پیشرفت در فناوری موتور الکتریکی

پیشرفت در فناوری موتور الکتریکی

هر زمان که در مورد وسایل نقلیه الکتریکی صحبت می کنیم، تمرکز ما به سمت پیشرفت فناوری باتری داخلی است. به طور طبیعی، باتری بهتر به معنای برد بیشتر از EV است، که به نوبه خود چشم انداز خرید ما را در آینده بهبود می بخشد. از آنجایی که این بدان معناست که خودروهای برقی می توانند مسافر و چمدان بیشتری را در حالی که با یک بار شارژ دورتر می روند حمل کنند. با این حال چیزی که ما متوجه نمی شویم این است که این موتور الکتریکی (EM) است که خودروهای الکتریکی ما را هدایت می کند و پیشرفت ها و پیشرفت های آن به شدت به مزایای آن اضافه می شود.

موتورهای الکتریکی ساده ترین موتورهای موجود در جهان هستند. آنها فقط یک قسمت متحرک دارند، شفت یا روتور. معمولاً به شکل استوانه ای است و فقط توسط دو یاتاقان در انتهای آن پشتیبانی می شود. این روتور در داخل یک محفظه (همچنین به عنوان استاتور شناخته می شود) قرار دارد که با سیم پیچ یا سیم پیچ الکتریکی پوشانده شده است. روتور با یاتاقان های انتهایی برای حفظ شکاف هوای کوچک بین خود و سیم پیچ های استاتور روی پوشش های انتهایی قرار می گیرد. هنگامی که منبع جریان متناوب (AC) از استاتور عبور می کند، میدان مغناطیسی دوار تولید می کند. این میدان با روتور تعامل می کند و با آن یک جفت مغناطیسی تشکیل می دهد تا آن را بچرخاند. با این حال، انواع مختلف موتورها دارای طراحی روتور متفاوتی هستند و اصل چرخش آنها نیز متفاوت است (فناوری ساده: همه چیز در مورد موتورهای الکتریکی را بخوانید). این طراحی اولیه آنقدر قابل اعتماد است که در طول قرن گذشته اساساً بدون تغییر باقی مانده است.

فقط در یکی دو دهه گذشته، پیشرفت‌هایی در EMها در تلاش برای کسب درآمد بیشتر از آنها شروع شده است. با این حال، اصول اساسی هنوز تا حد زیادی دست نخورده باقی مانده است. در عوض، ترفندهای الکترونیکی مانند "درایو اینورتر فرکانس متغیر" روی آن بسته شده بود. این فناوری قبلاً صنایع زیادی را متحول کرده است زیرا از مزایای استفاده نشده و پتانسیل بسیاری از EMها از نظر بازده و چگالی انرژی (نسبت توان به وزن) بهره برده است. با این حال، برای همگام شدن با سرعت توسعه و نیاز به کارایی مورد نیاز در آینده، EMها باید از نظر ساختاری تغییر کنند تا به این اهداف کارآیی به طور اساسی دست یابند، در حالی که فقط در جایی که مورد نیاز است از الکترونیک کمک بگیرند تا در آینده ثابت باقی بمانند.

خبر خوب این است که پیشرفت‌ها به اینجا رسیده‌اند و جالب است که در آینده بسیار نزدیک خود را به اوج برسانیم.

چالش اساسی در هنگام توسعه یک EM عصر جدید، کاهش وزن و ابعاد موتور و در عین حال افزایش قدرت مفید خروجی از شفت یا روتور آن است. یک پیشرفت طبیعی رشد این روزها. این بدان معنی است که بسته بندی آن با شاسی بسیار آسان تر خواهد بود در حالی که می تواند سرعت بیشتری داشته باشد در حالی که مسافر و چمدان بیشتری را در زیر پوسته بدنه یکسان یا کوچکتر حمل می کند. همچنین، انرژی کمتری از باتری مصرف می‌کند، بنابراین می‌تواند برای همان بسته باتری دورتر حرکت کند یا می‌تواند اندازه بسته باتری را برای همان برد کاهش دهد.



