Vývoj elektromotorů Innomotics: mezi požadavky trhu a fyzikálními limity

Michal Straka vystudoval Střední průmyslovou školu elektrotechnickou v Mohelnici a Vysoké učení technické v Brně. Jako absolvent nastoupil do firmy Siemens (dnes Innomotics), konkrétně do výrobního závodu Mohelnice. Postupně prošel několika rolemi napříč oddělením konstrukce – od zákaznických provedení přes projektové řízení až po vedení projektů, což mu umožnilo detailně poznat interní procesy. Od roku 2023 stojí v čele vývoje elektromotorů v Mohelnici. Innomotics má v České republice tři výrobní závody, v Mohelnici a Frenštátě pod Radhoštěm pro nízkonapěťové elektromotory a v Drásově u Brna pro vysokonapěťové elektromotory a generátory. Vývojové kapacity má firma kromě výrobních závodů také v Praze, Brně a Ostravě.

Jaké motory Innomotics vyrábí?

Základem produkce firmy Innomotics jsou asynchronní elektromotory. Tvoří více než 95 % výroby a vznikají v široké škále provedení – hliníkové, litinové, různé velikosti i konstrukční varianty. Některé jsou v provedení do prostor s nebezpečím výbuchu. Vedle toho ale v posledních letech výrazně roste segment synchronních strojů, včetně elektromotorů s permanentními magnety.

Jak vypadá standardní vývojový proces?

Začíná specifikací požadavků. Následuje fáze, kdy se ověřuje technická proveditelnost, a poté ekonomická smysluplnost. Pak přichází na řadu prototypy, testování, certifikace a finální uvolnění do výroby. Už v raných fázích pracujeme s prototypy, abychom si ověřili klíčové vlastnosti. Máme seznam vývojových témat a jednotlivé projekty se postupně realizují. V současnosti je pro nás dominantním tématem účinnost, zejména přechod na třídu účinnosti IE4 super premium. Dnes je v Evropě standardem IE3 dle platné legislativy, v následujících letech se ale očekává se zpřísnění, takže se na to připravujeme s předstihem.

Jak velký tým stojí za vývojem?

V Mohelnici máme přes 60 lidí na výzkum a vývoj rozdělených do několika specializovaných týmů – elektrický a mechanický vývoj, zákaznický inženýring, projektové řízení a testování na zkušebně elektrických strojů.

Narážíte při vývoji na limity fyziky?

V některých případech se k nim přibližujeme, ale pořád existuje prostor pro optimalizaci. Máme k dispozici pokročilé výpočtové nástroje a velmi zkušený tým, takže jsme schopni najít řešení, které splní požadavky na účinnost i ekonomiku. Nejde totiž jen o techniku – produkt musí být i konkurenceschopný.

Zmínil jste účinnost. Chtějí zákazníci opravdu uspořit, nebo jen reagují na legislativu?

Velmi záleží na aplikaci. U krátkodobého provozu rozhoduje hlavně pořizovací cena. Naopak u aplikací s nepřetržitým provozem, jako jsou čerpadla nebo kompresory, je účinnost klíčová. Investice do vyšší účinnosti se může vrátit během tří až čtyř let, a to má pro firmy reálný význam. Zároveň existují zákazníci, kteří chtějí být technologickými lídry ve svém oboru a jdou nad rámec legislativních požadavků.

Jakými cestami se dnes zvyšuje účinnost elektromotorů?

Těch možností je hned několik. Jednou z nich je navýšení objemu aktivních částí, což lze realizovat zvětšením průměru motoru nebo prodloužením délky svazku, to vede k vyšší účinnosti. Další významnou cestou je změna použitých materiálů – například kvalitnější elektroplechy s nižšími ztrátami nebo použití mědi v rotoru místo hliníku. Dále se nabízí změna konstrukčního principu, typicky využití permanentních magnetů v rotoru. Zároveň ale musíme respektovat praktická omezení. Zákazník často potřebuje náhradu kus za kus, takže se snažíme zvyšovat účinnost v rámci zavedených rozměrů zařízení.

