Elektrifieringen av mobila maskiner förändrar hydraulikbranschen i snabb takt. Men vad händer om själva elmotor och hydraulikpump byggs ihop till en gemensam enhet? Det är precis vad ny forskning från Linköpings universitet undersöker – och resultaten pekar mot både stora möjligheter och flera tekniska utmaningar för framtidens hydrauliska system.
I en ny doktorsavhandling från Linköpings universitet analyseras hur elektriska maskiner och hydrauliska pumpar/motorer kan integreras till så kallade elektrohydrauliska energikonverterare. Forskningen fokuserar särskilt på hur hydrauliken behöver utvecklas för att fungera optimalt tillsammans med moderna elektriska drivsystem.
Hydrauliken måste anpassas till elektrifieringen
Traditionella hydrauliksystem har historiskt utvecklats för dieselmotorer med relativt konstant varvtal. Elektriska drivlinor fungerar annorlunda och ställer helt nya krav på hydraulikmaskinerna.
Forskningsarbetet visar att elektrifiering öppnar möjligheter för:
- högre energieffektivitet
- regenerering av energi
- variabelt varvtal
- bättre styrbarhet
- lägre bullernivåer
- mer kompakta systemlösningar
Samtidigt konstateras att dagens hydraulikpumpar och motorer inte är optimerade för eldrift. För att fullt ut dra nytta av elektrifieringen behöver både smörjning, kommutering och interna flöden designas om.
Möjligheten: integrera hydraulikpumpen i elmotorn
En av de mest intressanta slutsatserna i forskningen är möjligheten att placera hydraulikmaskinen direkt inuti elmotorns kärna. På så sätt kan utrymme som normalt inte används i elmaskinen nyttjas för hydrauliken.
Det skulle kunna ge:
- betydligt högre effekttäthet
- färre komponenter
- lägre vikt
- kompaktare installationer
- färre lager och mekaniska delar
- potentiellt lägre kostnader
Forskarna pekar på att sådana lösningar är särskilt intressanta för mobila arbetsmaskiner där installationsutrymme och energieffektivitet blir allt viktigare.
Utmaningarna: buller, kylning och höga varvtal
Trots de stora möjligheterna återstår flera tekniska problem innan tekniken kan få ett brett kommersiellt genomslag.
En av de största utmaningarna är buller. När dieselmotorn försvinner blir hydraulikens ljud mycket mer hörbart. Därför blir exempelvis ventilplattans utformning och tryckpulser betydligt viktigare än tidigare.
En annan stor utmaning är kylning och smörjning vid höga varvtal. Elektriska drivsystem möjliggör både mycket låga och mycket höga hastigheter, vilket belastar hydraulikmaskinerna på nya sätt. Forskarna beskriver hur läckoljeflöden och kylstrategier behöver optimeras för att hantera värmeutvecklingen i integrerade system.
Även styrningen blir mer avancerad när hydraulik och elektriska drivsystem ska samverka fullt ut.
Viktig forskning för framtidens mobila hydraulik
Forskningsarbetet är genomfört vid Linköpings universitet, som länge varit ledande inom forskning kring mobilhydraulik och energieffektiva hydraulsystem. Arbetet har genomförts inom universitetets eHydraulics-forskning med fokus på framtida elektrifierade arbetsmaskiner.
Avhandlingen är skriven av forskaren Alexander Murrenhoff och behandlar utvecklingen av elektrohydrauliska energikonverterare med fokus på integrerade lösningar mellan elmaskiner och hydraulik. Handledare och forskningsmiljö är kopplade till Linköpings universitets välkända hydraulikforskning inom fluid- och mekatroniksystem.
Forskningen har även tydlig industrikoppling mot framtidens entreprenadmaskiner och mobila hydraulsystem där både energieffektivitet och elektrifiering blir avgörande konkurrensfaktorer.
Slutsats: hydrauliken får en nyckelroll i elektrifieringen
Den kanske viktigaste slutsatsen från forskningen är att hydrauliken inte försvinner i elektrifieringen – tvärtom. För mobila maskiner med höga kraftbehov kommer hydrauliken sannolikt fortsätta vara central även i framtiden.
Men hydrauliken behöver utvecklas tillsammans med elektrifieringen.
Integrerade el- och hydrauliklösningar kan ge betydligt effektivare, kompaktare och smartare maskiner. Samtidigt kräver tekniken nya lösningar för buller, kylning, smörjning och systemstyrning.
För hydraulikbranschen innebär det stora möjligheter – men också ett tydligt krav på innovation de kommande åren.
