موتورهای الکترونیکی در دهه آینده چگونه تکامل خواهند یافت؟

موتورهای الکترونیکی در دهه آینده چگونه تکامل خواهند یافت؟
خطوط محرکه الکتریکی راه حلی مقرون به صرفه و پایدار برای وسایل نقلیه مسافربری و تجاری است که یک جزء نسبتاً کوچک نقش مهمی در تکامل آنها دارد.

در یک وسیله نقلیه الکتریکی، موتور الکترونیکی می تواند به عنوان یک موتور و ژنراتور برای ایجاد نیروی محرکه و ترمز احیا کننده عمل کند. این نوع عملیات مستلزم کنترل، استحکام و در مورد خودروهای برقی به حداکثر رساندن برد خودرو و مصرف انرژی است. پاسخ و کارایی موتور الکترونیکی نیز مستقیماً بر صافی، کیفیت صدا و شتاب تأثیر می گذارد.

موتورهای الکتریکی در خودروهای الکتریکی چگونه کار می کنند؟
به عبارت ساده، باتری انرژی الکتریکی را ذخیره می کند که توسط اینورتر تبدیل می شود تا موتور را با سرعت مناسب و گشتاور را به چرخ دنده ها و سپس چرخ ها تامین کند. سرعت و گشتاور موتور با برق رسانی به استاتور - بخش ثابت ژنراتور یا موتور الکتریکی متفاوت است.

این به یک میدان مغناطیسی دوار تبدیل می‌شود که با روتور تعامل می‌کند و گشتاور تولید می‌کند و EV را به حرکت در می‌آورد. این فرآیند توسط پدال گاز کنترل می‌شود و پاسخ از خط محرکه به عنوان ورودی حسی به راننده عمل می‌کند.

اما وقتی راننده پای خود را از روی پدال گاز بر می دارد چه اتفاقی می افتد؟ تکانه EV گیربکس را به حرکت در می آورد و گشتاور را به روتور e-motor ارائه می دهد - برهمکنش میدان مغناطیسی باعث تولید الکتریسیته می شود. این انرژی الکتریکی توسط اینورتر در ولتاژ DC مناسب تبدیل می شود تا در باتری ذخیره شود. این ترمز احیا کننده است و شبیه ترمز موتور احتراق داخلی است، اما در این حالت انرژی از بین نمی رود، بلکه به باتری باز می گردد.

موتورهای الکترونیکی انعطاف‌پذیری طراحی فوق‌العاده‌ای دارند، با این حال، فناوری غالبی وجود ندارد که نیازهای همه خودروهای الکتریکی را برآورده کند.

انواع تکنولوژی موتور الکتریکی
در حال حاضر، چهار نوع گزینه فناوری موتور اولیه وجود دارد که هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند، از جمله مزایا و معایب:

موتور القایی، همانطور که توسط تسلا و سایر وسایل نقلیه استفاده می شود، گزینه ای قوی، کم هزینه و نسبتا کارآمد است. بدون روتور آهنربای دائمی، میدان مغناطیسی با القای میدان مغناطیسی استاتور تولید می شود. نیروی ورودی باتری را می توان به گشتاور تبدیل کرد تا به شتاب گیری سریعتر کمک کند.
یک موتور رلوکتانس سنکرون مانند یک موتور القایی قوی است اما هزینه کمتری دارد و فاقد آهنرباهای دائمی است. تفاوت این است که با استفاده از رلوکتانس کار می کند (مقاومت مغناطیسی را در نظر بگیرید)، جایی که روتور با میدان مغناطیسی استاتور هماهنگ می شود. Alumotor (تصویر زیر) یکی از این نمونه‌ها از موتورهای ریلوکتانس سنکرون است که ریکاردو در حال توسعه آن به عنوان کنسرسیومی از شرکای زنجیره تامین و دانشگاه است.
آلوموتور جدا شده
موتور مگنت دائم داخلی رایج ترین توپولوژی است. دارای چگالی توان، گشتاور و راندمان فوق العاده ای است. با این حال، دارای اشکالات عمده ای است - از آهنرباهای خاکی کمیاب استفاده می کند، می تواند گران باشد و ممکن است به دلیل دمای بالا یا اتصال کوتاه، مغناطیسی زدایی یا تخریب شود.
یک موتور شار محوری دارای میدان مغناطیسی دوار و ثابت در 90 درجه نسبت به موتور شار شعاعی است که مسیرهای شار اصلی در جهت محوری است. از آنجایی که نسبت ابعاد آن کاملاً متفاوت است، با قطر بیرونی بزرگتر از طول محوری، دارای مزایایی است که می تواند به نفع برخی کاربردها بسته بندی شود. چگالی گشتاور بالایی دارد و می تواند یک شکاف هوای نسبتاً ایمنی در برابر نیروهای شعاعی خارجی داشته باشد، که آن را به گزینه خوبی برای کاربردهایی مانند موتورهای محرکه و توربین های بادی تبدیل می کند.
روندهای آینده موتورهای الکتریکی
روندهای آینده برای موتورهای الکترونیکی بر بهبود کارایی، بسته بندی بهتر و کاهش هزینه های سرمایه متمرکز خواهد شد. برای بهبود راندمان، ممکن است شاهد ایجاد موتورهای هیبریدی باشیم که ویژگی‌های آهنرباهای دائمی داخلی و موتورهای رلوکتانس سنکرون را با هم ترکیب می‌کنند و بازدهی را افزایش می‌دهند اما با تاثیر هزینه متوسط. اگر می‌خواهند موفق باشند و پیشنهادی جذاب برای OEMها و تامین‌کنندگان ردیف 1 باشند، طرح‌ها و برنامه‌های آتی باید از نظر تجاری قابل دوام باشند.

