انواع موتورهای الکتریکی در خودروهای الکتریکی

سوالی که تقریباً به طور خودکار مطرح می شود این است که چرا ما این همه طرح و مفهوم موتور احتراق داخلی داریم؟ پاسخ ساده است زیرا هیچ یک از آنها از نظر کارایی به اندازه کافی خوب نیستند. در تلاش برای بهبود بهره وری، طرح های بسیاری در طول تاریخ خودرو توسط مهندسان معرفی شده است. آیا این تنوع طرح برای موتورهای الکتریکی نیز مرتبط است؟ چند نوع موتور در e-mobility داریم؟ پاسخ فقط 3 مورد اصلی است. بیایید با آنها آشنا شویم.

موتور القایی ناهمزمان

موتور القایی ناهمزمان چیز جدیدی نیست. این توسط دو محقق مستقل اختراع شده است – یک و تنها نیکولا تسلا و گالیله فراری. اگرچه ظاهراً مخترع ایتالیایی برای اولین بار این موتور را در سال 1885 توسعه داد، نیکولا تسلا اولین بار بود که این اختراع را در سال 1888 ثبت کرد.

اختراع موتور القایی بدون شک یکی از بزرگترین دستاوردها در مهار برق برای تامین انرژی زندگی ما است. استفاده از این نوع موتور این روزها آنقدر گسترده شده است که تصور زندگی روزمره بدون آن بسیار دشوار است. بسیاری از دستگاه های الکتریکی از آن موتورها استفاده می کنند و اکثریت قریب به اتفاق موتورهای صنعتی از نوع القایی ناهمزمان هستند.

موتور القایی ناهمزمان چگونه کار می کند؟

تمام موتورهای الکتریکی دارای دو بخش اصلی هستند. یک قسمت استاتیک را استاتور و یک قسمت دوار را روتور می نامند. بیایید با استاتور شروع کنیم – معمولاً یک استوانه فولادی با شکاف ها و کلاف های مسی که با هندسه خاصی بافته می شوند. این سیم پیچ ها با جریان AC 3 فاز که از DC (تامین شده توسط باتری) در برق الکترونیکی تبدیل شده است تغذیه می شوند. این جریان یک میدان مغناطیسی دوار در استاتور ایجاد می کند و سرعت آن میدان مغناطیسی دوار را سرعت سنکرون می نامند.

در اصل، نحوه کار این نوع موتور به این صورت است: ولتاژ AC به سیم پیچ های مسی (یا سیم پیچ ها) وارد می شود و در نتیجه یک میدان مغناطیسی دوار دریافت می کنیم، آن میدان ولتاژی را در روتور القا می کند که به نوبه خود باعث جریان جریان می شود. این جریان جریان میدان مغناطیسی چرخشی خود را در روتور ایجاد می کند که از میدان مغناطیسی استاتور عقب می ماند. نیروی بین دو میدان مغناطیسی که در نهایت باعث حرکت روتور می شود، نیروی لورنتس نامیده می شود. سپس حرکت روتور از طریق کاهش مناسب به چرخ های خودرو منتقل می شود .

این موتور ناهمزمان نامیده می شود زیرا میدان مغناطیسی دوار روتور و استاتور با هم هماهنگ نیستند. بخش القایی از میدان مغناطیسی دوار، ولتاژ و جریان القا شده توسط استاتور ناشی می شود. وقتی پدال گاز را فشار می دهیم، میدان مغناطیسی روتور کمی از میدان مغناطیسی استاتور عقب می افتد. وقتی سرعت ما کاهش می یابد و موتور به عنوان یک ژنراتور (ترمز احیا کننده) عمل می کند، میدان مغناطیسی چرخشی روتور جلوتر از استاتور است. این تفاوت در میدان‌های مغناطیسی دوار «لغزش» نامیده می‌شود و به طور کلی بسته به طراحی موتور تا 5 درصد است.