Zmínil jste motory s permanentními magnety. Proč jsou nyní tak populární?

Samotný princip není nijak nový, známe ho desítky let. Nové je spíš jeho širší nasazení v průmyslu. Důležité je, že ke správnému fungování tohoto typu motoru musíme mít k dispozici frekvenční měnič. Současná cenová dostupnost frekvenčních měničů tak přispěla k větší oblibě motorů s permanentními magnety a podpořila jejich ekonomický smysl. V současné době je jejich použití v řadě aplikací velmi výhodné.

Znamená to, že asynchronní motory postupně zmizí?

To si nemyslím. Asynchronní motor má stále nezastupitelné místo na trhu a zásadní výhody – jednoduchost, robustnost a nízkou cenu. Na druhou stranu motory s permanentními magnety budou určitě posilovat, zejména tam, kde je nezbytné řízení otáček a vysoká účinnost v širším provozním rozsahu.

Jaká další témata dnes ve vývoji řešíte?

Vedle účinnosti například vysokootáčkové motory, kde se dostáváme na 10 000 až 14 000 otáček za minutu. Dále jsou zajímavé vodou chlazené konstrukce, které umožňují nadále zvýšit výkonovou hustotu elektromotoru. A velmi důležitým tématem napříč našimi projekty je snižování hluku a vibrací. Někteří zákazníci jsou extrémně citliví a často je to jeden z rozhodujících parametrů. Máme proto k dispozici vlastní akreditované laboratoře, kde tyto veličiny detailně měříme.

Jak velkou roli dnes hrají simulace?

Zásadní. Většina vývoje dnes probíhá virtuálně. Používáme pokročilé modely a výpočty, které jsou natolik přesné, že fyzické testy slouží už jen k finálnímu ověření, a především pro certifikační orgány. Tudíž možnost multifyzikálních simulací výrazně zrychluje celý vývojový cyklus.

Dochází ještě k situacím, kdy návrh v praxi nefunguje?

V dnešní době prakticky ne. Používáme optimalizační nástroje, které generují tisíce až desetitisíce variant návrhu. Na základě zadaných kritérií – například cena nebo hluk – pak vybíráme optimální řešení. Vývoj se tak posunul od hledání funkční varianty k hledání té nejlepší.

V ČR máte tři výrobní závody pověstné vysokou customizací produktů. Jak do toho zapadá vaše vývojové oddělení?

V podstatě jsme už zapomněli, jak vypadá standardizovaná výroba. Ročně vyrábíme v Mohlenici desítky tisíc variant – odhadem 66 000. Velmi často jde prakticky o kusovou výrobu. Menší úpravy řeší inženýring. Složitější případy řešíme na vývojové konstrukci a jdou přes tzv. engineering-to-order proces, kde se posuzuje kromě vyrobitelnosti i ekonomika vývoje.

Uhájit výrobu v Evropě není snadné. Co vnímáte jako vaši nejsilnější konkurenční výhodu?

Evropská výroba nemůže soutěžit pouze cenou. Naším skutečným rozdílem je know-how, které dokážeme přenést do konkrétní aplikace zákazníka. Neprodáváme motor jako izolovaný komponent. Velmi často řešíme celý systém a jeho chování v reálném provozu. Díky blízké spolupráci se zákazníkem dokážeme navrhovat řešení, která jsou technicky optimální, provozně spolehlivá a dlouhodobě udržitelná.

Co podle vás rozhoduje o budoucnosti výroby elektromotorů v Evropě?

Zásadní je schopnost zvládnout vysokou variabilitu a zároveň udržet konkurenceschopné náklady. Výroba je velmi komplexní, ale právě proto, že jsme ji zvládli, máme náskok, který se nám už řadu let daří udržet.