یکی از فناوری هایی که این امکان را فراهم می کند موتورهای نامتقارن (ASM) است. ASM، به زبان ساده، به معنای موتور الکتریکی است که در حالت موتور بسیار کارآمد است، اما عملکرد آن در حالت ژنراتور یا ترمز احیا کننده به خوبی نیست. به همین دلیل عدم تقارن است. (توجه: همه موتورهای الکتریکی به یک اندازه به عنوان ژنراتور در هنگام ترمز کردن یا ترمز کار می کنند). با این حال، موتورهای نامتقارن از این نظر عدم تقارن را نشان می دهند، زیرا میدان مغناطیسی روتور یا شفت آنها به گونه ای تنظیم شده است که حدود 14 درصد قدرت بیشتری نسبت به یک موتور متقارن با وزن مشابه در حالت موتور ارائه می دهد. بنابراین نسبت قدرت به وزن یا چگالی انرژی آنها بیشتر است و در اصطلاح خودرویی برای گوش ما موسیقی است. این همچنین به این معنی است که موتورها جمع و جور هستند که آن را برای بسته بندی ایده آل می کند، بنابراین فضای بیشتری را برای مسافران و چمدان ها در شاسی آزاد می کند، در حالی که با یک بار شارژ آن را از خانه دورتر می کند. با این حال، به دست آوردن آنها در حالت موتور به از دست دادن در حالت ژنراتور تبدیل می شود، زیرا آنها در بازگرداندن برق به باتری در هنگام ترمز احیا کننده خوب نیستند، که هزینه کمی برای کالای بزرگ است. این موتور هنوز در مرحله نمونه اولیه است در حالی که زیر سقف موسسه فناوری کارلسروهه آلمان توسعه می یابد.

بعدی موتور رلوکتانس سوئیچ یا SRM است. آنچه مقاومت در برابر جریان است، عدم تمایل در برابر مغناطیس است. این موتورها از بسیاری جهات شبیه موتورهای DC بدون جاروبک (یا موتورهای سنکرون AC) هستند که در اکثر خودروهای برقی یافت می شوند، به عنوان مثال هیوندا کونا، تاتا نکسون، MG ZS EV که در هند راه اندازی شده اند. تفاوت SRM با موتورهای DC بدون جاروبک در طراحی روتور است. به جای آهنربای دائمی یا سیم پیچ های مغناطیسی مسی که دومی از آن ساخته شده است، روتور SRM از طراحی قطب برجسته جامد است که عموماً از فولاد چند لایه ساخته شده است. مزیت این موتورها این است که با تغییر جهت میدان مغناطیسی در استاتور توسط درایو اینورتر می توان گشتاور و سرعت آنها را به راحتی کنترل کرد و نام آنها را توضیح می دهد. همچنین آنها در مقایسه با موتورهای DC بدون جاروبک که روتورهای آنها از مواد خاکی کمیاب برای آهنرباهایی که گران و ظریف هستند، بسیار ارزان تر هستند. با این حال SRM می تواند عملکرد تقریباً مشابهی را ارائه دهد. قیمت ارزان تر. به دلیل طراحی روتور جامد، این موتورها از نظر طراحی فشرده و سبک هستند که تا به حال از مزایای آن مطلع شده اید. این موتورها در تویوتا پریوس و تسلا مدل 3 یافت می شوند و همانطور که صحبت می کنیم محبوبیت پیدا می کنند.

بعدی موتور شار محوری است. این دوباره یک موتور فشرده و با چگالی توان بالا است. در واقع طراحی آنها برای هر موتور معمولی غیرمعمول است به این معنا که شبیه یک دیسک بزرگ به نظر می رسند، نه یک سیلندر که ما به دیدن آن عادت داریم. این موتورهای شار محوری نامیده می شوند زیرا شار مغناطیسی (امواج مغناطیسی یا خطوط مغناطیسی نیرو) از استاتور آنها در امتداد محور تولید می شود و نه به صورت شعاعی، مانند EM های معمولی. این به این دلیل است که استاتور دیسکی شکل است و بین دو روتور آهنربای دائمی دیسکی شکل قرار می گیرد. این باعث می شود موتور با سطح فشرده سازی بالایی همراه باشد و در عین حال خروجی بیشتری را در روتور ارائه می دهد که در حال حاضر به دو عدد رسیده است. همچنین به دلیل طراحی، برهمکنش مغناطیسی بین استاتور و روتورها بسیار کارآمدتر است و باعث می شود این موتور سه تا پنج برابر انرژی تراکم بیشتری نسبت به موتورهای معمولی داشته باشد. این موتورها برای استفاده در کاربردهایی مانند دوچرخ برقی، هواپیماهای الکتریکی و موارد مشابه ایده آل هستند، جایی که فضا یک محدودیت عمده است، اما تقاضا برای نیرو بیشتر است.