راندمان معمول موتور القایی ناهمزمان 3 فاز که در صنعت خودروسازی استفاده می شود حدود 90 درصد است. به دلیل استحکام، سادگی، طول عمر و عدم نیاز به مواد عجیب و غریب، این موتور تقریباً منحصراً در فرآیندهای صنعتی استفاده می شود. همچنین، ویژگی های اضافه بار خوب آن، آن را به یک موتور کامل بر اساس تقاضا تبدیل می کند و به همین دلیل است که اغلب به عنوان موتور جلو در خودروهای الکتریکی AWD استفاده می شود.

برخی از خودروهایی که از موتورهای القایی ناهمزمان استفاده می کنند عبارتند از: آئودی e-Tron SUV ، مرسدس بنز EQC ، تسلا مدل S ، 3 ، X و Y در محورهای جلو و خودروهای VW Group MEB از آنها در محورهای جلو نیز استفاده می کنند.که این نوع موتور را تولید می کنند از برس هایی با عمر مفید کافی استفاده کنند.

موتور سنکرون با تحریک الکتریکی

موتورهای سنکرون آهنربای دائم بهترین راندمان را از همه به ارمغان می آورند، اما مواد خاکی کمیاب مورد نیاز برای ساخت آنها پیامدهایی دارند. برای مقابله با این مسائل، برخی از تولیدکنندگان، یعنی BMW، Renault Groupe و Smart در حال حاضر، از طراحی موتور هیبریدی استفاده می کنند – آنها از موتورهای سنکرون استفاده می کنند که به مواد خاکی کمیاب نیاز ندارند.

بنابراین، این موتورها چگونه کار می کنند؟ خوب، به جای استفاده از آهنرباهای دائمی در روتور برای ایجاد جریان، این موتورها از برس و حلقه های لغزنده استفاده می کنند. به گفته BMW، این نوع موتور بازدهی تا 93 درصد را فراهم می کند که بسیار نزدیک به بازدهی است که موتورهای آهنربای دائم ارائه می دهند. اگرچه این نوع موتور بسیار امیدوارکننده به نظر می رسد، این واقعیت که از برس استفاده می کند به این معنی است که در برخی مواقع نیاز به تعویض این قطعات خواهد داشت. بیایید امیدوار باشیم که سازندگانی که این نوع موتور را تولید می کنند از برس هایی با عمر مفید کافی استفاده کنند.

موتور آهنربای دائم سنکرون

تفاوت اساسی بین موتورهای القایی ناهمزمان و موتورهای آهنربای دائم سنکرون در نحوه تولید و تعامل میدان های مغناطیسی دوار در روتور و استاتور است. در موتورهای آهنربای دائم سنکرون، یک میدان مغناطیسی دوار بومی وجود دارد که توسط آهنرباهای دائمی (از این رو نام موتور) در روتور ایجاد می شود. میدان های مغناطیسی دوار روتور و استاتور در این موتورها قفل هستند و لغزش ندارند.

آهنرباهای دائمی در روتور یکی از عناصر کلیدی هستند که چگالی توان را افزایش داده و راندمان موتور را بهبود می بخشد. افزایش چگالی توان به معنای توان بالا در حجم کم است، به همین دلیل است که موتورهای آهنربای دائم منحصراً در PHEV ها استفاده می شوند. موتور الکتریکی در این وسایل نقلیه در جعبه دنده قرار می گیرد و محدودیت فضا وجود دارد.

آهنرباهای دائمی از مواد کمیاب خاکی ساخته شده اند و چین اکثر آنها را کنترل می کند. سوالاتی در مورد جنبه های اخلاقی فرآیند استخراج وجود دارد و به همین دلیل، بسیاری از تولید کنندگان سعی می کنند استفاده از این مواد را در موتورهای خود کاهش دهند. با این وجود، موتور آهنربای دائم سنکرون پادشاه بازده است – می تواند تا 94-95٪ برسد و زمانی که فقط یک موتور در ماشین وجود دارد، این نوع موتور مورد استفاده است.

موتورهای آهنربای دائم در هیوندای آیونیک 5 ، کیا EV6 ، تسلا مدل S ، 3 ، X و Y در محورهای عقب استفاده می‌شوند. خودروهای MEB گروه فولکس‌واگن از آن‌ها در محورهای عقب نیز استفاده می‌کنند.