بهبود پایداری موتورهای الکترونیکی نیز یک عامل مهم خواهد بود و قرار است یکی از بزرگترین چالش هایی باشد که سازندگان در دهه آینده با آن مواجه خواهند شد. تمرکز بر تضمین پایداری مواد و به حداقل رساندن استفاده از انرژی و منابع در فرآیند تولید خواهد بود. با این حال، برای OEM ها لازم است چرخه عمر کامل محصول را در نظر بگیرند، از جمله اینکه چگونه بسته بندی و ادغام موتور الکترونیکی می تواند تأثیرات زیست محیطی کلی این جزء را کاهش دهد.

چگونه OEM ها می توانند پایداری موتورهای الکتریکی خود را بهبود بخشند؟
تمرکز بر کاهش استفاده از مواد خاکی کمیاب مانند نئودیمیم و دیسپروزیم و مواد غیر قابل بازیافت ضروری خواهد بود. به ازای هر یک تن مواد کمیاب خاکی استخراج شده، یک و نیم تن زباله رادیواکتیو ایجاد می شود و دویست تن آب مصرف می شود. آنها همچنین زنجیره تامین و ریسک تجاری قابل توجهی دارند - 85٪ از مواد خاکی کمیاب این‌ها در چین استخراج می‌شوند، بنابراین یک زنجیره تامین طولانی درگیر است و در معرض نوسانات قیمت‌ها از جمله نرخ ارز و تعیین قیمت دولتی است.

استخراج مواد خاکی کمیاب
با نگاهی گسترده تر به بسته بندی و ادغام موتور الکترونیکی، تعدادی روش وجود دارد که می تواند برای کاهش اثرات زیست محیطی قطعه و خودروی الکتریکی به طور کلی مورد بررسی قرار گیرد. این شامل:

استفاده بیشتر از مواد کم وزن مانند آلومینیوم و کامپوزیت ها برای بهبود کارایی خودرو
یکپارچه سازی الکترونیکی قدرت نزدیکتر و یک سیستم کنترل دلسوز برای بهبود کارایی و یکپارچه سازی قدرت
بهبود معماری ولتاژ بالا برای امکان استفاده از هادی های کوچکتر با کاهش تلفات هدایت
پیشرفت در فناوری خنک کننده روغن، مرتبط با بهبود مدیریت حرارتی
توسعه ماشین های الکترونیکی با سرعت بالاتر و کاهش اندازه آنها
نوآوری برای پیشرفت خط محرکه حیاتی است و باید شامل یک رویکرد جامع به مواد، یکپارچه‌سازی و مدیریت حرارتی باشد – این امر برای ایجاد یک توسعه با تاثیر بالا که ارزش ارائه می‌کند، مهم است.

کارشناسان ریکاردو در حال کار برای تسریع پیشرفت مشتری در فضای موتور الکترونیکی هستند و اطمینان کسب و کارها را در سرمایه گذاری خود در فناوری، خطوط تولید و زنجیره تامین فراهم می کنند. سرمایه گذاری فناوری که ریکاردو انجام داده است به مشتریان اجازه می دهد تا تصمیم بگیرند و از مزیت رقابتی بهره مند شوند و در نتیجه سریعتر به بازار عرضه می شوند و هزینه توسعه را کاهش می دهند. ارائه شواهدی برای سرمایه گذاری خط تولید، از جمله انتظارات بازار و مشتری، به مشتریان اجازه می دهد تا تصمیمات آگاهانه و بهتری را از نظر فنی و تجاری اتخاذ کنند.

همانطور که OEM ها و تامین کنندگان ردیف 1 به انتقال به راه حل های حمل و نقل کم کربن ادامه می دهند، وجه تمایز ما این است که ما تحقیق، توسعه و پروژه های مشترکی داریم که بینشی در مورد الکترونیک قدرت ارائه می دهند. فناوری تصحیح آتی ما تضمین می کند که اهداف و الزامات تعیین شده توسط APC و نقشه راه وزارت انرژی ایالات متحده را برآورده می کنیم. در نتیجه، ما در خط مقدم طراحی و مهندسی برای هزینه، قابلیت اطمینان، استحکام، و مهمتر از همه توسعه زیست محیطی هستیم.