. Jejich magnetické parametry jsou sice horší, ale cena výrobku znatelně poklesla.

Druhou oblastí, která může výrazně ovlivnit vlastnosti motoru, je vinutí, zde se projevuje snaha co nejvíce zkrátit cívku, což vede u synchronních motorů a generátorů k použití tak zvaného koncentrovaného vinutí, kde každá cívka je vždy kolem jednoho zubu. Velká hustota výkonu přináší problém s chlazením motoru. Je-li motor velmi kompaktní a má velký výkon při velkém objemu, je obtížné odvést z něj teplo vyvinuté v důsledku ztrát. Pak je otázkou, jestli konstruktér sleví ze svých požadavků na výkon, nebo řeší účinné chlazení. Vývoj spěje k vodnímu chlazení. K intenzivnímu odvodu tepelného toku přispívají i moderní zalévací izolační materiály na bázi syntetických pryskyřic, které zajišťují požadovanou kompaktnost motoru a přitom mají velkou teplotní odolnost a velký součinitel tepelné vodivosti.

Pozorujete nějaké trendy ve vývoji motorů pro pohon elektrických vozidel? Projevují se i ve vaší práci?

Čím dál více se prosazují synchronní motory s permanentními magnety a koncentrovaným statorovým vinutím. Ještě před třemi roky byl jednoznačně trend používat statorový svazek dělený na samostatné segmenty. Jeden segment = jeden zub a část jha. Při této technologii se cívka navíjí přímo na segment, segmenty se pak seskládají a zalisují do kostry motoru. Výroba takového vinutí je velmi produktivní, vinutí má velký činitel plnění a motor má velkou účinnost. My navíc umíme velmi produktivně navíjet neomezeným počtem paralelních drátů a dráty s velkým průřezem. Nevýhodou této metody je montáž statoru. Někteří výrobci toto řešení nepovažují za dostatečně kompaktní, mají obavy z vlivu otřesů na životnost stroje.

Tato konstrukční nevýhoda nevznikne, použije-li se svazek, který není dělený na segmenty. V tomto případě je ale podstatně pracnější zhotovit vinutí kolem každého zubu, při zachování maximálního činitele plnění, je obtížné použít svazek paralelních drátů a dráty s velkým průřezem. Navíjení statorů, kdy svazek není poskládán ze segmentů, je technologicky nenáročné v případě, že je použita otevřená lichoběžníková drážka. Cívka se jednoduše navine a poté nasune na zub. Je-li však z důvodu dosažení větší účinnosti použita drážka s malým otevřením, je nutno vevíjet. (Vtažení cívky by vedlo k prodloužení čela, tedy neaktivní části cívky). Pro operaci vevíjení jsou zapotřebí poměrně drahá technická zařízení. Jak už jsem zmiňoval, aby bylo splněno předsevzetí naší firmy patřit mezi nejlepší, dokázat co jiní nedokážou a vyjít zákazníkovi vstříc, bylo rozhodnuto tuto technologii zakoupit a zároveň intenzivně pracovat na vývoji našeho vlastního zařízení.

Jak vidíte budoucnost vašeho oboru – tedy navíjení rotorů a statorů pro výrobce točivých elektrických strojů, speciálně v oblasti elektromobility?

Za posledních pět let se obrovsky změnily nároky na vinutí motorů. To, co bylo v oblasti vinutí desítky let standardem, dnes už neplatí. Vývojáři nyní přicházejí téměř každý půlrok s úplně novými technologickými postupy pro vinutí, aby motor byl co nejvýkonnější a aby měl co nejlepší i ostatní vlastnosti.

Koncový zákazník logicky stále klade cenu na přední místo mezi výběrovými kritérii – a výrobce to chtě nechtě musí reflektovat. U větších motorů se výrazně projevuje i cena mědi. Přichází ke slovu úsporný návrh vinutí, který omezuje balastní zátěž způsobenou například čelními neaktivními úseky cívek.

Různí výrobci ovšem mají různé názory na konstrukci motoru a jeho vinutí. Málokdy je možné nekompromisně prosadit realizaci návrhu vzniklého u stolu. V ideálním případě zadavatel přichází s konkrétní představou a s hotovým návrhem, který pak lze konfrontovat s reálnými možnostmi výrobních technologií, zejména navíjení cívek.

Spolehlivou cestou k úspěchu společnosti Sopo je úzká orientace pouze na vinutí a na jeho optimální technologické zpracování. S ohledem na různorodost zadání od zákazníků je firma po technologické stránce připravena na každou variantu. Připravenost zahrnuje i to, že v současné době se velmi rychle mění názory nejen na konstrukci motoru, ale zejména v elektromobilitě pokračuje vývoj i v souvisejících oblastech, například v technice akumulace elektrické energie, nebo i v zásadním pohledu na volbu pohonu mezi čistě elektrickým a hybridním.

Uveřejněno v Perspektivy elektromobility II – speciální vydání jako příloha časopisu Elektro a Automa, únor 2013.

Rozhovor vedl Emil Širůček

Naše historie

Ohlédněte se s námi zpět a připomeňte si důležité momenty v historii SKUPINY SOPO.

Čtěte dál

Vize a cíle

Strategie firmy v kostce. Seznamte se blíže s naší filozofií, způsobem myšlení a firemní kulturou.

Čtěte dál

Skupina SOPO

SOPO s.r.o. je členem skupiny SOPO, která je specialistou v oblasti navíjení.

Čtěte dál